爐外精煉基本方法與工藝分析

【摘要】隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，工農(nóng)業(yè)對于鋼材的質(zhì)量提出了更高的要求。爐外精煉工藝是鋼廠普遍采用的精煉工藝流程。為了提高鋼的純凈度，對于爐外精煉工藝技術(shù)的研究不斷地研究和開發(fā)，以在生產(chǎn)成本降低的條件下，提高爐精煉工藝技術(shù)和設(shè)備的路基，以推進(jìn)爐外精煉流程符合實(shí)際生產(chǎn)工藝的要求。本論文針對爐外精煉基本方法與工藝進(jìn)行分析。

【關(guān)鍵詞】爐外精煉；純凈鋼；工藝分析

在現(xiàn)今的鋼鐵冶金發(fā)展進(jìn)程中，爐外精煉已經(jīng)成為了確保鋼鐵質(zhì)量和實(shí)用性的重要途徑。鑒于爐外精煉是初煉技術(shù)的深加工和精加工，因此其是決定成品鋼水質(zhì)量的關(guān)鍵。從技術(shù)的角度而言，爐外精煉質(zhì)量決定于兩個(gè)方面，即爐外精煉工藝和爐外技術(shù)操作流程，其中確保鋼材質(zhì)量的關(guān)鍵為爐外精煉工藝，只有該工藝具備了先進(jìn)性、科學(xué)性和實(shí)踐可行性等特點(diǎn)，才能夠符合精煉要求。

一、爐外精煉的冶金功能

（一）爐外精煉設(shè)備的工藝與設(shè)計(jì)

爐外精煉設(shè)備的作用在于，可以通過這種高效的工藝技術(shù)和設(shè)備提煉出純凈鋼以及超純凈鋼。那么，爐外精煉設(shè)備就需要滿足各項(xiàng)條件才能夠完成質(zhì)量要求。

1.爐外精煉設(shè)備可以改善熱力學(xué)條件

在進(jìn)行爐外精煉的過程中，所出現(xiàn)的冶金化學(xué)反應(yīng)需要滿足一定的熱力學(xué)條件。比如，在冶煉鋼鐵的過程中，會(huì)發(fā)生脫碳反應(yīng)和脫氣反應(yīng)，反應(yīng)物以氣體的形式存在。為了促進(jìn)反應(yīng)物的繼續(xù)進(jìn)行，需要采取技術(shù)措施將氣相壓力降低，以促進(jìn)真空度的提高。

2.爐外精煉設(shè)備可以加速冶金化學(xué)反應(yīng)

不同的精煉設(shè)備，所采用的攪拌方式也會(huì)有所不同。隨著熔池傳遞速度逐漸加快，液相傳質(zhì)的存在在一定程度上限制了冶金反應(yīng)速度。在熔池?cái)嚢璧倪^程中強(qiáng)化技術(shù)性，以促進(jìn)混合均勻，從而提高了化學(xué)反應(yīng)速度。

3.爐外精煉設(shè)備可以增加渣鋼反應(yīng)面積，實(shí)現(xiàn)加速反應(yīng)

爐外精煉設(shè)備在技術(shù)設(shè)計(jì)上采用了更為先進(jìn)的工藝，包括攪拌、噴粉等等工藝，在渣鋼反應(yīng)面積增大的條件下，可以乳化鋼渣，所形成的顆粒氣泡逐漸上覆，發(fā)生相互的碰撞和聚合的反應(yīng)，從而使反應(yīng)速度顯著提高。

4，爐外精煉設(shè)備配有加熱功能，可以對反應(yīng)條件精確控制

爐外精煉設(shè)備在設(shè)計(jì)上配備有加熱功能，可以滿足不同的加熱需求。通過精確控制反應(yīng)溫度，并均勻鋼水成分，可以實(shí)現(xiàn)成分上的微調(diào)。這種精確控制條件下所實(shí)現(xiàn)的化學(xué)反應(yīng)，可以促進(jìn)各種冶金反應(yīng)更為趨向于平衡狀態(tài)。

5.完善在線檢測設(shè)備

采用爐外精煉設(shè)備，在精煉的過程中可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的智能化控制，以保證產(chǎn)品的精煉質(zhì)量。為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，要確保精煉的控制精度和終點(diǎn)的命中率。

（二）爐外精煉設(shè)備的冶金功能

1.爐外精煉設(shè)備的冶金功能

爐外精煉設(shè)備具有熔池?cái)嚢韫δ埽@項(xiàng)操作可以鋼水的溫度以及其中所包含的成分更為均勻，以確保所生產(chǎn)出來的鋼材質(zhì)量更為均勻。爐外精煉設(shè)備的提純精煉功能，在對于鋼水提純的過程中，主要采用鋼渣反應(yīng)的方法和噴射冶金的方法以及真空冶煉的方法，將鋼水中的雜質(zhì)去除，包括鋼水中所夾雜的硫、磷、氮、碳、氫、氧等等都會(huì)得到有效的清除。爐外精煉設(shè)備的控制溫度功能可以對鋼水中的成分進(jìn)行微調(diào)，以使鋼水的質(zhì)量符合規(guī)定的產(chǎn)品標(biāo)注。此外，在鋼材的生產(chǎn)階段，爐外精煉設(shè)備還具有良好的生產(chǎn)調(diào)節(jié)功能，可以促進(jìn)煉鋼和連鑄生產(chǎn)的均衡性。

2.爐外精煉設(shè)備的精煉方法

采用渣洗精煉的方法，主要采用鋼水的脫氧、脫硫，將鋼水中的雜質(zhì)去除，以將爐渣的成分控制在精確的狀態(tài)。可見，鋼水的提純是通過渣鋼的反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)的。

采用真空精煉的方法，對于鋼水的提純精煉是在真空的環(huán)境條件下進(jìn)行的。如果要對于鋼液進(jìn)行脫碳、脫氧和脫氣，設(shè)備的工作壓力環(huán)境要超過50帕。

熔池?cái)嚢璧淖饔檬羌铀偃垠w的流動(dòng)。通過向該系統(tǒng)內(nèi)輸入一定的能量，以對流的方式促進(jìn)熔體內(nèi)的導(dǎo)熱速度，促進(jìn)傳質(zhì)過程，通常采用機(jī)械攪拌、氣體攪拌以及電磁攪拌的方式以實(shí)現(xiàn)鋼液的均勻混合。

采用真噴射冶金的方法是為了增大熔池反應(yīng)面積。將固體顆粒反應(yīng)物通過載體噴入到熔池的深處，使熔池內(nèi)出現(xiàn)強(qiáng)烈的反應(yīng)。上浮的固體顆粒熔化或溶解的過程中，就會(huì)在固-液反應(yīng)的作用下，以獲得良好的精煉效果。

多爐爐外精煉設(shè)備在加熱和溫度的控制上，為了避免在爐外精煉的過程中出現(xiàn)降溫的現(xiàn)象，可以采用脫碳二次燃燒加熱的方法、電弧加熱的方法以及化學(xué)加熱的方法，以將水的反應(yīng)溫度和終點(diǎn)溫度控制好，多爐爐外精煉設(shè)備可以根據(jù)需要采用不同的加熱功能。各種爐外精煉設(shè)備的冶金功能比較見下表。

二、爐外精煉基本方法

具體而言，爐外精煉工藝常用的基本方法包括四類，即攪拌、添加物料、真空或者稀釋、加熱。

爐外精煉的攪拌法包括電磁攪拌法、吹A(chǔ)r法和注入式攪拌法三種。

爐外精煉的添加物料法包括噴粉法、合成渣法和射粒射彈法三種方法。

爐外精煉的真空或者稀釋法包括靜態(tài)鋼水脫氣、鋼流真空脫氣、鋼液分批真空脫機(jī)和稀釋法四種方法。

爐外精煉的加熱法包括電熱法、吹氧法兩種。

（一）爐外精煉攪拌法

二十世紀(jì)40年代，對于爐外精煉攪拌法的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明：要實(shí)現(xiàn)鋼液的成分均勻，溫度均衡化，可以將Ar吹入到鋼液中，而且能起到脫氧的作用。工業(yè)發(fā)達(dá)國家運(yùn)用這種攪拌方法，不但提高鋼材，而且還會(huì)使非金屬夾雜物降低。進(jìn)入到二十世紀(jì)60年代，電磁攪拌法普遍采用。此外，注入式攪拌在工業(yè)生產(chǎn)中被采納，在鋼包中注入鋼液，應(yīng)用了機(jī)械攪拌原理實(shí)現(xiàn)爐外精煉。

（二）添加物料法

1.噴粉法

進(jìn)入到二十世紀(jì)60年代末期，將堿土金屬碳化鈣和硅化鈣吹入到鋼包的鋼液當(dāng)中，這就是蒂森公司所提出的TN法。進(jìn)入到70年代，一種新的噴粉法被研制出來，其是將碳化鈣和硅化鈣吹入到鋼包的鋼液當(dāng)中的同時(shí)，還能夠?qū)⒑辖鸱酆外}系的粉末噴入其中，此為SL法。從原理上而言，噴粉法就是將煉鋼劑、合成渣劑、增碳劑吹入到鋼液中。采用噴粉法，不但能夠獲得良好的脫氧效果和脫硫效果，而且還能夠使夾雜形態(tài)得以改善，采用噴粉的方法還可以對于鋼液的成分進(jìn)行調(diào)整。

2.合成渣法

合成渣法就是在鋼包中注入固態(tài)或者液態(tài)的合成渣，然后借助中間包向該包內(nèi)注入鋼水的動(dòng)能，使鋼與渣之間充分融合，形成乳性溶液，使鋼渣的反應(yīng)面積增大。在反應(yīng)的過程中，在爐渣中注入硫和氧后，鋼液中所夾雜的雜物上浮，使鋼液清潔。

3.真空與稀釋類

真空與稀釋類的基本原理，是將氫氣、氮?dú)庖约耙谎趸嫉鹊鹊臍庀鄩毫档?。真空度是真空處理技術(shù)中的關(guān)鍵因素，要求不可以超過70巴。稀釋法的技術(shù)參數(shù)為氧氣與稀釋氣體紙幣。比如，鋼液處于低含碳量狀態(tài)下，使用氬進(jìn)行稀釋的時(shí)候，就要求氧氣與氬之間的比例界定在1：3與1：2之間。

4，加熱類

在爐外精煉的過程中，對于鋼液進(jìn)行加熱，可以增加精煉工藝的靈活性。采用加熱法可以提高運(yùn)用的自由度，無論是添加劑的使用，還是精煉工藝處理時(shí)間以及對于溫度的要求，都存在著一定的獨(dú)立性，并可以根據(jù)自身的需要自由選擇。

三、爐外精煉工藝

爐外精煉工藝的各項(xiàng)基本方法，可以按照不同形式的組合以滿足產(chǎn)品的特殊要求，以產(chǎn)生更多的精煉工藝。按照設(shè)備的目的、功能的不同，可以將爐外精煉工藝劃分為四種，即處于常壓環(huán)境下的爐外精煉，不帶有升溫裝置；真空爐外精煉，不帶有升溫裝置；帶有升溫裝置的爐外精煉；不銹鋼精煉法。

（一）處于常壓環(huán)境下的爐外精煉，不帶有升溫裝置 其所采用的是吹氛攪拌的方法，將物料添加到鋼液中。這種爐外精煉設(shè)備操作簡單，而且投資少，費(fèi)用低。特別是對于轉(zhuǎn)爐煉鋼來講，能夠在擴(kuò)大品種、提高質(zhì)量方面獲得良好的效果。

（二）真空爐外精煉，不帶有升溫裝置 相比較于基本的爐外精煉方法，還采用了“真空”設(shè)計(jì)。相比較于第一種方法，這種爐外精煉操作費(fèi)較高。但是從經(jīng)濟(jì)的角度而言，其可以在短時(shí)間內(nèi)獲得顯著效果。特別是對于大型鋼錠、優(yōu)質(zhì)鋼的生產(chǎn)非常有利。

（三）帶有升溫裝置的爐外精煉 相比較于不帶有升溫裝置的爐外精煉，帶有升溫裝置的爐外精煉費(fèi)用較高，而且具有很高的操作費(fèi)用。但是，其在精煉功能上具有其他精煉方法所不可比擬的優(yōu)勢。比如在宇航用鋼、耐熱鋼以及軸承鋼的生產(chǎn)上，其精煉功能足以，滿足各項(xiàng)特殊要求。

（四）不銹鋼精煉法 不銹鋼精煉法在煉鋼行業(yè)中具有劃時(shí)代性。采用這種煉鋼法，不但可以提高生產(chǎn)質(zhì)量，而且成本較低，所生產(chǎn)出來的不銹鋼具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

結(jié)論

綜上所述，對于特殊鋼企業(yè)而言，要維持企業(yè)的生存和發(fā)展，就需要不斷地實(shí)現(xiàn)技術(shù)上的冶金技術(shù)的創(chuàng)新。鑒于鋼鐵冶金質(zhì)量是維持企業(yè)進(jìn)步的生命線，就要采用爐外精煉技術(shù)，提供鋼液的純凈度，在降低能源消耗的同時(shí)，使鋼材的質(zhì)量得以改善。

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作者簡介

劉瑜（1976— ）女，漢族，四川攀枝花人，研究生學(xué)歷，講師，主要從事冶金專業(yè)研究。