炉外精炼工艺技术阐述

chinarjg

在电炉—炉外精炼—浇铸流程中，炉外精炼不仅为了提高产品质量。而且是电炉与浇铸之间平衡生产节奏，起缓冲器作用。炉外精炼由LF炉、VD炉和软吹处理三部分组成。其中LF炉是重点，问题多、难度大、任务重。

  炉外精炼质量，主要由精炼工艺和技术操作两方面决定。精炼工艺应具有科学性、先进性、和可行性的基本特点。是保证质量，提高质量的关键。精炼工艺的科学性是指工艺的正确性、合理性，才能保证质量。但工艺具有科学性并不一定具有先进性，只有先进的工艺，才能提高质量。如老式普通电炉老三段工艺也是科学的、合理的，但同炉外精炼工艺比较，老式电炉工艺是落后的。精炼工艺的可行性，是指科学的、先进的工艺能变为现实性。具有可操作性，否则只能是纸上谈兵。举一个老鼠防止猫袭击的故事。怎样防止猫的袭击？一个聪明的老鼠提出一个办法，给猫的脖子上挂一个铃铛。猫一来，铃一响，就可以躲开，这个办法很好，但哪个老鼠去给猫的脖子上挂铃铛呢？办法虽好，但不可行，也就成为一句空话。所以炉外精炼工艺也必须具有这三性的基本特点，实现工艺标准化。

其次是技术操作，工艺是操作的根据，按工艺要求操作，这是技术操作基本原则。炉外精炼技术操作，要精，要细，要严，要可靠和稳定。要有过硬的基本功，才能做到精工细作、精雕细刻、精益求精、这是精炼操作的基本特点，实现操作标准化。

只有坚持精炼工艺和技术操作这两个基本特点，实现工艺操作标准化，才能生产出高技术含量，高附加值，高档次精品，真正落实“品种、质量、效益”方针。这个任务是艰巨而复杂的。既要认真学习精炼工艺技术，又要提高技术操作水平，不断积累实际经验，练好技术操作基本功，

现在炉外精炼技术问题较多，有的比较严重。1、精炼工艺变革频繁。有效的、无效的，做废的工艺版本并存，必然造成工艺操作的混乱，工艺标准化无从说起，有些工艺要求不明确，标准不具体，工艺参数不科学，更严重的是技术操作混乱，有章不循。2、Ar气搅拌压力过大，钢水裸露，甚至喷溅无专人负责。3、加脱氧剂，不是勤加、少加，均匀加入，而是大量的集中的加到熔池一个点上。4、精炼完了的渣子有黄色、绿色、黑色、白色、五颜六色，精炼渣造不好，脱氧，脱硫不可能好，钢水纯净度不高。5、LF炉炉门，包沿，炉盖密封不好。炉内空气对流破坏了还原性气氛，以及成份出格不合，温度过高，过低、控制不准，都给生产和铸锭质量带来很多问题。6、VD炉处理提前破真空，真空保持时间不够。软吹可有可无等等。

这些问题不是现在才有，而是由来已久。有些错误的工艺技术操作已成为习惯，甚至成为标准化操作。现在应当把炉外精炼问题提到议程上来。整顿工艺，整顿操作，进一步提高精炼质量。一、  电炉初炼是炉外精炼的基础

相对炉外精炼而言，电炉又称初炼炉。初炼炉的含意是初加工，不是精加工，是生产半成品，不是生产成品。炉外精炼是在初炼的基础上，进行精加工，深加工，是生产成品钢水，决定成品钢水质量。

电炉初炼和炉外精炼关系密切。电炉初炼是炉外精炼的基础，基础牢固，精炼质量稳定；基础好，精炼质量高。在电炉初炼和炉外精炼的关系上，过去存在不少错误的观念，严重影响炉外精炼的顺行和产品质量。电炉认为炉外精炼具有加热功能。电炉出钢温度高或低没有关系。造成低温出钢，钢水凝固包底，Ar气封死不通，倒包处理，到LF炉长时间加热升温。认为LF炉能调正成份，电炉出钢化学成份和包中合金化成份波动太大，有时电炉铜高，P高也出钢，造成炉后兑钢水处理，LF炉大量补加料即影响生产，又降低温度。认为LF炉能造渣，脱氧，电炉不留或少留钢留渣，包中下氧化渣给LF炉脱氧，脱硫造成很大困难，又浪费脱氧剂等等。这些错误观念，给LF炉增加很大负担，造成很多困难。（包括抢产量，把精炼炉当作产量的缓冲器，出完钢在精炼位或出钢坑长时间放置，造成物流上的浪费，热能的损失，有的炼钢厂原来将初炼炉作为产能的重点，只要是初炼出来钢精炼就要接住，脱氧工作做不好，只是将成分调合、温度升够就算完事，铸锭也是忙的不可开交，造成质量的问题较多）

为了正确处理初炼与精炼的关系，电炉必须扭转和改变错误观念，树立上道工序为下道工序服务。电炉为LF炉服好务的观念。对电炉出钢条件，包中合金化必须建立标准。严格执行标准、实行标准化。

电炉出钢前钢水特点

了解电炉出钢前钢水特点，对严格执行电炉出钢标准和包中合金化标准是有必要的，出钢前电炉钢水的基本特点是：

1、  钢水温度高

因钢种不同，电炉出钢温度高达1650一1700℃，高温对渣线浸蚀严重。因此，电炉出钢温度达到标准后，不能在炉中高温停留，必须立即出钢。

2、炉中钢水合金元素很低

电炉经熔化，氧化后，钢中易氧化元素；Si、Mn、Gr、Al、Ti等元素大多被氧化掉，变成氧化物进入渣中，钢中易氧化元素很低，基本上<0.10%。  

3、炉中钢水纯净度高

电炉经高温氧化脱C升温，炉内钢水激烈沸腾，钢水流动性好，废钢，渣料等带入炉中的非金属夹杂物，H、N有害气体，基本上排出，夹杂物很少，气体含量很低，钢水纯净度高。

4、炉中钢水溶解氧最高*炉中钢水溶解氧最高，高达1000ppm，最低也有300ppm，溶解氧高低与电炉出钢C高低有关，C越低，溶解氧越高，这是炉中钢水最主要最突出的特点。

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（二）电炉出钢条件和包中合金化

电炉出钢条件和包中合金化控制的主要目的，是降低钢水溶解氧，减少钢水中的夹杂物，提高钢水质量，提高合金收得率，降低成本，为LF炉创造条件。虽然出钢过程时间很短，但钢中物理化学反应很激烈。出钢条件，包中合金化的加料顺序，对合金化的结果都有很大影响。

1、电炉出钢标准

电炉出钢条件，过去受电炉转炉化观念的影响，电炉出钢C一吹到底，一律C≤0.10%。电炉出钢温度也是一个温度，如定为1650-1680℃,这是不符合特钢实际情况的，也是不科学的。

电炉出钢温度标准（大电炉与小电炉也不一样）

特钢厂品种复杂，高中低C钢都有，钢种不同，化学成份不同，钢的熔点不同，加入合金量不同，包中降温情况不同，因此，电炉出钢温度也有很大差别  ，不是一个温度能概括，应按公式（1），确定分钢种（或钢类）出钢温度。

T电出=T&not;L+ΔT+ΔT出+ΔT铁+ΔT渣+ΔT包…（1）

式（1）中T电出—电炉出钢温度

      T&not;L—钢的液相线温度，因钢种不同而异，可根据公式计算得出。

      ΔT—超过钢液相线温度值，可取40-50℃

      ΔT出—电炉出钢过程温降，可计算得出。

      ΔT铁—熔化包中铁合金温降，可计算得出。

      ΔT渣—包中化渣料温降，可计算给出。

      ΔT包—大包吸热温降，可实际标定。

根据公式（1）计算，制定电炉分钢种（钢类）出钢温度才是正确的。

B、电炉出钢成份标准

①电炉出钢C，应根据高中低C钢，分别制定电炉出钢C标准，降低电炉出钢前钢中溶解氧。不论什么钢，出钢C一吹到底，C≤0.10%的错误做法应当纠正。

②电炉出钢P，比规格低0.015-0.020%。（也要计算合金带入磷，包括钢水中的磷及可能随钢水卷入钢水中的渣子回磷）

③其它元素Si、Mn、Cr等≤0.10%。

C、电炉出钢不出氧化渣，做好留钢留渣。炉子先倾过来一定角度后，保证大于３００毫米以上液面高度才能保证不随钢水卷渣），或电炉水口过大及偏心高度不够等。

2、包中合金化标准

A、包中合金化后温度标准T包=T&not;L+ΔT…（2）

T&not;L—钢液相线温度

ΔT—超过钢液相线温度值：40-50℃

B、包中合金化成份标准

除S、P外，包中合金化后化学成份应达到规格下限。如GCr15钢，包中合金化后，C=0.80-0.95%，Cr=1.30-1.45%，是完全可以达到的，目前C达到0.6-0.7%，Cr达到1.1-1.2%占大多数，应严格要求。（中碳钢、高碳钢必须在包中合金化）

C、包中合金化后渣量≥2.0%。

3、包中合金化加料顺序标准

a、先加FeSi、FeMn沉淀脱氧，降低钢水溶解氧，电炉出钢前，钢包到出钢位，将FeSi，FeMn加入包底。

B、电炉出钢开始加C粉增C，脱溶解氧。包中增C脱氧，发生C—O反应，易产生包中大沸腾事故，刚出钢，包中钢水量少，可多增C，快增C，一面增C，一面出钢搅拌。既使产生C-O反应，包中大沸腾，也不会造成事故，出钢三分之一至二分之一后，要少增C，慢增C，直至增C完毕。整个增C过程用小Ar气搅拌。

C、加Al块脱溶解氧，提Al收得率，降低Al块消耗。当增C快结束时，将Al块与增C同时加入包中。

D、包中造渣：当增C和加Al结束，随即加入渣料造渣，渣料加完，出钢结束，包中造渣要用小块白灰，快速成渣，白灰不含CaCo3，有利脱O2脱S。从造渣开始，加大Ar气搅拌强度。

E、最后向包中加FeCr、FeMo、FeV等铁合金，慢加，加大Ar气搅拌，加完合金料，搅拌3-5分，开走钢包车。Ar气搅拌强度减少，以不露钢水面为准。

7、要改变出钢先加FeCr加Al，或造渣后加Al，增C的操作方法，轴承钢大量增C，高达300kg，增C时间长，有困难，可按上述顺序试验，是否可行，再适当调整。

只要坚持上述三条出钢和合金化标准操作，电炉初炼才能为LF炉精炼打好基础，创造条件，有利于LF炉操作，提高质量。

（三）包中合金化后钢水特点

包中合金化后钢水发生了很大变化，包中钢水与电炉出钢前钢水特点正好相反，包中钢水基本特点如下：

1、包中钢水温度较低。

电炉出钢过程温降，熔化铁合金，渣料温降，以及大包吸热温降，与电炉出钢前温度相比，约降低100℃。

2、包中钢水合金元素大量增加包中合金化过程中，向钢中加入FeSi、FeMn、Al块、FeCr等合金，使钢中合金元素比电炉出钢前大量增加。

3、包中钢水溶解氧大幅度下降。

由于包中钢水温度较低，与温度相平衡的溶解氧降低、析出部份溶解氧。包中钢水增C，钢水含C量增加，与C相平衡的溶解氧下降，析出部分溶解氧。出钢过程增C，发生C-O反应，脱掉部分溶解氧。包中钢水加FeSi、FeMn、Al块沉殿脱氧，脱掉部分溶解氧。因此与电炉出钢前比，包中钢水溶解氧大幅度降低，但与成品要求相比，钢中溶解氧仍然很高。

4、包中钢水夹杂物大量增加

与电炉出钢前比，包中钢水中SiO2、MnO、Cr2O3、Al2O3等非金属夹杂物大量增加，同时气体含量也增加。

出钢前和出钢后包中钢水性质的变化，可用公式（3）表示：

[MX]+[OY]→[MXOY]…(3)

[MX]—钢中合金元素

[OY]—钢中溶解氧

[MXOY]—钢中非金属夹杂物

从公式（2）可见，包中钢水中溶解氧仍然很高，非金属夹杂物很多，炉外精炼脱氧、脱S去夹杂物的任务很重，钢中气体增加，还要继续去除有害气体。温度低，化学成份达不到规格等等，因此，炉外精炼的任务还很重。精炼对电炉初炼的钢水继续进行精加工和深加工，对提高产品质量和档次是完全必要的。

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二、炉外精炼精加工和深加工

近30年来，科技进步促进炉外精炼的发展，同时，炉外精炼的产生和发展与国民经济的需要分不开，现在，对精炼钢提出了更高更严的要求：

精确控制钢的化学成份

钢的成份决定性能，钢的化学成份误差越小，钢的机械性能波动就越小。化学成份控制不仅要达到技术标准合格，更要达到内控标准合格，化学成份误差越来越小，也是提高钢的纯净度的要求之一。通常化学成份误差为：C±0.01%,Ni、Mo±0.02%，Si、Mn、Cr±0.03%，Al±0.003，S、P≤0.005%

2、脱C达到极低的程度，C≤0.03%，以提高钢的深冲性能，电磁性能和耐腐蚀性能。

3、脱S、脱P达到极低的水平，S、P≤0.003-0.005%，以提高钢的冲击韧性，减少钢的热脆性和冷脆性。

4、去除钢中的有害气体（H、O2、N），减少钢中白点，发纹、裂纹及层状断口等。

5、去除钢中非金属夹杂物，提高钢的纯净度，改善钢的性能。

6、控制夹杂物的形状，减轻夹杂物的危害性。如钢中Al2O3,MnS夹杂物，通过Ca处理，变为球状夹杂物mcaOnAl2O3、CaS等，减少性能方向差别及连铸水口堵塞絮死。

7、钢水温度，化学成份均匀一致，保证钢材内部、表面质量均匀化。

8、防止或减少钢水二次氧化、二次吸气和二次污染，以免炉外精炼效果前功尽弃。

精确控制成份，去除有害元素H、O2、N、S、P等，去除夹杂物及夹杂物变性处理等，这一切都是为了提高钢的纯净度。钢的纯净度要求推动了炉外精炼的发展。要达到纯净钢的标准，必须采用炉外精炼技术。真空处理可以降低钢中的有害气体，发展了真空炉外精炼，特钢厂常用的有真空吹Ar处理如VD炉、真空加热处理如VHD炉、真空吹O2处理如VOD炉等。采用惰性气体、降低有害气体分压，也可以达到同样目的，由此而发展了非真空炉外精炼，如大气下钢包吹Ar处理，大气下钢包加热处理如LF炉，大气下钢包同时吹O2吹Ar处理如AOD炉，以及在大气下喂线处理，如喂Al、Ti、B、C线及CaSi等。

上述炉外精炼的共同特点是准确控制温度，精确控制成份，造渣脱O2脱S去夹杂物，去除有害气体等提高钢的纯净度。各特钢厂根据品种、质量要求，选择相应的炉外精炼方法。如北兴公司主要品种是轴承钢、齿轮钢、弹簧钢、工具钢、结构钢等，选择LF炉、VD炉、钢包软吹等炉外精炼三道工序，进行精加工、深加工、分述如下：

（一）  LF炉精炼工艺技术

LF炉是七十年代初在日本发展起来的炉外精炼技术，由于设备简单、投资费用低，技术操作灵活，精炼效果好，得到广泛应用和发展，LF炉与普通电弧炉一样，都是非真空电弧炉，但LF炉的功能、工艺技术和设备组成与普通电弧炉确有很大不同：

a、LF炉炉体是钢包、熔池面积小，深度大。

b、LF炉不能化铁、不能氧化去C，不能脱P。

c、LF炉必须用Ar气搅拌，不能人工搅拌。

d、LF炉自动化程度高，劳动条件好。

e、LF炉精炼终了，钢包直接浇注，钢水温度，化学成份，钢水纯净度等变化很小，基本稳定。而电炉必须出钢到包中，然后由钢包再浇注，钢水质量不稳定，出钢前后变化很大。

LF炉具有埋弧加热、Ar气搅拌、白渣精炼、还原气氛保护，以及化学成份控制五大特殊功能，操作简便灵活，容易做到技术操作精细、稳定，产品质量比电炉钢高，现将LF炉五大精炼功能分述如下：

1、埋弧加热

所谓埋弧加热，就是三根电极插入渣层中加热，埋弧加热的作用：一是辐射热小，二是保护包衬渣线，三是热效率高，四是加热速度快，五是电极中的C与渣中氧化物发生化学反应：

C+FeO→Fe+CO

C+MnO→Mn+CO

减少渣中氧化物，提高渣子还原性，节省脱氧剂。生成CO气体充满炉内自由空间，保护精炼渣，防止氧化，有利脱氧脱S。

（1）埋弧加热的条件

A、供电制度

LF炉没有熔化、塌铁过程，钢水比较稳定，没有电流冲击，可以采用低电压、大电流、短电弧供电制度（１＃LF炉变压器），为埋弧加热创造有利条件。LF炉变压器容量为７０００－8000KVA,电压低、电流大，可以过载20%，有利埋弧加热。有人认为，LF炉电压低，用哪一档都可以，高电压、低电压都行，这个观点是不对的。

B、造埋弧渣

造埋弧渣有两个条件，一是渣量，钢水面上没有渣，或渣量很少，渣层很薄，不可能埋弧或埋弧不好。渣量较大，渣层较厚，才能埋弧。渣量应≥2%。二是精炼渣活泼性好，渣发泡、渣层变厚，有利更好埋弧。用C粉脱氧，勤加少加C粉，保持渣还原性，并生产Co气泡，保持渣活泼性，三是温度，包中合金化后温度够高，渣流动性好，才能埋弧。温度低，渣面结壳，不可能埋弧。LF炉到位送电、噪音大、时间长，就是埋弧不好的表现，其原因一是渣量小，渣过稀，或渣面结壳所致。二是埋弧程度不同，有的电极插入渣层较深，埋弧较好，有的电极在渣面之上，埋弧不好，弧光外露。

（2）供电的原则

LF炉埋弧加热供电原则是：

A、全程供电。不准随意中途停电，在精炼过程中经常停电降温，渣变稠变粘、流动性变差，降低渣脱氧能力。

B、供电功率先大后小。LF到位包中钢水温度较低，钢水粘度大，不易脱氧，应用较大功率快速升温。随温度不断升高，功率逐渐变小（降低电压）。不能使用先小后大的功率，渣子不好保持。C、勤测温、勤调整供电曲线，防止后期大功率供电，防止后期温度过高，停电降温，浪费能源，损坏炉壁。

（3）准确控制出钢温度，LF炉出钢温度按公式（4）控制

TL出=TL+ΔT+ΔTi+ΔTbi…（4）

TL出—LF炉出钢温度

TL—钢种液相线温度

ΔT—浇铸钢种大包过热度

Ti—精炼过程降温为10０-130℃。包括倒渣过程，VD处理过程、软吹过程

钢水液面的压力为一个大气压，压力最小。

钢包底部钢水压力P=P大气压+Hr，压力最大

如果没有Ar气搅拌，埋弧加热时只能加热液面一层钢水。

钢水下部分钢水不可能加热，温度极不均匀。而且大包钢水上部和下部温度、中部和包壁钢水温度也不同，必须Ar气搅拌使钢包加热温度均匀。

（1）Ar气搅拌的作用

A、使钢水温度均匀化

B、钢水化学成份均匀化

C、通过Ar气搅拌，促进钢中酸溶Al与溶解氧反应，产生Al2O3，脱掉钢中溶解氧。

D、通过Ar气搅拌，使钢中夹杂物互相碰撞，聚集长大上浮，去除夹杂物，特别有利于Al2O3夹杂物的排除。

E、Ar气泡在钢水中上升过程受热膨胀，相当于一个小真空室，去除部份钢水中有害气体。

F、Ar气搅拌加快钢包中铁合金和脱氧剂熔化。

G、Ar气搅拌，加快渣钢介面更新，加速冶金反应，有利于脱氧、脱S。

H、Ar搅拌在炉中产生保护气体，Ar气是惰性气体，比重大，防止氧化。

（2）Ar气搅拌强度的控制

Ar气搅拌是LF炉的特殊功能，有重要作用。Ar气搅拌强度低，起不到搅拌作用，Ar气搅拌强度太大，效果也不好，所以，必须控制好Ar气搅拌强度，充分发挥Ar气搅拌功能。

A、控制Ar气压力。Ar气压力大小与钢水静压力相适应。Ar压力大小以克服钢水静压力，使钢水液面波动，以不露钢水面为宜。Ar气压力过大，冲破渣层，使钢水裸露，甚至喷溅，造成钢水降温，吸气，二次氧化，危害质量。

B、控制Ar气流量。Ar气流量大小的控制与钢水量相适应。钢水量大、流量应大，钢水量少、流量减小。Ar气流量过小，起不到Ar气搅拌作用，搅拌不均匀。Ar气流量过大，钢水降温也大，冲刷包壁，卷入钢渣，反而不利。所以流量应当控制。在Ar气管路上应安装流量计和开关阀门。北兴公司LF炉Ar气流量控制是用开关阀门和一个压力表代替流量计。开关阀门开大、压力也大、流量也大。Ar气压力和流量都难控制，应当改进。

C、透气塞数量及安装位置也影响搅拌强度，透气塞子安在大包包底中心，搅拌不均，效果不好，但VOD炉透气塞又必须按在中心，与氧枪相对应。透气塞按在靠近包壁，搅拌均匀，效果最好，但冲刷包壁严重，降低大包使用寿命，现在一般都安装在包底半径1/2处。

透气塞数量与钢包容量有关，一般≤60t大包只按一个透气塞，70-100t大包一般按两个透气塞，才能保证搅拌强度。北兴公司LF炉90t大包，按两个透气塞。现在有时一个透气塞堵塞不透气，另一个透气，还可照常精炼，如果两个透气塞都不透气，要进行倒包处理，另换大包。应当认识到，大包两个透气塞有一个堵塞，Ar气搅拌强度下降50%，脱氧脱S效果受到很大影响，脱S率大幅度下降，应尽量保证两个透气塞都好用。按高标准、严要求，有一个透气塞堵塞，也应当倒包处理。一炼钢一个透气砖，必须透气。

Ar气搅拌强度控制，应有专责专管，根据工艺要求标准控制Ar气管路阀门。仪表失灵，不能控制Ar气搅拌强度（压力和流量）的应及时更换修复。

    3、白渣精炼

总结百年电炉炼钢的实践经验，炼钢工作者有一句名言“炼钢就是炼渣”，(可参考三元渣系相图，可只用什么脱氧剂产生什么夹杂物)可见炼渣的重要性。随着科技进步，对钢的纯净度要求日益提高，炉渣在精炼钢水方面的作用，不仅没有削弱，而且更加突出，更加重要。没有炉渣精炼，要生产出低S、低P的钢是不可能的；没有泡沫渣，超高功率电弧炉的作用难以充分发挥；没有埋孤渣LF炉精炼能力也会受到很大限制；没有白渣精炼，LF炉脱氧、脱S的效果不佳。

认为现代化炉外精炼造渣技术简单、容易、渣量大小、渣子黑黄、渣子稀稠等无关紧要，随便造渣，谁都可以造渣，这种不重视造渣的观点是非常错误的。造渣是一种技艺，是最重要的基本功，要靠长期经验积累，造好渣并不容易。（到位后必须先加脱氧剂、增碳，达到先脱、脱硫，后调整成分的观念，这样才能炼出好钢）

（1）精炼渣的作用

LF炉精炼渣是由CaO、SiO2、Al2O3、MgO、MnO等氧化物所组成的碱性渣，其作用是：

A、稳定电弧燃烧。

b、保持钢水温度，减少降温。

c、保护钢水防止或减少二次氧化和吸气。

D、吸收和容纳钢水中非金属夹杂物。

E、通过造渣控制炼钢过程物理化学反应的方向，速度和完全的程度，做好脱氧、脱硫。

（2）LF炉白渣精炼

LF炉白渣精炼，才能更有效的发挥炉渣上述五方面的作用。很多实验证明，碱性白渣具有很强的脱氧能力，具有很好的还原性。这是碱性白渣的主要作用。所谓碱性白渣是指碱度达到3-4之间，渣中CaO≥60%、FeO≤0.5%，渣壳厚度3-4mm，渣发泡活泼，渣冷却后变成白色粉沫状，这就是白渣。白渣所以变成粉沫状，是因为渣中正硅酸盐（2CaO•SiO2），冷却至850℃时，发生同素异形转变，由α晶格转变为γ晶格，体积增大，自动粉化。

碱性白渣的主要功能是扩散脱氧。扩散脱氧的基本原理是在一定温度下，钢水和钢渣氧的浓度比是一个常数，用脱氧剂将渣中氧脱掉，渣中氧浓度下降，为保持平衡常数不变，钢中氧不断向渣中扩散，从而达到脱氧目的。脱氧同时也脱硫。

LF炉碱性白渣本身具有很强的脱氧能力，由于埋孤加热，电极中的C还原渣中氧化物，产生的CO气体具有还元性氧氛，Ar气搅拌，不断更析渣钢介面，加速脱氧脱S反应，白渣不污染钢水，因而白渣精炼效果更佳。

（3）碱性白渣的性能

为了充分发挥碱性白渣扩散脱氧的还原性，对碱性白渣提出以下性能要求：（可适当讲一下还原性及氧化性，最外层电子数）

a渣量

要有足够的渣量才能发挥白渣的作用。渣量太少，限制了Ar气搅拌的效果；渣子忽白忽黄不稳定，还原性不易保持；对脱氧、脱硫不利，吸咐夹杂物效果不好。渣量太大，造成白灰和能源的浪费，一般要求渣量要达到钢水重量2％以上，我们的渣量太少，仅1.5％。

b碱度

白渣是碱性渣，高碱性白渣具有很强的脱氧能力，碱度是白渣的重要特性，通常白渣碱度应≥2.5，白渣冷却后才能粉化，白渣不粉化，表明碱度还不高。白渣碱度主要渣料合理配比来保证。

c流动性

流动性良好的白渣，才能更有效的发挥扩散脱氧作用。渣子过稠，渣钢介面化学反应速度慢，扩散脱氧脱硫不好。渣子过稀，液面像水一样，孤光反射强烈，热利用率低，加热速度慢，钢包渣线浸蚀严重，钢水易进C。流动性良好的白渣，渣壳厚度为3－4mm。

d活泼性

用C粉保持白渣，埋孤加热都会产生CO气泡，保持白渣的活泼性，白渣发泡，渣层变厚，透气性好，有利埋孤加热，升温快，钢水不易增C，扩散脱氧能力强，对脱氧脱S有利。

我们所以要求LF炉白渣精炼，是因为白渣碱度高，还元性强，流动性、活泼性好，吸收钢水夹杂物能力强，白渣易于钢水分离，不污染钢水。要造好白渣，发挥炉渣作用。

（4）造白渣的基本方法

在LF炉精炼过程中，炉中物理化学反应不停的进行，通过造渣观察炉渣的颜色，可以了解炉中物理化学反应的方向，速度和完全的程度，为造好白渣提供依据。

a炉渣颜色的互相转化

炉渣有以下几种颜色互相转化，参见原创图（1）

黑色氧化渣逐渐被还原

  原创 图（1）中的箭头为炉中物理化学反应的方向。在正常情况下，包中合金化后，炉渣颜色为白渣，脱氧较好。当电炉出钢出部分氧化渣时，炉渣可能由白色转变为淡黄色或黄白色，黄渣中有一定的Feo  MnO等，电炉出氧化渣较多时，渣中Feo  MnO含量较高，炉渣可能由黄色转变为黑色。黑色氧化渣发亮，渣内有孔洞。黄渣和黑渣都呈氧化性，没有脱氧能力，是不希望出现的。

向氧化性渣中加入脱氧剂后，渣中氧化物被还原，黑色氧化渣逐渐转变为黄白渣，继续还原，由黄白渣转变为白渣。为保持白渣，如加C粉较多，在电弧高温下，渣中发生    Cao+3C→CaC2+Co↑化学反应，这是吸热反应，产生灰白渣，即由白渣转变为弱电石渣（CaC2≤1.5%）。如果加C粉过多，则由灰白渣转变为强电石渣（CaC2≥2.5%），电石渣也是黑色，无光泽，黑渣表面有白色条纹，渣放入水中，发生Cao+H2O→CaC2+C2H2↑（乙炔气），乙炔气有臭味。弱电石渣（灰白渣）和强电石渣（黑色），因渣中有CaC2是强脱氧剂，有很强的脱氧能力。但电石渣粘度大、渣发死、不活泼、扩散脱氧能力差。电石渣与钢水湿润性好，渣易沾附钢水，污染钢水，增加钢中夹杂。渣中含CaC2钢水容易增C。因此，弱电石渣和强电渣虽有很强的还原性，因有上述缺点，LF炉也不用。所以，用白渣精炼是最佳选择。

当白渣保持一定时间，渣钢之间氧浓度平衡，由于钢水氧含量较高，由于脱氧剂作用已尽，或由于空气进入熔池，渣由白变黄，失去脱氧作用，为了维持炉内还元性气氛，为了继续保持白渣的还元性，要及时向炉中加入脱氧剂，如C粉、Fei  粉、Al粉等，保持白渣。

b造渣方法

为了造好精炼白渣，必须坚持两条基本方法：

一是勤探渣、勤看渣、勤调渣。在精炼期内，要有专用探渣棍，每隔3～5分钟向炉内各部位探渣，观察渣颜色和渣壳厚薄。如果渣稠或稀，应及时加入少量白灰或CaF2，Al钒土（或白灰）调整渣子流动性。如果渣黄或绿，应及时加入脱氧剂。

是勤加、少加、均匀加脱氧剂。根据渣颜色的变化加脱氧剂，脱氧剂要加在熔池的整个渣面上，才能脱氧均匀，发挥白渣脱氧作用。如只加在某一点上，其它渣面没加到脱氧剂，则大部分渣面没有脱氧作用，而加入脱氧剂在某一点上过多，还容易增C、增Si、增Al。

F炉一般操作基本上违背这两条造白渣原则。基本上不探渣、不看渣、不及时调渣。加入脱氧剂是集中加大量一次加，加在熔池一个点上。有人还认为，不用探渣，看炉内冒出烟气颜色就知道了。炉内烟气是渐变的，当渣变黄时冒黄烟，当看到冒黄烟时，炉内黄渣已经很严重了，再加脱氧剂晚了。所以，LF炉精炼终了，开出LF位，取渣样观察，有黑色的、绿色的、黄色的，很少有白色的，这是不足为奇的。必须坚持白渣出钢的原则。

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4、成份调整

LF炉化学成份控制的特点，绝不是达到技术标准要求，不出化学不合就万事大吉了，这是低水平的，而是要达到内控标准，化学成份更精确、误差更小。比如炼45号钢，成品C0.45±0.01％，几十炉都一样，GCr15钢成品C0.98±0.01％Cr1.5±0.03％，成份控制一条线，非常稳定。机械热处理后性能也稳定，这也是纯净钢的标准。如何准确控制化学成份：（CE值、DI值的确定）

试样要有代表性

取化学成份分析试样要有代表性是精确控制，调整化学成份的基础条件。这个基础条件不好，其它条件都前功尽弃。取样具有代表性的前提条件是：

①取样前钢水条件是温度够高、合金全熔、充分搅拌、成份均匀、白渣、方可取样。②取样部位，在熔池深部取样，不要在渣层附近取样，取样勺要有渣复盖，不露钢水面。

③试样碗要干净，不准有C粉、Si粉等杂物。

④倒钢水前，用铁棍拨开渣，再插Al条，不准用铝条拨渣又插Al。

⑤取样到出钢时间长，应当重取样。

（2）分析误差小

试样分析结果与计算结果误差大要重取样分析，出钢前取两个样，两个样分析结果误差大，应重取样。可以防止取样没有代表性和分析误差大的漏洞。

（3）加料计算准确

根据分析结果，炉中钢水量成份控制规格、合金成份、元素收得率等，准确计算补加料量，防止记错、看错规格成份、防止计算错、计算结果有专人核对。

（4）检斤量准确

根据计算结果，检斤补加料检折算准确、误差小，应双人检斤，防止差错。

5、加料做到五不：

不少加、不多加、不忘加、不错加、不混料，确保万无一失。LF炉化学成份调整，除Al、Ti、B外，其它元素都达到控制标准，方可出钢。

5、还原气氛

LF炉埋孤加热，产生CO还原性气体，Ar气搅拌产生的Ar气保护气体，充满炉内自由空间，具有还原性和保护性气氛，防止空气进入炉内，有利于保护渣子的还原性，有利于脱氧脱硫，这也是LF炉的特殊功能，要充分利用，发挥作用。

一炼LF炉炉盖有四个孔，三个电极孔，一个加料喂线孔，炉盖盖不严，缝隙很大，炉门常开、炉门变形、关而不严、炉内、炉沿与炉盖孔形成空气对流，破坏了炉内还原性气氛，这些都应改进。

上述LF炉五个特殊功能，互相影响、互相依存、互相促进、缺一不可，为提高产品质量创造了良好的炼钢条件，要充分发挥这些功能和作用。五个精炼功能相互关系参见原创图（2）

（二）VD炉精炼工艺技术

经过LF炉精炼，钢水温度合适，除Al、Ti、B外，其它化学成份达到控制规格要求，包中合金化后，钢水中较高的溶解氧和大量的非金属夹杂物已降到很低水平，渣变白，即可出钢到VD炉继续深加工。

但是，在包中合金化和LF炉精炼过程中，加入大量的末经烘烤的铁合金，渣料和增C剂，使钢中气体含量增加。而LF炉是在大气下精炼，虽有Ar气搅拌，但去气体量不多，钢水中气体量仍然较高，必须经过VD炉真空处理，才能把钢中气体降下来。这是必要的，不可缺少的工序。

VD炉是真空脱气装置，主要功能是去除钢中的H、N有害气体，可以把钢水中的H降到≤2ppm以下，减少钢中白点废品的产生。同时也能部分脱氧、脱S，成份微调和夹杂物变性处理。经过VD炉处理的钢水纯净度进一步提高。九十年代初，只有一些关键品种才经VD炉处理，随着国民经济的发展，对钢材质量要求越来越高、越来越严，现在几乎所有的品种100％要求经VD炉处理。

VD炉真空处理工艺比较简单，入罐处理前，钢水温度够高，除Al、Ti、B外，化学成份达到内控标准，钢中要一定的酸熔Al（一般0.03-0.05%），渣子白、渣层厚度20～30mm。入后真空处理工艺参数，经4～5分钟抽真空达67Pa，在67Pa真空度下，按品种要求，真空保持10～15分钟，真空下Ar气搅拌强度控制，以钢渣不外溢为标准，控Ar气压力和流量搅拌强度越大越好。随真空度提高，Ar气搅拌强度逐渐减小。保证真空度，真空保持时间和Ar气搅拌度，这三个主要参数，才能达到真空脱气效果，保证将钢水中［H］<2ppm。

VD真空处理过程中，还可以继续脱掉部份钢水中溶解氧，降低钢中氧含量。入罐钢水中还有0.04-0.05%酸溶Al，真空处理是降温过程，大约温降50－60℃，随着温度降低，破坏了Al—O平衡，发生Al—O反应，产生Al2O3二次夹杂物，钢水中酸溶Al约降低30－50％，产生Al2O3夹杂物，在真空搅拌下上浮进入渣中，进一步纯净钢液。

VD真空处理过程中，还可以继续脱S，白渣入罐的钢水，经真空Ar气搅拌理，白渣继续脱S，如果入罐渣是绿色、黄色，则可能没有脱S能力，入罐渣是黑色，是电石渣，反而污染钢水。

VD真空处理后，应测温，温度TD＝LFT出－（60－75℃）为合格。成份要求严格的品种，可取样分析，进行成份微调，如喂C线调C，含Al、Ti、B易氧化元素，喂Al、Ti、B线。要求对非金属夹杂物变性处理的品种，可喷吹Ca-Si粉或喂Ca-Si线。然后加保温剂，因包中渣量较少，保温剂要加够，加均匀，覆盖渣面，减少降温。

VD炉处理还存在一些问题，有时VD炉设备故障不能及时处理。有时真空度不够高，真空处理效果不好。有时提前破真空，真空保持时间不够。因而钢水中［H］高，出现一些白点废品。

（三）软吹处理

软吹处理也就是大气下钢包吹Ar处理，所谓软吹，就是VD炉处理后，钢包继续吹Ar，但Ar气压力，Ar气流量，搅拌强度比较小，以渣面微动为准。

软吹处理是近3－5年发展起来的新工艺、新技术，现在国内被广泛采用。钢水经VD处理，为什么还要软吹处理？这是因为  1、VD炉真空处理过程中，由于温降较大，生成Al2O3二次夹杂物也来不及充分上浮。2、由于真空下带渣吹Ar搅拌，渣钢混冲，炉渣被乳化，钢水中有残余渣子，也来不及上浮。3、在真空下，大包耐火材浸蚀严重，钢水中进入外来夹杂物，也来不及上浮。因此，VD炉真空处理后，不能立即浇注，需要10－20分的软吹时间，使这些夹杂物有充分的上浮机会，进一步纯净钢液，是完全必要的。过去在电炉出钢后，隔一定时间，在包中取一个试样，做夹杂物分析证明，随包中钢水镇净时间延长，包中夹杂物，特别是大尺寸夹杂物迅速下降，这和软吹的道理是一样的。所不同的是软吹是吹Ar搅拌，比电炉钢包镇静时间效果更好。软吹工艺比较简单易行，软吹是VD处理后深加工的继续，也是必要的，不是可有可无。

对软吹处理工艺现场还不够重视，可有可无，这是不对的，甚至没有时间就不吹或少吹，有时间就多吹。当然，温度保证多吹无害，要从生产组织协调控制上保证VD炉和软吹处理时间。

（四）保护浇注

电炉出钢后，包中钢水经LF炉精炼脱氧去夹杂物，纯净度有了很大提高，又经VD炉真空脱气处理，去除钢中有害气体，钢水纯净又进一步提高，最后经软吹处理，钢水纯净度又全面提高。这是炉外精炼三部曲的功劳。但是精炼完了进行浇铸，出现了问题：一是国内模铸的连铸全氧比高1－2ppm，同样精炼钢水，为什么模铸高？这是因为精炼钢水直接浇注钢锭，保护浇注不好，二次吸气和氧化。造成二次污染有关。这个问题反应出保护浇注的必要性和重要性，如果浇注系统保护浇注不力，有缺陷，必然造成精炼钢水在浇注过程中二次氧化、二次污染。从而使精炼钢水的质量前功尽弃。为了解决这个问题，模铸浇注时，都采用Ar气环保护大包水口的钢流。

为保证上述保护浇注效果，要对大包检斤，减少大注余量，在保证留钢量的前提下提高成锭率。

三、精炼操作整改

（一）电炉出钢及包中合金化整改1、按分钢种或分钢类制定电炉出钢温度。参考公式（1）

2、明确提出LF炉到位包中温度标准。参考公式（2）

3、LF炉到位成份控制标准，应严格要求。

4、制定包中合金化加料顺序标准及包中合金化Ar气搅拌标准。

（二）LF炉操作

5、制定LF炉出钢温度。参考公式（3）

6、增大LF炉渣量，应≥2％，碱度≥2.5％。

7、LF炉Ar气搅拌不应露钢水面。

8、LF炉精炼过程中需勤探渣、勤看渣、勤调渣。

9、脱氧剂要少加、勤加、均匀加。

10、LF炉必须白渣出钢，不准黑渣、绿渣、黄渣出钢。

11、应做分析白渣中CaO、FeO含量。

12、不准用Al条做拨渣棍，不准黑渣、绿渣、白渣下取样分析。

13、不准在渣层附近取样。

14、除增C外，FeSi粉应检斤。

15、炉门不准常开不关，及时加盖板。

16、包盖与包沿力争封严，减少缝隙。

17、包盖三个加料孔应按袋隔板，用时打开，不用关闭，不准在炉盖孔加脱氧剂。

18、LF炉前应有探渣棍，取样拨渣棍。

19、LF炉前应做C粉、Si粉加料铁箱，减少损失浪费。

20、电炉出钢大包吹Ar、LF吹Ar系统压力表，减压表失灵，损坏应更换，尽可能按流量计。

（三）VD炉21、入VD罐前应测渣厚，准备测渣厚铁棍并记录。

（四）其它

22、大包浇注Ar气保护。

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资料不错，学习了，谢谢分享

吴刚

炉外精炼设备有：LF～主要作用为加热，另外可以白渣精炼，埋弧加热，吹氩搅拌！VD～主要作用为真空脱气，另外可以吹氩搅拌VOD～主要作用为真空脱气和吹氧脱碳，另外吹氩搅拌RH～主要真空脱气，脱气效果最好，但投资太高，目前很少用到AOC～氩氧炉，通过控制氩气和氧气的比例来达到脱碳和脱气的目的，有专用的炉子！

普罗旺斯@

在此学习了，老师你辛苦了！

太空冒险者

相当专业，感谢分享

hope_2022

相当专业，感谢分享