爐外精煉技術進展及發展趨勢

李家通

（江蘇 南鋼 210035）

爐外精煉技術進展及發展趨勢

李家通

（江蘇 南鋼 210035）

摘要：爐外精煉技術是目前煉鋼流程的關鍵環節，其在提高煉鋼質量與產量方面發揮著重要作用。鑒于此，本文將詳細論述爐外精煉技術進展及發展趨勢，希望能對相關研究有所豐富和補充。

爐外精煉技術；煉鋼質量；冶金

隨著連鑄技術以及純凈鋼生產技術的進步與發展，爐外精煉技術得到了廣泛應用，并取得了顯著效果。

一、爐外精煉的冶金特點

整體上，爐外精煉適合冶煉超純凈鋼、類純凈鋼，具有精煉、高效等優勢，能有效改善化學熱力反應條件、增快熔傳質速度、增加渣鋼反應面積、精確各種反應條件，并通過智能化實時控制，全面提升設備質量。具體特點如下：

（1）可增大渣鋼反應面積：每一種精煉設備都帶有攪拌裝置，通過攪拌作用將鋼渣乳化，合金和鋼渣被氣泡帶動向上浮起的同時發生熔化、聚合反應。一般情況下，平均每1噸鋼液其渣鋼反應面積在0.8m2～1.3m2之間，而當渣量變為原渣量的6%時，其中的鋼渣乳化后會形成半徑僅為0.3mm的圓珠型渣滴，進而整體反應界面會增大到原來的1000倍。

（2）能夠改變冶金反應條件：煉鋼過程中經脫氧和脫碳后的反應產物是氣體，就化學平衡上來講，生成物方面的平衡系數大于反應物方面，因此可利用降低反應環境的氣相氣壓來促進平衡反應進行。根據這個原理，應將精煉過程置于真空條件下反應進行，以達到促進平衡反應向生成物方向進行的目的。一般情況下的工作氣壓不低于50Pa，利于鋼液脫氣反應進行。

（3）能夠加快溶池的傳質速度：溶池傳質的速度決定了冶金整體進度快慢，精煉時常選用不同的攪拌形式（如：氣體攪拌形式、機械攪拌形式和電磁攪拌形式。）大幅度促進系統里的熔體發生流動，促進熔體內部的傳熱和傳質過程快速進行，最終達到混合十分均勻的目的。

（4）能夠在轉爐與連鑄之間發揮緩沖的作用，精煉爐的靈活性強，可以協調作業時間和溫度控制，同連鑄過程形成更為流利暢通的生產流程。

二、爐外精煉工藝

1. LF

LF具有精煉功能強、熱效率高、易于窄成分控制、設備簡單、成本低等優勢，適宜生產超低氧鋼、超低硫鋼。LF工藝主要包括3個方面：①加熱并合理控制溫度。②白渣精煉。該環節是保證鋼水純凈度的重要環節，也是該技術的核心操作。控制下渣量、鋼包渣改質、保證脫硫脫氧效果、弱氧化性環境、適當攪拌是該步驟的關鍵操作點。③合金微調，控制窄成分。該環節是保證冶煉成分穩定的重要步驟。應完善快速分析設備，響應時間低于3分鐘，準確計算合金收得率，保證鋼水良好脫氧，并通過計算機系統分析合金添加量，從而保證鋼水的穩定性與準確性。

2. CAS與氣體攪拌

該技術能有效控制鋼水溫度，促使雜物上浮并提升鋼水潔凈程度，還能完成窄成分控制、均勻鋼水溫度與成分，同時還能完成雜物變性處理。主要工藝操作：①吹氧升溫，控制終點溫度。②吹Ar工藝，并去除雜物。③合金微調。

3. RH

真空循環脫氣法（RH）具有反應速度快、反應效率高、減少處理溫降、噴粉脫硫等優勢。為了全面提高RH的工藝效率，目前，西方國家RH發展趨勢如下：①全面提升真空泵抽氣能力。②提升鋼水循環流量。③提升容積反應速度。④提升氟化鈣配比到40%左右。

4. VD與VOD

作為真空脫氣設備的VD爐，常與LF爐雙聯使用，適合冶煉低合金高強度鋼、優質碳鋼、合金結構鋼等。頂吹供氧系統聯合VD爐就組成了VOD爐，該設備能進行真空吹氧脫碳，適合冶煉不銹鋼。

三、潔凈鋼精煉工藝

1.低氧鋼精煉技術

彈簧鋼、鋼軌等對鋼中雜物有嚴格標準，為保證鋼材質量，應選擇低氧鋼精煉技術。該工藝的具體要求如下：①控制總氧含量，通常來說，鋼中[T.O]低于25×10-6，軸承鋼則要求[T.O]低于10×10-6。②控制鋼中夾雜物的具體形態，預防出現三氧化二鋁等夾雜物。一般來說，該工藝需進行無鋁脫氧步驟。③控制夾雜物的具體尺寸，預防出現大型雜物；精確把握煉鋼終點，預防鋼水過氧化問題；控制好出鋼下渣量，控制爐渣堿度，進行夾雜物變性處理，真空脫氣等。

2.低碳低氮鋼精煉技術

超低碳鋼精煉技術。RH工藝能有效實現超低碳鋼精煉，但鋼中含碳量低于0.002%時，RH的脫碳作用趨于停止。鑒于此，西方等發達國家進一步研發了新工藝：①全面提升鋼水循環流量，有效促進脫碳反應。②提升容量傳質系數，完成脫碳反應。

超低氮鋼冶煉技術。氮不僅能提升鋼水強度，還能有效降低鋼塑性。從本質上來講，超低氮鋼冶煉是合理通過控制吸氮脫氮這一反應來進行鋼冶煉。通過如下技術，能有效提升真空脫氮效率：①全面提高鋼水純凈程度，減少鋼水中氧、硫含量。②全面改善RH密封環境，預防外部空氣中的氮氣向鋼水中擴散。③噴吹氫氣等還原氣體，有助于提升脫碳速度。④噴吹三氧化二鐵等細小粉末，有助于真空脫氮。

3.超低硫鋼冶煉

超低硫鋼冶煉技術。①轉爐超低硫鋼生產。主要包括鐵水脫硫工藝、轉爐精煉工藝以及鋼水精煉工藝。轉爐精煉是超低硫鋼冶煉技術的關鍵點，兌入鐵水硫含量非常少，轉爐為增硫過程，控制轉爐終點硫是該技術的重點。通常可通過以下措施進行冶煉：合理提高鐵水比例，使用低硫清潔鋼作為冷卻劑；選擇高堿度爐渣，爐渣中氧化鐵含量低于20%；準確把握終點，預防鋼水過氧化；爐渣改質。②電爐超低硫鋼生產。還原鐵取代部分廢鋼，使電爐出鋼硫幾率低于0.02%，是該工藝的關鍵點。

四、爐外精煉技術發展趨勢探究

1.多功能化

未來，真空精煉技術將會得到廣泛應用，鋼水真空精煉比重會進一步增加。社會發展對鋼材純凈度要求逐漸提升，對真空處理鋼需求量增加。真空精煉、真空冶金技術將得到進一步提升。隨著科學技術的發展，爐外處理設備會逐步實現多功能化，在鋼水精煉設備中，會將真空冶金工藝、渣洗精煉工藝、攪拌噴粉、加熱控溫等工藝整合起來，進而全面實現多功能冶煉，以更好地滿足社會發展需求。例如，LF-VD系統、RH-OB系統、CAS-OB系統、RHKTB系統等均配備了合金包芯線與喂合金線，具有多功能化的優勢，能有效滿足不同產品生產需求，還能全面提升設備使用效率。

2.設備生產效率和二次精煉比

爐外精煉將逐步實現高速化與高效化發展，連鑄工藝與轉爐工藝的發展均以“高速化”作為發展目標，通過高拉速工藝、高速吹煉技術，全面縮短生產周期、加快生產效率。在這種大環境下，精煉尤其是LF工藝，將會成為煉鋼的主要瓶頸。當前，受到溫度影響，LF生產工藝已無法更好地滿足高速連鑄、高效轉爐等技術要求。如何全面提高精煉速度、提高設備加熱功率，縮減精煉周期，會成為接下來爐外處理工藝需迫切解決的重要問題。

3.真空精煉技術在煉鋼中的應用

隨著社會發展，人們對鋼材純凈度的要求不斷增大，因此有越來越多的鋼種需要在真空中進行處理。此外，日本方面在新改建的煉鋼廠中已明確提出要求和發展目標：所有的鋼水要100%完全在真空中處理。因此，更預示著將來，真空冶金技術和真空精煉技術會出現質的飛躍。

4.在線配備快速分析設施

在工業文明不斷推進的現代，人們對鋼材成分和質量的要求將越來越高，對鋼材冶煉的控制也會越來越嚴格。爐外精煉是對鋼水成分做控制和管理的最后工序，而其作為最終關卡為了減少精煉的周期需要在線配備快速分析設施，采用數據聯網，縮短等待的時間。

5.快速分析與智能化控制

隨著社會的不斷進步，對鋼材成分標準要求更為嚴謹。為了有效縮短冶煉周期，必須配備快速分析系統，減少等待時間，充分引入高新科學技術，實現爐外精煉的智能化控制。具體來說：準確預報終點溫度與成分，合理選擇最佳工藝，充分利用計算機系統控制精煉過程中的加料、攪拌、調整、加熱、溫控等環節。另外，爐外精煉的不斷發展，會進一步提升自動化控制水平與冶煉在線監測水平。例如，LF鋼包精煉促進了電弧爐生產流程優化，VOD、AOD促進了不銹鋼高效、低耗、優質的變革。

結語

綜上所述，本文針對爐外精煉的冶金特點，探究了爐外精煉工藝、潔凈鋼精煉工藝，并對爐外精煉技術發展趨勢進行了展望，以期促進爐外精煉技術的健康、快速發展。

[1]魏奎先，陸海飛，馬文會，等.工業硅爐外精煉提純與濕法浸出研究進展[J].昆明理工大學學報（自然科學版），2015（2）：1-11.

[2]李福明.淺析爐外精煉技術的應用和發展[J].中小企業管理與科技旬刊，2012（3）：215-216.

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