我国炉外精炼技术的发展前景和趋势分析

我国炉外精炼技术的发展前景和趋势分析

孟会涛

南京钢铁股份有限公司板材事业部第一炼钢厂 江苏南京 210000

摘要：炉外精炼技术是我国当前炼钢流程中较为重要的环节，使用此项技术可以有效提升钢材质量和产量，在炼钢企业当中发挥着重要的作用。本文将针对炉外精炼技术方法、发展过程，未来的前景和趋势进行分析。

关键词：炉外精炼技术；发展前景；趋势  

引言

在60年代中期，我国就开始在生产炼钢过程中，使用高碱度炉渣。在出钢期间，采用脱硫的办法冶炼轴承钢，还学会了钢包静态脱气的原始精练工艺，但目前没有精练的设备能够应用其中。在80年代时，我国自主研发的精炼设备也开始投入使用，如LF炉与电磁搅拌设备等，我国各冶金研究所等机构联合研发生产的喂丝机、钢包吹氩与合金芯线，并健全了炉外精炼技术的辅助工艺。并且炉外精炼技术在当前已经非常成熟，精炼工艺全面运用于国内的各钢铁企业，以核心炉外精炼技术为主，并在冶炼特殊的钢中取得了良好的效果和成果。

1炉外精炼基本方法

（一）炉外精炼搅拌法

二十世纪40年代，对于炉外精炼搅拌法的实验研究结果表明：要实现钢液的成分均匀，温度均衡化，可以将Ar吹入到钢液中，而且能起到脱氧的作用。工业发达国家运用这种搅拌方法，不但提高钢材，而且还会使非金属夹杂物降低。进入到二十世纪60年代，电磁搅拌法普遍采用。此外，注入式搅拌在工业生产中被采纳，在钢包中注入钢液，应用了机械搅拌原理实现炉外精炼。

（二）添加物料法

1.喷粉法

进入到二十世纪60年代末期，将碱土金属碳化钙和硅化钙吹入到钢包的钢液当中，这就是蒂森公司所提出的TN法。进入到70年代，一种新的喷粉法被研制出来，其是将碳化钙和硅化钙吹入到钢包的钢液当中的同时，还能够将合金粉和钙系的粉末喷入其中，此为SL法。从原理上而言，喷粉法就是将炼钢剂、合成渣剂、增碳剂吹入到钢液中。采用喷粉法，不但能够获得良好的脱氧效果和脱硫效果，而且还能够使夹杂形态得以改善，采用喷粉的方法还可以对于钢液的成分进行调整。

2.合成渣法

合成渣法就是在钢包中注入固态或者液态的合成渣，然后借助中间包向该包内注入钢水的动能，使钢与渣之间充分融合，形成乳性溶液，使钢渣的反应面积增大。在反应的过程中，在炉渣中注入硫和氧后，钢液中所夹杂的杂物上浮，使钢液清洁。

3.真空与稀释类

真空与稀释类的基本原理，是将氢气、氮气以及一氧化碳等等的气相压力降低。真空度是真空处理技术中的关键因素，要求不可以超过70巴。稀释法的技术参数为氧气与稀释气体纸币。比如，钢液处于低含碳量状态下，使用氩进行稀释的时候，就要求氧气与氩之间的比例界定在1:3与1:2之间。

4.加热类

在炉外精炼的过程中，对于钢液进行加热，可以增加精炼工艺的灵活性。采用加热法可以提高运用的自由度，无论是添加剂的使用，还是精炼工艺处理时间以及对于温度的要求，都存在着一定的独立性，并可以根据自身的需要自由选择。

2炉外精炼工艺流程

(一)造渣

按照钢包内渣层厚度、钢水硫含量与处理时间和渣况，加入造渣料。各项指标较高时，加入最大量渣料，相反情况下则加入最小量渣料。渣料配比的比例，石灰与萤石比例控制在3:1或是4:1较为适宜。渣料与石灰和萤石各项成分含量详见表1、表 2、表 3。

表 1 石灰化学成分

表 2 萤石化学成分

表 3 渣洗料化学成分

精炼所需脱氧剂主要有铝粉、碳化硅以及硅铁粉与铝铁粉，脱氧剂的添加需按照钢种进行计入，原则标准为按顺序添加，避免单词添加量较多，使成分发生超标。按照进站钢水成分与炉渣氧化性添加脱氧剂，对钢水与炉渣采取脱氧处理。炉渣颜色体现出氧化性强弱，冶炼阶段炉渣颜色转变过程为炉渣黑色，FeO与MnO含量查过2%，渣氧化性良好，需添加脱氧剂;炉渣褐色至绿色，FeO与MnO含量介于1%-2%，炉渣氧化性一般，需采取还原;炉渣灰色至白色，FeO与MnO含量小于1%，炉渣还原性良好，可以对夹杂物进行吸附，对钢水采取脱硫处理。铝镇静钢脱氧需提前添加至钢包，降低补铝次数;加铝后需采取搅拌，降低全氧含量。对低铝硅镇静钢进行冶炼，需按照钢、渣同步脱氧保准，添加铝粉，防治炉渣反复有效缩减成渣时间。

(二)炉底吹氩

精炼钢水过程中，坐到吊包位置，操作工将快速接头准确对接，开启气源阀门进行吹氩，使成分更加稳定均匀。精炼阶段，若增碳或是加入合金以及硫含量过高情况下，可进行强吹。强吹过程中保持液面波动直接稳定在400mm左右。吊包之前，弱吹氩应超过8min。精炼完成，将气源阀门进行关闭，将快速接头抽出。

(三)喂丝

吊包工位弱吹氩进行之前应进行喂丝操作，按照钢包内部钢液状态以及钢包净空尺寸，对喂丝速率进行适宜的微调，喂丝速度详见表4。喂钙线之前应减缓吹氩总体流量，确保钢液面钢水平稳不发生裸露情况;喂铝线阶段应提升吹氩总体流量，同液面翻起位置保持适宜距离。

(四)微调合金成分

采取添加合金料，对钢液的含量成分进行微调，使合金元素发生融化，并可以快速形成均匀状态。采取添加合金料与分析的同步操作，对合金成分做出微调，将其微调至较小范围情况下。

3炉外精炼发展方向

第一，生产系统智能化。目前，在国内的一线钢铁企业具有产销一体化系统、一键炼钢系统、一键精炼系统等智能系统。智能系统能够根据铁液的成分自动进行配料计算，对生产情况进行记录，对生产行为进行评估。但是，这些智能系统仅是针对本工段生产进行工艺计算，每套智能系统互相独立，仅能对数据进行传输，自动配料系统仅能为生产人员提供数据参考，部分系统缺乏对整个生产过程数据有效的处理能力。

所以，未来生产系统智能化要求能够对不同生产数据进行采集与处理，包括生产设备运行信息，生产的原辅料属性信息，操作工的操作数据等。以人工智能技术为基础，以大数据为依托，以操作数据为指导，实现炉外精炼生产设备的精准化与无人化。

第二，设备与工艺模块化。在进行精炼双联法生产时，需要利用不同精炼设备的多种相功能。当待处理钢液在不同设备之间转换会占用生产时间与生产空间，拉长整个生产节奏，导致生产周期与厂房空间紧张。如果遇到设备零件出现问题，整个生产流程便会停止。

设备工艺的模块化可以妥善解决这类问题。首先，设备工艺模块化使各种设备功能单独存在、有序使用，减少相同功能的在整个生产流程中占用时间；其次，设备模块化便于集中采购，降低设备成本。

第三，生产节能绿色化。目前在国内的钢铁行业面临着产能过剩，环境污染严重的问题。截止到2017年底，我国生铁、粗钢、钢材产量分别达到6.56、8.3和9.73亿t，钢铁行业是高耗能耗水的行业，钢铁行业对资源的消耗非常巨大。在政府主导的去产能工作虽然产能过剩的矛盾得以一时缓解，但是产能过剩问题依然突出不容忽视。钢铁企业普遍是污染大户：生产原料的堆放会造成粉尘污染，焦炭生产、冶炼过程中会向空气中排放大量的焦炭中的硫化物、氮化物、酚类、氨类、CO、CO₂和粉尘颗粒等，对空气造成污染。因此对钢铁生产设备需要安装环保设备，提升环保水平。

结语

综上所述，对于炼钢企业来讲，想要实现自身企业的快速发展，则必须使用更加先进的工艺，同时跟上行业的发展趋势。对于炼钢行业来讲，其钢铁的质量，往往决定着一个企业的生存状况。因此，为了保证企业可以继续生存下去，则需要使用炉外精炼技术，从而使其生产的钢铁质量得到有效的保障，并降低生产过程之中的成本。

参考文献

[1]薛正良,李正邦等.Ca0坩埚的研制及其在真空熔炼超低氧钢中的应用[J].耐火材料.2012,37(5):267-270.

[2]陆钢,成过光等.超低硫钢精练工艺[J].北京科技大学学报,2010,22(4):320-323.