2.1.3  合金微調(diào)與窄成分控制,合金微調(diào)與窄成分控制技術(shù)是保證鋼材成分性能穩(wěn)定的關(guān)鍵技術(shù)之一,也是LF的重要冶金功能。例如,生產(chǎn)齒輪鋼,要求保證鋼材淬透性帶度≥4 HRC,必須精確控制鋼材各種合金元素的成分,避免波動(dòng)。實(shí)現(xiàn)合金微調(diào)的主要措施是:計(jì)算機(jī)在線(xiàn)準(zhǔn)確計(jì)算各種合金加入量,保證鋼水成分的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性。鋼包內(nèi)噴吹惰性氣體(Ar氣) 攪拌工藝(底吹或噴吹法) ，其主要冶金功能是均勻鋼水成分、溫度、促進(jìn)夾雜物上浮。通常鋼包吹氬的氣體攪拌強(qiáng)度為0. 003～0. 01 Nm³/ t?min。

2.2   CAS與氣體攪拌

2.2.1   CAS -OB的冶金功能和技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是

1）鋼液升溫和精確控制鋼水溫度。在所有爐外處理設(shè)備中, CAS -OB的升溫速度最快,可達(dá)到6～12℃/min,升溫幅度可達(dá)到100℃,鋼水處理終點(diǎn)溫度的波動(dòng)≤±5℃；

2）促進(jìn)夾雜物上浮,提高鋼水潔凈度。采用CAS -OB 法對(duì)鋼水進(jìn)行加熱(升溫< 100℃) ,可控制鋼中酸溶鋁≤0. 005%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) ,鋼水T. O含量降低20 %～40 %；

3）精確控制鋼液成分, 實(shí)現(xiàn)窄成分控制。CAS處理中Al、Si、Mn等合金的收得率穩(wěn)定,并可提高合金收得率20 %～50 %,實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼液成分的精確控制；

4）均勻鋼水成分和溫度；

5）與喂線(xiàn)配合,可進(jìn)行夾雜物的變性處理。

2.2.2   CAS -OB 的操作工藝主要包括:

1）吹氧升溫和終點(diǎn)溫度控制。在吹氧過(guò)程中連續(xù)加入鋁丸,控制Al/O2比是避免鋼中C、Si、Mn等元素?zé)龘p和控制鋼中酸溶鋁含量的關(guān)鍵技術(shù)。由于采用溶解鋁氧化升溫工藝,屬于體相加熱,熱效率高于90 %。通常每噸鋼水升溫1℃，耗鋁量為350～450g,升溫速度快,整個(gè)CAS -OB處理周期為11～16 min,可與轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)節(jié)奏相匹配。

2）吹A(chǔ)r工藝與夾雜物去除。采用加鋁升溫,鋁氧化生成大量Al2O3夾雜,并可能使鋼中鋁含量升高。因此,在加熱過(guò)程中要精確控制Al/O2比及攪拌強(qiáng)度；升溫后要保證一定時(shí)間的吹A(chǔ)r攪拌促進(jìn)夾雜物上浮。

3）合金微調(diào)工藝。出鋼時(shí),對(duì)鋼水成分進(jìn)行精調(diào),并取鋼水樣進(jìn)行快速分析,根據(jù)化學(xué)分析結(jié)果,在CAS處理中補(bǔ)加合金進(jìn)行鋼水成分的最終調(diào)整,實(shí)現(xiàn)窄成分控制。

2.3  RH

RH的基本設(shè)備主要包括: 合金料倉(cāng)及加料系統(tǒng),真空室和真空泵系統(tǒng),鋼包車(chē)、頂開(kāi)機(jī)構(gòu)及鋼包系統(tǒng)和烘烤維修系統(tǒng)。在普通RH頂部安裝水冷氧槍,構(gòu)成RH -KTB工藝,可實(shí)現(xiàn)吹氧脫碳和二次燃燒。對(duì)RH -KTB配備噴粉系統(tǒng),通過(guò)頂槍向真空室內(nèi)鋼水噴吹脫硫粉劑,構(gòu)成RH –KTB/ PB工藝,可實(shí)現(xiàn)真空噴粉脫硫。

RH 精煉效率及冶金效果決定于以下基本工藝參數(shù):

 1）極限真空度與抽氣速率;

 2） 鋼水的循環(huán)流量Q；

 3）表觀反應(yīng)速度常數(shù)kx；

 4） 頂吹供氧強(qiáng)度和槍位控制；

 5）脫硫劑成分及噴粉工藝。

為了進(jìn)一步提高RH的精煉效率,擴(kuò)大處理能力,近幾年國(guó)際RH精煉技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是:

1）提高真空泵的抽氣能力,使RH達(dá)到極限真空度(66.7Pa)的抽氣時(shí)間縮短到2min。

2）進(jìn)一步提高鋼水的循環(huán)流量Q。大量的實(shí)驗(yàn)證明,鋼水循環(huán)流量決   定于下降內(nèi)徑D,真空室內(nèi)鋼水深度H和吹A(chǔ)r的氣體流量G,擴(kuò)大RH下降管直徑,提高氬氣的供氣強(qiáng)度以及提高真空室真空度,均有利于提高RH 的循環(huán)流量。

3）進(jìn)一步提高RH 的容積反應(yīng)速度常數(shù)a Kc,可以提高RH 的反應(yīng)速度。容積反應(yīng)常數(shù)a Kc是熔池傳質(zhì)速度Kc與反應(yīng)界面積A的乘積,并和以下參數(shù)成正比：a Kc∝A0. 32?Q1. 17?Cv1. 48

2.4   VD與VOD

在電爐鋼廠,VD爐作為真空脫氣設(shè)備通常與LF爐雙聯(lián),生產(chǎn)各種合金結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳鋼和低合金高強(qiáng)度鋼。在VD爐上增加頂吹供氧系統(tǒng),構(gòu)成VOD 爐,可以完成真空吹氧脫碳的功能,適宜冶煉低碳不銹鋼。 和RH真空處理工藝相比,VD (VOD、VHD或VAD)爐的精煉強(qiáng)度受鋼包凈空度的嚴(yán)格限制。 通常,完成鋼液脫氣處理,要求鋼包的凈空高度≥600 mm;而要進(jìn)行鋼液碳脫氧工藝,則需鋼包凈空高度≥900 mm。實(shí)現(xiàn)吹氧脫碳工藝,則要求鋼包凈空高度= 1. 0～1. 2 m。由于鋼水脫碳反應(yīng)強(qiáng)度受到鋼包凈空高度的嚴(yán)格限制,因此,VD爐脫碳周期較長(zhǎng)(一般為40～5min) ,整個(gè)處理周期為75～90 min。另外,受鋼包蓋、爐渣等物理因素的影響,真空脫氣效率有所降低。   脫氣處理20～25 min,鋼水氫含量可達(dá)到2 ×10-6,N含量波動(dòng)在(30～45)×10-6。氬氣消耗量也高于RH工藝。另一方面,VD爐可在真空條件下實(shí)現(xiàn)鋼—渣反應(yīng),有利于熔池脫硫和脫氧。在VD爐處理過(guò)程中, 鋼中氧含量可從100 ×10-6降低到20×10-6；硫含量也可從0.01 %降低到0. 0015 %以下,平均脫硫率可達(dá)到84 %。

3  爐外精煉發(fā)展趨勢(shì)

各種爐外精煉方法中，鋼包精煉在工業(yè)生產(chǎn)中使用最多。80年代中期，世界各國(guó)投入工業(yè)生產(chǎn)的爐外精煉設(shè)備約有500余座，美國(guó)和日本生產(chǎn)的軸承鋼全部經(jīng)過(guò)爐外真空處理(RH法、DH法等)，超低硫鋼以及控制夾雜物形態(tài)的鋼種主要用鋼包噴粉處理法(TN法，SL法)生產(chǎn)。AOD爐生產(chǎn)的不銹鋼，鉻元素的回收率達(dá)98％以上，并可使用高碳鉻鐵做合金原料，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。美國(guó)的不銹鋼幾乎全部用AOD爐進(jìn)行精煉。世界上用AOD爐生產(chǎn)的不銹鋼約占不銹鋼總量的75%以上。ASEA—SKF爐、VAD爐和LF爐均采用電弧加熱鋼液，用電磁感應(yīng)或氬氣流攪拌鋼液，可進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的精煉操作，多用于生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼和各類(lèi)高合金鋼。這類(lèi)設(shè)備還可做鋼液保持爐，用于多爐聯(lián)合生產(chǎn)特大鋼錠或保持連鑄鋼液。各種爐外精煉方法，各有所長(zhǎng)，在選擇爐外精煉方法時(shí)，應(yīng)充分考慮到產(chǎn)品質(zhì)量要求，生產(chǎn)廠原材料條件以及原有設(shè)備狀況、生產(chǎn)操作水平和資金情況等進(jìn)行綜合分析研究，因地制宜地進(jìn)行選擇。