12爐外精煉爐外精煉又稱鋼包精煉，可分為兩種：一種是高爐-煉鋼爐之間對鐵水進(jìn)行預(yù)處理，其主要目的是：脫硫、脫磷、脫硅。另一種是在煉鋼爐-連鑄之間處理鋼水的二次精煉，其主要目的是：脫氣（H、N、CO）；脫硫、脫碳、脫氧、爐外精煉的特點(diǎn)各種爐外精煉設(shè)備都具備高效精煉的特點(diǎn),適宜冶煉各類純凈鋼、超純凈鋼。其原因在于各種爐外精煉設(shè)備的工藝與設(shè)備設(shè)計(jì)能滿足以下冶金特點(diǎn):(1)改善冶金化學(xué)反應(yīng)的熱力學(xué)條件。如煉鋼中脫碳、脫氣反應(yīng),反應(yīng)產(chǎn)物為氣體。降低氣相壓力,提高真空度,有利于反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行。(2)加速熔池傳質(zhì)速度,對于多數(shù)冶金反應(yīng),液相傳質(zhì)是反應(yīng)速度的限制環(huán)節(jié)。各種精煉設(shè)備采用不同的攪拌方式,強(qiáng)化熔池?cái)嚢?加速混勻過程,提高化學(xué)反應(yīng)速度。(3)增大渣鋼反應(yīng)面積,對各種爐外精煉設(shè)備均采用各種攪拌或噴粉工藝,造成鋼渣乳化、顆粒氣泡上浮、碰撞、聚合等現(xiàn)象,顯著增加渣鋼反應(yīng)面積,提高反應(yīng)速度。(4)精確控制反應(yīng)條件,均勻鋼水成分、溫度。多數(shù)爐外精煉設(shè)備,配備了各種不同的加熱功能,可以精確控制反應(yīng)溫度。同時(shí),通過攪拌均勻鋼水成分,精確調(diào)整成分,實(shí)現(xiàn)成分微調(diào)。精確控制化學(xué)反應(yīng)條件,使各種冶金反應(yīng)更趨近平衡。(5)健全在線檢測設(shè)施,對精煉過程實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制。保證精煉終點(diǎn)的命中率和控制精度,提高產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。為實(shí)現(xiàn)上述冶金功能,各種爐外精煉設(shè)備一般均采用以下精煉方法:(1)渣洗精煉:精確控制爐渣成分,通過渣鋼反應(yīng)實(shí)現(xiàn)對鋼水的提純精煉。主要用于鋼水脫氧脫硫和去除夾雜物等方面。(2)真空精煉:在真空條件下實(shí)現(xiàn)鋼水的提純精煉。通常工作壓力≥50Pa,適用于對鋼液脫氣、脫碳和用碳脫氧等反應(yīng)過程。(3)熔池?cái)嚢?通常是向反應(yīng)體系提供一定的能量,促使該系統(tǒng)內(nèi)的熔體產(chǎn)生流動(dòng)。通過對流加速熔體內(nèi)傳熱、傳質(zhì)過程,達(dá)到混勻的效果。攪拌的方法主要有氣體攪拌、電磁攪拌和機(jī)械攪拌三種方法。(4)噴射冶金:通過載氣將固體顆粒反應(yīng)物噴入熔池深處,造成熔池的強(qiáng)烈攪拌并增大反應(yīng)面積。固體顆粒上浮過程中發(fā)生熔化、溶解,完成固—液反應(yīng),顯著提高精煉效果。(5)加熱與控溫:為了精確控制反應(yīng)溫度與終點(diǎn)鋼水溫度,多爐爐外精煉設(shè)備采用了各種不同的加熱功能,避免精煉過程溫降。主要的加熱方法有:電弧加熱、化學(xué)加熱和脫碳二次燃燒加熱。12.1概述

要精確控制鋼中的[C]、[P]、[N]、[H]、[0]含量，在轉(zhuǎn)爐或電爐中進(jìn)行的精煉，對這些有害元素的去除是有限的。為了提高精煉水平，這些冶金操作將移到精煉爐中去進(jìn)行。早期的爐外處理設(shè)備是鋼包脫氣，其目的在于減少鋼中的[H]和[O]，德國于1956年發(fā)明了真空提升脫氣法即DH法，萊茵鋼冶金公司和海拉斯公司合作開發(fā)了真空循環(huán)脫氣法即RH法，解決了傳統(tǒng)煉鋼方法難以解決的脫氧、脫氮等問題。進(jìn)入60年代后，瑞典研制出具有感應(yīng)攪拌和電弧加熱功能的ASEA—SKF精煉爐。1965年，德國又研制成真空吹氧脫碳法即VOD法；1968年，美國研制成氬—氧精煉爐即AOD法。70年代初，日本研制成具有電弧加熱、氬氣攪拌功能的鋼包精煉爐即LF爐。其質(zhì)量也趕上或超過了有名的瑞典軸承鋼。日本山陽鋼廠對不同氧含量的軸承鋼進(jìn)行疲勞試驗(yàn)證明，當(dāng)鋼中[O]由30ppm降到15ppm時(shí)，軸承鋼的疲勞壽命增加5倍；降到5ppm，可提高30倍爐外精煉主要有真空處理，吹氮或氬、吹氧，電磁攪拌，加入渣料、脫氧劑和合金元素，電弧加熱等。流程分類開發(fā)時(shí)間代表性流程氣氛攪拌方法加熱方法精煉功能鋼包吹氣1950年Gazal大氣氣體—脫氧1975年CASＡr氣體(Al升溫）脫氧、硫噴吹1970年喂絲大氣氣體—脫氧、硫1960年ＴＮ法大氣氣體—脫氧、硫真空處理1952年Bochume真空——脫氫1956年DH真空吸上—脫H、Ｎ、Ｏ、Ｃ1957年RH真空環(huán)流(Al升溫）脫H、Ｎ、Ｏ、Ｃ1958年LVD真空氣體—脫H、Ｎ、Ｏ、Ｃ電弧加熱處理1964年ASEA-SKF真空氣體電弧脫H、Ｎ、Ｏ、Ｃ1967年VAD真空氣體電弧脫H、Ｎ、Ｏ、Ｃ1971年LFＡr氣體電弧脫Ｏ、SLFV真空氣體電弧脫H、Ｎ、Ｏ、Ｃ不銹鋼精煉1965年VOD減壓氣體—脫H、Ｎ、Ｏ、Ｃ1968年AODAr氣體—脫Ｎ、Ｏ、Ｃ、S12.2爐后處理技術(shù)在任何爐外精煉方法操作過程中，最重要的一環(huán)是脫氧。合理地脫氧可以最大程度地回收微合金化元素，如果鋼水脫氧不徹底，那就可能損失掉一部分較為貴重的微合金元素。鋼包中進(jìn)行脫氧和用喂絲法加入微合金元素。(1)鋼水的脫氧。眾所周知，鋼中氧的含量是隨著鋼中碳的減少和溫度的升高而增加的，很明顯，在低碳范圍內(nèi)(0.2％C以下)，處于與[C]平衡的[O]含量急劇增加。鋁在生產(chǎn)中是應(yīng)用廣泛的一種脫氧劑，這是因?yàn)殇X與氧的親和力很強(qiáng)，且易于加入，反應(yīng)快，相對成本也較低和具有細(xì)化晶粒的作用，故鋁是一種有效的脫氧劑。在平衡條件下，鋼中溶入0.04％Al，通?？墒辜s含500ppm的最高含氧量(低碳鋼)降到極限值。根據(jù)下列反應(yīng)鋁與氧生成A12O3：2A1十3[O]→Al2O3(2)微合金化加入合金元素將B、Ti、Nb、V和Zr這些元素少量地加入到鋼水中，可提高鋼的強(qiáng)度和韌性，在鋼筋業(yè)和汽車行業(yè)中都顯示了微合金化的作用。在鋼筋業(yè)中，具有高屈服強(qiáng)度的低碳鋼筋是很受歡迎的，因?yàn)檫@些鋼筋易于焊接和加工，通過微合金化方法加入Nb和V后，很容易使低碳鋼筋獲得高屈服強(qiáng)度。在汽車工業(yè)中使用大量鋼卷，要求煉鋼各爐之間，各卷之間，甚至同一卷中前后部分的屈服強(qiáng)度的差別很小。為此，需通過爐后鋼包喂絲方法來控制合金的加入量，以得到滿足上述要求的鋼，并可使機(jī)械性能進(jìn)一步提高。由于微合金化元素本身也是強(qiáng)脫氧劑，因此鋼中微合金化元素的最終含量極不易控制準(zhǔn)確，有時(shí)會(huì)造成貴重的微合金元素的浪費(fèi)，所以在加入微合金化元素前一定要先脫好氧。目前用喂絲機(jī)將合金絲插入鋼水中的方法，大大提高了合金的收得率。(3)夾雜物的形態(tài)控制。用A1脫氧必然形成A12O3，當(dāng)殘余鋁超過0.03％時(shí)，A12O3：顆粒將形成顆粒團(tuán)，這些顆粒團(tuán)將成為鋼質(zhì)量下降的主要夾雜物。在采用爐后鋼包喂絲技術(shù)后，可將填有CaSi粉的空心鋁絲喂入鋼水中，這樣既進(jìn)行了脫氧又可達(dá)到細(xì)化晶粒的目的。CaSi中的Ca與Al2O3化合產(chǎn)生鋁酸鈣，而鋁酸鈣成球狀，且在鋼的澆注過程中不堵水口，有助于提高連鑄能力并在軋制溫度下不變形。所以，爐后處理用鋼包喂絲法，通過控制鋼水中的Ca、CaSi、Mg或稀土元素的加入量，可精確地控制脫氧量并可改善夾雜物的形態(tài)，是一種極好的爐后處理方法。

12.3真空處理

鋼水真空處理就是在澆注前或澆注過程中，利用抽真空的辦法以降低鋼水處理容器中的氣體壓力，達(dá)到去除鋼中氣體和非金屬夾雜物的目的。若處理未脫氧的鋼水，還能進(jìn)一步脫碳，煉出低碳鋼。目前，真空處理方法很多，但一般將其分為液面脫氣、鋼流脫氣、提升脫氣、循環(huán)脫氣四種。(1)液面脫氣法(又稱鋼包脫氣法)。這種方法過曾起到過一定作用，但目前已不太采用了。(2)鋼流脫氣法。目前采用的主要有倒包法、真空澆注法及出鋼過程脫氣法三種，如圖13—2所示。(1)真空鑄錠法真空鑄錠法是把大氣中冶煉的鋼水注入錠模時(shí)進(jìn)行真空處理的方法，有脫氫及防止空氣氧化等效果。它是由鋼包脫氣法發(fā)展而來，進(jìn)而發(fā)展成為流滴脫氣法及真空貯錠法。這三種方法都由德國BochumerVerein公司開發(fā)，稱為Bochumer法。鋼液滴流脫氣法是將鋼水流股注入真空室，由于壓力急劇下降，使流股突然膨脹并散開成一定角度以滴狀降落，使脫氣表面積大大增加，有利于氣體逸出。經(jīng)真空下對末脫氧的鋼水鋼滴流脫氧和脫碳的作用研究證明，在真空滴流過程中，鋼水脫氧的同時(shí)還有脫碳作用，另外，非金屬夾雜物的含量也相應(yīng)降低約50～70％。滴流處理的主要問題是鋼水溫降嚴(yán)重，尤其是倒包法更為突出。為了保證充分脫氣與合適的澆注溫度，鋼水需過熱100℃左右。

(2)真空提升脫氣法(DH法)

真空提升脫氣法的主要設(shè)備由真空室、提升機(jī)構(gòu)、加熱裝置、合金加入裝置以及抽氣系統(tǒng)等組成，如圖12—3所示。真空提升脫氣法的原理是壓力平衡。其操作程序是，將真空室下部的吸嘴插入鋼水中，真空室抽成真空后，鋼水沿吸嘴上升到真空室內(nèi)脫氣。如真空室內(nèi)壓力為13.3322～66.661Pa，提升的鋼水高度約為l.48m，當(dāng)鋼包下降或真空室相對提升時(shí)，脫氣后的鋼水重新返回到鋼包中；當(dāng)鋼包上升或真空室下降時(shí)，又有一批新的鋼水進(jìn)入真空室進(jìn)行脫氣，這樣不斷重復(fù)，直到全部鋼水處理完畢為止。真空提升脫氣法的主要優(yōu)點(diǎn)為：進(jìn)入真空室內(nèi)的鋼水激烈沸騰，脫氣表面積大，脫氣效果較好，適用于大量鋼水的脫氣處理，即用較小的真空室處理大噸位的鋼水；還可用電極、重油和煤氣等對真空室進(jìn)行烘烤和加熱，鋼水降溫較?。灰蚍序v激烈，還具有較大的脫碳能力，可以用來生產(chǎn)含C0.002％的低碳鋼；處理過程中可以加合金，合金元素的收得率高，因此有較好的發(fā)展，尤其在大容量的處理上經(jīng)濟(jì)效益更好。真空提升脫氣法的主要設(shè)備由真空室、提升機(jī)構(gòu)、加熱裝置、合金加入裝置以及抽氣系統(tǒng)等組成.主要進(jìn)行（1）脫碳、氧、氮等氣體；（2）真空脫碳；（3）攪拌進(jìn)行成分、溫度的均勻化和分離非金屬夾雜物等。圖12-4DH法原理圖

處理后的實(shí)際效果為：1)脫氫：處理前鋼中含[H]為2.5～6.5ppm，處理后含[H]量可降到1.0～2.5ppm。2)脫氧：處理未經(jīng)脫氧的鋼水，含[0]雖可降低55～90％，同時(shí)非金屬夾雜物可降低40～50％。另外，合金加入在真空下進(jìn)行，因此合金收得率在95％以上，而且成分非常均勻。3)脫氮：一般來說脫氮速度較慢，氮在鋼水中的擴(kuò)散系數(shù)較小，當(dāng)鋼中含[N]為30～40ppm時(shí)，短時(shí)間處理后，氮含量幾乎沒有什么變化。但當(dāng)含氮量高于l00ppm時(shí)，脫氮量可達(dá)20～30ppm。4)脫碳：在真空處理過程中，由于碳—氧反應(yīng)降低了碳的含量，因此，利用真空提升脫氣法可生產(chǎn)超低碳鋼。DH法的改進(jìn)：ADH-AD法為了采用氬氣促進(jìn)脫氣，日本川崎制鐵所對DH法進(jìn)行了吹氬脫氣試驗(yàn)，在氬氣流量為0.25-0.3m3/min時(shí)，脫碳量由50ppm降低到30ppm，此后噴嘴改進(jìn)成不銹鋼埋入式，1974年應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。BREAD法該法于1995年由新日鐵開發(fā)出來。它把DH法真空槽的浸漬管加粗，在真空槽里減壓排氣，從鋼包底部通過透氣磚向鋼水慢慢吹氬。此法結(jié)構(gòu)簡單，易于管理和維護(hù)，吹入少量的氬氣就可以得到很大的攪拌效果?？梢缘玫絒C+N]<25ppm的鋼。圖12-5DH法的改進(jìn)

(3)循環(huán)脫氣法(RH法)

循環(huán)脫氣法是德國魯爾鋼鐵公司(Ruhrstahl)和海拉斯公司(Heraeus)于1957年共同設(shè)計(jì)的，故簡稱RH法。1)RH法的基本工作原理：如圖12—6所示，真空脫氣設(shè)備由真空室和抽氣裝置組成，真空室下端有兩根吸鋼水和排放鋼水的上升管和下降管，脫氣處理時(shí)，將這兩根管子插入鋼水中，通過真空室抽成真空，使鋼水從兩根管內(nèi)上升到壓差高度約1.5m，同時(shí)從上升管下部三分之一處吹入作為驅(qū)動(dòng)氣體的氬氣，使上升管內(nèi)的鋼水中充滿氣泡，氬氣經(jīng)高溫鋼水加熱，加之鋼中氣體向Ar氣泡內(nèi)擴(kuò)散，使其體積迅速膨脹，膨脹的氣泡使上升管內(nèi)的鋼水密度變小，氣泡帶動(dòng)鋼水上升，當(dāng)鋼水進(jìn)入真空室時(shí)，流速高達(dá)5m／s左右，氬氣泡在真空下突然膨脹，使鋼水呈雨滴狀噴起，脫氣后的鋼水進(jìn)入下降管，因其比重相對較大，以l～2m／s的速度返回鋼包中，如此周而復(fù)始多次循環(huán)，鋼水順次進(jìn)入真空室，在真空下完成脫氣過程。圖12-6RH脫氣法設(shè)備示意圖

RH的基本設(shè)備主要包括:合金料倉及加料系統(tǒng),真空室和真空泵系統(tǒng),鋼包車、頂開機(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RH-KTB配備噴粉系統(tǒng),通過頂槍向真空室內(nèi)鋼水噴吹脫硫粉劑,構(gòu)成RH-KTBPPB工藝,可實(shí)現(xiàn)真空噴粉脫硫。2)RH法的優(yōu)點(diǎn)：①反應(yīng)速度快,表觀脫碳速度常數(shù)可達(dá)到3.5min-1。處理周期短，生產(chǎn)效率高，常與轉(zhuǎn)爐配套使用；②反應(yīng)效率高，鋼水直接在真空室內(nèi)進(jìn)行反應(yīng),可生產(chǎn)[H]≤0.5×10-6(質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同)，[N]≤25×10–6，[C]≤10×10-6的超純凈鋼;③可進(jìn)行吹氧脫碳和二次燃燒進(jìn)行熱補(bǔ)償,減少處理溫降;④可進(jìn)行噴粉脫硫,生產(chǎn)[S]≤5×10-6(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的超低硫鋼。(3)RH法的改進(jìn)隨著技術(shù)的進(jìn)步，RH法也有著不斷的改進(jìn)和發(fā)展，現(xiàn)在，RH法不僅能脫氣，而且具有在減壓條件下脫碳、脫硫等功能。ARH-OB法1965年，開發(fā)了減壓條件下用O2脫碳的VOD法，把這一想法與RH法結(jié)合，1971年在新日鐵開發(fā)了用氧氣噴槍進(jìn)行頂吹的RH-OB法。B.RH-KTB法RH法問題之一是長時(shí)間處理鋼水溫度降低，導(dǎo)致金屬附著在真空槽的內(nèi)壁上。1989年，川崎制鐵千葉制鐵所開發(fā)了設(shè)置頂吹氧氣噴槍，向在純氧頂吹轉(zhuǎn)爐進(jìn)行軟吹的RH-KTB法。圖12-4RH的改進(jìn)形式CRH-MFB法和RH-KTB法相同，為了提供鋼水溫度和防止金屬在真空壁內(nèi)壁上附著的方法，同時(shí)也為了適合極低碳鋼的吹煉。1993年新日鐵開發(fā)了上下升降自由、可以按照需要使用純氧或（純氧+燃料)的多功能燒嘴。DRH-噴吹法和RH-PTB法RH-噴吹法是在處理中向真空槽鋼水上升管下面噴吹脫硫劑粉末(CaO-CaF2）的方法，1989年由新日鐵公司開發(fā)，PH-OB法（頂吹法），1992年新日鐵公司開發(fā)。采用這些方法，可以得到含硫小于5-10ppm的鋼水。EMESID技術(shù)1994年比利時(shí)西德瑪(SIDMAR)鋼鐵公司研制成功MESID技術(shù),MESID噴槍用脈沖氣流工作,從而減少氧氣流對真空室內(nèi)鋼液面的影響。可向溶池表面噴吹用于脫硫的固體混合料,還可加熱真空室的耐火材料或保溫。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控制。為了進(jìn)一步提高RH的精煉效率,擴(kuò)大處理能力,近幾年國際RH精煉技術(shù)的發(fā)展趨勢是: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)aKc,可以提高RH的反應(yīng)速度。容積反應(yīng)常數(shù)aKc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4.向RH內(nèi)吹入純氧,可以提高RH在高碳低氧區(qū)內(nèi)的脫碳速度,因而有利于提高RH的初始含碳量。5.提高脫硫粉劑中CaF2的配比至40%,增加脫硫粉劑用量,有利于提高RH脫硫的效率,適宜冶煉[S]≤10×10-6的超低硫鋼。(4)LVD法LVD法（鋼包脫氣法）是向放在真空容器中的鋼包里的鋼水吹氬的方法。因其結(jié)構(gòu)簡單，便于維護(hù)，廣泛應(yīng)用于小規(guī)模電爐廠進(jìn)行特殊鋼精煉。(5)V-KIP法此法于1986年在新日鐵開發(fā)成功，其與LVD法相似。在真空容器中設(shè)置鋼包，用氬氣作載氣，通過噴槍把粒狀的精煉劑吹入鋼水，用于脫氣、脫硫、夾雜物的形態(tài)控制。13.4鋼包精煉

真空脫氣法是以提高鋼的質(zhì)量為主要目的發(fā)展起來的，而鋼包精煉法則是在確保質(zhì)量的同時(shí)，以提高生產(chǎn)率和降低產(chǎn)品成本為目標(biāo)發(fā)展起來的。其方法很多，其中比較典型的有ASEA—SKF法、VAD法、LF法等，以代替電爐的還原精煉(脫氧、脫硫、去夾雜及成分調(diào)整)。目前，有些國家正在研究更新的方法，使之不僅可以在爐外進(jìn)行還原精煉，而且利用真空下優(yōu)先脫碳，把氧化精煉也放在爐外進(jìn)行。這些新方法中有如VOD法等。(1)鋼包真空精煉法(ASEA—SKF法)該法是瑞典ASEA與SKF公司于1985年聯(lián)合研究制造而成的，設(shè)備可處理的容量在20～140t之間。其處理工藝流程如圖13—5所示：當(dāng)鋼水出鋼后，將鋼包爐吊入攪拌器內(nèi)進(jìn)行電磁感應(yīng)攪拌，此時(shí)除掉初煉渣，加渣料造新渣，待鋼水溫度合適后蓋上真空蓋，進(jìn)行真空脫氣處理。真空脫氣后，通過斜槽漏斗加入合金調(diào)整鋼水成分，最后將鋼水加熱到合適的溫度，再將鋼包吊出進(jìn)行澆注。整個(gè)精煉過程約在1.5～3h內(nèi)完成。這種精煉法的優(yōu)點(diǎn)為：

1)可對鋼水進(jìn)行電弧加熱和電磁感應(yīng)攪拌，鋼水的脫氣時(shí)間可不受限制，夾雜物易于上浮到渣中；操作靈活；可進(jìn)行脫氧、脫硫、調(diào)整成分和溫度，鋼水質(zhì)量可大大提高。2)可提高初煉爐的生產(chǎn)率，初煉爐一般只起熔化的作用。3)可擴(kuò)大品種。由于精煉過程中加入了大量鐵合金，因而可生產(chǎn)由碳素鋼到合金鋼等很多品種。4)可降低生產(chǎn)成本。由于初煉爐的熔煉時(shí)間大大縮短，降低了電耗，提高了合金收得率，同時(shí)還改善了鋼錠的表面質(zhì)量，所以鋼錠修磨量少。另外，還可使大斷面鋼坯的氫擴(kuò)散退火時(shí)間減少，因而也降低了能耗。該法的不足是：設(shè)備較復(fù)雜，攪拌用低頻電源，造價(jià)高，精煉時(shí)間也較長；小爐子的耐火材料消耗高。

(2)真空吹氧脫碳法(VOD法)VOD法的生產(chǎn)工藝如圖13～6所示。其設(shè)備與其它鋼包脫氣法比較，除有兩點(diǎn)不同外其它均相似。一是吹氧精煉用的氧槍可通過真空室蓋子自由升降；另一點(diǎn)是由于真空室進(jìn)行吹氧脫碳產(chǎn)生大量CO氣體，故要增強(qiáng)抽氣能力。VOD法對于精煉超低碳鋼種具有突出的優(yōu)越性，同時(shí)對各種特殊鋼進(jìn)行真空精煉或真空脫氣處理也很有效。該法由于包底設(shè)有吹氬攪拌裝置，其脫氣去除夾雜的效果比較好，冶金反應(yīng)動(dòng)力學(xué)條件也較好。如果處理時(shí)間短，鋼包采用適當(dāng)?shù)念A(yù)熱措施，鋼水在處理過程中雖末進(jìn)行補(bǔ)充加熱，鋼水的溫降不大，效果較好。圖12-6真空吹氧脫碳法1-氧槍；2-合金添加孔；3-氬氣；4-抽氣孔(3)鋼包爐精煉法(LF法)這種鋼包精煉爐的特點(diǎn)之一是不用真空，但必要時(shí)也可加上真空。它采用氬氣攪拌，免去了昂貴的電磁攪拌，在大氣壓下用石墨電極埋弧加熱，再加上爐渣精煉技術(shù)。其工作原理如圖13—7所示。鋼包爐的爐體由一個(gè)普通鋼包制成，包蓋上配有三根電極以便加熱鋼水，氬氣由鋼包底部吹入鋼水。其主要工藝流程如圖13—8所示。LF爐的工藝參數(shù)大致如下：加熱升溫速度為4C/min；氬氣攪拌時(shí)鋼水溫度下降速度為1C/min；因脫氣造成溫度下降為3.5C/min；在加熱時(shí)電極插入渣中能使電流穩(wěn)定。LF爐的精煉效果：脫硫速度依渣中的堿度和(FeO)而變化，當(dāng)渣中含(FeO)高時(shí)，脫硫效果差,鋼中的[S]含量高。LF爐的全部產(chǎn)品基本上都進(jìn)行真空脫氣處理，鋼中[H]可降至1～1.5ppm。LF熔煉時(shí)鋼水中成分偏析很小可將成分控制在極小范圍，加上吹氬攪拌可使鋼包內(nèi)鋼水溫度偏差控制在±5C左右。這種精煉裝置主要由鋼包，真空容器和電弧加熱設(shè)備組成。未來保持真空脫氣的沸騰時(shí)間，上部自由空間要大些。在盛放鋼包的真空容器蓋上，設(shè)有漏斗可添加合金及熔劑。LF爐的精煉工藝主要包括三項(xiàng)內(nèi)容:(1)加熱與溫度控制:LF爐采用電弧加熱,對鋼水加熱效率一般≥60%,高于電爐升溫?zé)嵝省?2)白渣精煉工藝:LF爐利用白渣進(jìn)行鋼水精煉,實(shí)現(xiàn)鋼水脫硫、脫氧,生產(chǎn)超低硫鋼和低氧鋼。因此,白渣精煉是LF爐工藝操作的核心,也是提高鋼水純凈度的重要保證。(3)合金微調(diào)與窄成分控制。圖13-8鋼包爐精煉法a-加熱；b-脫氣；c-除渣1-吹氬；2-取樣、測量；3-電弧加熱；4-加料口；5-加熱時(shí)用爐蓋；6-鋼包；7-抽氣管道；8-真空爐蓋LF爐的特點(diǎn)：1.電弧加熱是在真空條件下進(jìn)行的，因此在加熱過程中可以獲得良好的脫氣效果；2.能夠準(zhǔn)確的調(diào)整澆鑄溫度。而且鋼包內(nèi)襯充分蓄熱，澆注時(shí)溫降穩(wěn)定；3.由于精煉過程中充分?jǐn)嚢?，鋼液成分穩(wěn)定；4.可以加入大量合金，能冶煉范圍很廣的碳素鋼與合金鋼；5.可以加入造渣劑和其它造渣材料進(jìn)行脫硫和脫碳，如果在真空蓋上裝設(shè)氧槍，還可以采用真空吹氧脫碳，冶煉超低碳不銹鋼。LF爐的改進(jìn)(1)NK-AP法，1981年在日本NKK福山制鐵所開發(fā)成功，使用插入式氣體噴槍代替透氣磚，來進(jìn)行氣體攪拌和精煉粉劑的噴吹。

圖12-8NK-AP設(shè)備圖LF爐的改進(jìn)(2)PLF法此方法把LF爐中的加熱用石墨電極換成等離子體槍，由于沒有碳電極剝落的碳的溶解，對于極低碳鋼的冶煉是非常有效的。PLF法首先于1993年在日本新日鐵用于生產(chǎn)。LF爐的改進(jìn)(3)多功能LF法有人提出把鋼包放在真空槽中，設(shè)置吹氬攪拌、電弧加熱、噴吹精煉粉劑、添加合金元素等設(shè)備的多功能LF法。它把鋼包脫氣和LF精煉組合在一起，稱為LVF法。12.5簡易鋼包精煉法(1)喂絲法、合金彈射法、CAS法喂絲法：把卷在滾筒上的鋁線高速送入鋼包中鋼水深處。合金彈射法：把彈狀的合金高速發(fā)射到鋼水中。CAS法：在排除了鋼包渣中的密閉容器中一邊吹氬一邊從鋼水表面加合金的方法。（2）SAB法、CAB法用合成渣置換保護(hù)鋼水的表面，上面空間維持惰性氣體氣氛，在鋼包底部吹氬攪拌分離非金屬夾雜物。（3）TN法：用載氣向鋼水中噴吹Ca、CaC2或者特殊熔劑粉末，由此進(jìn)行脫硫，脫氧以及控制夾雜物形態(tài)的方法。12.6不銹鋼的吹煉對于冶煉不銹鋼來說，在冶煉過程中降低CO分壓使鋼水中的碳優(yōu)先氧化，抑制鉻的氧化以達(dá)到脫碳保鉻的目的。為了降低CO分壓，一系列能夠控制Pco的方法被開發(fā)出來。主要有三種：(1)減壓法：VOD法,RH-OB法；（2）稀釋氣體吹入法：AOD法、ClU法、K-BOP法；（3）兩者組合法：AOD-VCR法，VODC法。（1）氣體稀釋法AAOD法采用氬氣作為稀釋氣體而無需真空設(shè)備，這是目前國內(nèi)外用來生產(chǎn)不銹鋼的一種好方法，簡稱AOD法。(1)AOD法的特點(diǎn)。AOD法是氬氧脫碳法的簡稱，其爐型與結(jié)構(gòu)同一般氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐很相似，如圖13—9所示。AOD法的特點(diǎn)是能把電爐熔化的高鉻鋼水順利地脫碳，故可以大量采用價(jià)格較便宜的高碳鉻鐵，且可使鉻的收得率達(dá)98％以上。因此，可使不銹鋼的生產(chǎn)成本大為降低。AOD法其工藝過程是：先將原料在電爐中熔化，并將鉻、鎳等元素含量調(diào)整到規(guī)定范圍；碳含量可根據(jù)原料的情況來配，一般在1.0％以下；爐料熔化后，將鋼液溫度提高到1600～1650℃，進(jìn)行扒渣脫硫，然后將鋼