含义

炉外精炼是把转炉、平炉或电炉中所炼的钢水移到另一个容器中(主要是钢包)进行精炼的过程。也叫“二次炼钢”或钢包精炼。炉外精炼把传统的炼钢分为两步。(1)初炼：在氧化性气氛下进行炉料的熔化、脱磷、脱碳和主合金化。(2)精炼：在真空、惰性气氛或可控气氛下进行脱氧、脱硫、去除夹杂、夹杂物变性、微调成分、控制钢水温度等。从60年代以来，各种炉外精炼方法相继出现。目前，全世界已有500多台炉外精炼设备在钢厂投入工业生产。

炉外精炼在现代化的钢铁生产流程中已成为一个不可缺少的环节。尤其是炉外精炼与连铸相配合，是保证连铸生产顺行、扩大连铸品种、提高铸坯质量的重要手段。

在炼钢生产流程中，采用转炉(电炉)→炉外精炼→连铸已成为钢厂技术改造的普遍模式。

炉外精炼工艺特点和冶金作用

各种炉外精炼方法的工艺各异，共同特点是：(1)有一个理想的精炼气氛，如真空、惰性气体或还原性气体。(2)采用电磁力、吹惰性气体搅拌钢水。(3)为补偿精炼过程中的钢水温降损失，采用电弧、等离子、化学法等加热方法。

炉外精炼主要是在钢包内完成的。总的来说，有以下冶金作用：

—钢水温度和成分均匀化。

—微调成分使成品钢的化学成分范围非常窄。

—把钢中硫含量降到非常低(如S<0.005％)。

—降低钢中的氢氮含量(如H<2ppm)。

—改变钢中夹杂物形态和组成。

—去除有害元素。

—调整温度。

钢包精炼方法不同，采用的工艺操作也不相同，所达到的冶金效果也不一样。要结合生产的钢种、产品质量来选择合适的炉外精炼方法。

选择与连铸相匹配的炉外精炼的要求

与连铸相匹配的钢包精炼，在于提高铸坯质量和保证连铸工艺的稳定性。选择合适的炉外精炼方法是连铸钢水准备、提供合格质量钢水的重要手段。为此结合产品质量要求，选择钢包精炼设备应满足以下基本要求：

(1)调节钢水温度，达到连铸所要求的浇注温度。

(2)提高钢水清洁度，特别是减少钢中大型夹杂物的含量。

(3)降低钢中气体(如氢)含量。

(4)降低有害杂质(如硫、磷)含量。

(5)夹杂物变性作用，改善钢水流动性。

(6)减轻炼钢炉的冶炼负荷，缩短冶炼周期，提高生产率。

(7)钢包精炼炉成为炼钢炉和连铸机之间的一个“缓冲器”，平衡两者之间的生产节奏，有利于提高连铸机的生产率。

炼钢炉与连铸机之间装设了炉外精炼设备，可以达到以下目的：1)为连铸提供合格质量的钢水，改善连铸坯质量；2)协调炼钢与连铸之间的节奏，提高连铸机的生产率。因此凡是有连铸机的工厂应选择合适的炉外精炼方法来准备钢水。

究竟采用哪种炉外精炼法取决于工厂条件、产品质量等。应根据产品质量要求，建立不同的生产工艺流程：

(1)对于电炉或超高功率电炉相配合连铸机，选择钢包精炼应满足合金比高的产品质量的要求。如不锈钢可采用电炉—AOD炉一连铸、电炉一VOD炉一连铸，轴承钢采用电炉一钢包炉(如LF、SKF)一连铸。

(2)对于大型转炉相配合的板坯、大方坯、圆坯连铸机，要提供优质钢水，生产高质量的铸坯。采用转炉一RH一连铸、转炉一RH+KIP一连铸。生产超低碳(碳小于0.1％)或超低硫(硫小于0.005％)可采用LF炉与真空处理并用，可得到最佳效果。

(3)对于小型转炉，相配合小方坯、矩形坯连铸机，以生产普碳钢为主，一般采用钢包吹氩或辅以钢包喂丝技术，基本上能满足连铸工艺和铸坯质量要求。

与连铸相匹配常用的炉外精炼法有：真空处理(如RH、DH)，钢包精炼炉(如LF法、ASEA—SKF法、VOD法等)，钢包钙处理(如TN法、KIP法、喂钙丝法等)。

与连铸相配合的RH(或DH)真空处理法的特点

RH是目前广泛应用的一种真空处理法。其设备由真空室与抽气装置组成。真空室下有吸取钢水的上升管和排出钢水的下降管。脱气处理时，首先将两根管子插入钢包内钢水面以下150～300mm。抽真空时钢水在大气压力作用下进入真空室。同时在上升管内吹入氩气，因钢水内充满氩气泡，液体密度减小而使钢水向上流动进入真空室，而下降管内钢水密度大而下降，返回钢包内。因此连续反复循环，使钢水在真空室脱气。

RH的作用是脱氢、脱氧、脱碳、减少钢中夹杂物、均匀钢水温度和微调成分等。

RH真空处理法已向多功能方向发展，如RH真空室吹氧以生产超低碳钢(碳小于0.003％)，开发了RH—OB、RH—KTB法。武钢、宝钢均采用转炉一RH一连铸工艺流程生产板坯。

目前，DH真空处理法用得较少。

与连铸相配合的钢包精炼的方法

目前广泛采用的钢包精炼法有以下几种：

(1)LF钢包精炼炉

该法主要特点是：有3根石墨电极，电弧产生在钢包钢水面上的炉渣中，进行“埋弧精炼和加热”。处理时添加合成渣脱硫，钢包底部吹氩搅拌钢水，可以均匀温度和成分，促使夹杂物上浮排除。这是一种设备投资省、精炼效果好的炉外精炼法。LF炉已成为电炉与连铸之间的一个重要设备。

LF炉具有加热功能，可使电炉出钢温度降低120℃。缩短冶炼时间，提高电炉生产率20％。经过LF炉处理使连铸钢水温度波动减少到±2℃，有利于连铸生产的稳定性。我国不少电炉厂建成了电炉一LF炉一连铸以生产方坯、圆坯的生产流程。

(2)VOD炉

VOD炉主要用于冶炼低碳不锈钢，在钢包炉内真空条件下吹氧脱碳(脱碳量为0.3～0.6％)。采用消耗式喷枪或水冷喷枪吹氧。VOD炉没有热源，一般不用造渣精炼。上钢三厂已建成电炉一VOD一板坯连铸机流程生产不锈钢，年产量达10万t/年。

与连铸相配合的喷射冶金技术的特点

喷射冶金是以压缩气体(如氩气)作为载体，把各类精炼粉剂(如石灰粉、Si-Ca粉等)喷射到钢包深部，利用气体的搅拌作用增加粉剂和钢水的接触面积，从而改善化学反应的动力学条件。这样可以快速脱硫、脱氧、脱磷、提高合金的收得率和钢的纯净度。

与连铸相配合的钢包喷粉技术主要解决以下问题：

(1)改善钢水的可浇性和中间包水口的堵塞。浇注含铝钢，钢水中Al₂O₃夹杂呈固态串簇状分布，使钢水发粘是水口堵塞的根源。在钢包内喷吹Si-Ca粉，使CaO与Al₂O₃结合成铝酸钙(12CaO·7Al₂O₃)，在钢水中呈液态球形而上浮，解决了水口堵塞。

(2)降低钢水中含硫量。连铸用于生产石油管线和船板的坯，要求钢中硫小于0.005％，可在钢包喷吹Ca—Si粉、石灰粉来生产低硫钢。

(3)夹杂物变性处理以提高钢的清洁度。如16Mn钢经喷粉处理后，钢中Al₂O₃以及MnS夹杂物明显降低，Al₂O₃降低67％，MnS降低66％。且夹杂物呈细小均匀分布，有利于钢材力学性能的改善。

目前将喷射冶金和真空处理相结合，是一种有吸引力的炉外精炼技术。如将LF、VOD、RH等精炼设备与喷射冶金相结合组成新的精炼工艺，可进一步提高钢水精炼效果。

        与连铸相配合的喂线技术的特点

向钢水中加钙不仅改善连铸钢水的可浇性，而且可改善钢的质量。目前向钢水喂钙丝已成为向钢水加钙的有效技术，可取代喷吹Si-Ca粉技术。以80～300m/min的速度把钙线喂入钢包深部，在1600℃高温下，钙在1～3S内就可熔化，钙滴或钙气泡向上移动时间较长，与钢水更能有效的起反应。比喷吹Si-Ca粉效果要好。

由于金属钙是非常活泼的元素，在1600℃能很快的气化，所以出钢时若采用通常方法把钙加入钢包，钙蒸发会引起激烈的沸腾喷溅，钙烧损大，效率低。

为此，采用特殊加工方法将CaSi粉或CaSi+A1按比例混合作为芯部材料，外面用0.2mm厚的薄钢带包覆起来，并将粉剂压实，制成6～10mm不同直径的复合包线。包线可做成圆形或矩形(如12×6mm)。用专制的喂线机通过导管喂入钢包内钢水深部。

向钢包喷吹Si—Ca粉，钙的回收率仅有10～20％；向钢包喂钙线，钙回收率为20～60％。与喷吹法比较，喂线法具有投资省、占地小、设备轻便、操作简单、冶金效果显著、生产成本低等特点。所以近年来在国内外得到了普遍应用。它可适用于不同容量的钢包。

在钢包中除喂钙线外，还可喂含硼、钛、锆、碲、硒等元素的包芯线。中间包水口堵塞与否，与喂钙量、钙收得率、钢中Ca％/A1％比不同有很大的关系。试验证明，中间包水口不堵塞的Ca％/A1％比分别为：弹簧钢0.52，合金钢0.49，碳钢0.44．

控制钢水中加铝的方法

根据钢种不同，要求连铸钢水含有0.02～0.06％铝。由于铝轻，易氧化，在出钢时手工把铝块投入钢包，铝回收率低，且钢水中铝含量不稳定。为满足连铸钢水质量要求，现在广泛采用的方法：

(1)喂铝线机：把铝做成甲6～10mm的铝线由专制机器以120～280m/min速度，在出钢时或在吹氩站喂入钢包深部。此法优点：1)铝的回收率可达40％以上，而钢包加铝块仅为10～20%。2)成品钢中酸溶铝含量范围控制较稳定，如深冲铝镇静钢中酸溶铝含量标准差从0.011％到0.008％。因酸溶铝而不合格的炉次大为减少。3)钢水中酸溶铝含量小于0.02％炉次从未出现，避免了铸坯表面气孔缺陷。以成品钢中酸溶铝含量的命中率来衡量，铝块投入命中率为55％，而喂线法为90％。

向钢包中加铝方法还有弹丸法，就是把铝做成子弹状，用枪以高速射入到钢包内部。但此法用的较少。

(2)CAS法：钢包底部吹氩撇开顶部的渣子使钢液裸露，把一个耐火材料的浸渍罩插入钢水下约200mm处，这样在罩内的钢水面上无渣子，里面充满氩气。把铝粒加入其中，进行吹氩搅拌使钢水温度和成分均匀化并去除夹杂物。如300t钢包CAS处理，铝回收率为44～58％，钢中酸溶铝含量较稳定。利用此法还可进行合金成分的微调。

钢包加热技术

钢包加热的主要目的是作为转炉与连铸之间的缓冲手段，为连铸提供稳定的钢水温度，保证连铸中间包钢水浇注温度在规定的目标值。

目前已开发出的钢包加热方法有以下几种：

(1)电弧加热：钢包精炼炉(如LF)采用电极产生电弧加热钢水，以补偿精炼过程的热损失，保证供给连铸钢水温度的稳定性。此法设备投资大、成本高，还可使钢水增碳。加热速度最高可达3.3℃/min，钢水温度波动可控制在士2℃范围。

(2)等离子加热：用等离子弧钢包加热。据报道，在220t钢包采用3.5MW功率的等离子体加热钢水，15～30min可抵消钢水自然温降，加热速度达到2.3℃/min。

(3)氧燃加热：利用天然气和空气在钢液面上燃烧向钢水供热，提温速度达到1℃/min。此法已不采用。

(4)化学加热法：利用氧气与铝、硅元素化学反应放出热量，对钢水进行加热。从理论上讲，每吨钢加入lkg铝需氧0.62m³，完全燃烧后可使钢水提温35℃；lkg硅需氧0.8m³，可提温33℃。生产上使用的平均加热速度分别为7℃/min和4.3℃/min。化学法具有价廉、简便、高效率的特点，是目前广泛使用的一种方法。从1982年以来使用化学加热原理相继开发了CAS—OB、IR—UT、BSI。LRP法。

吹氧化学加热钢水

(1)CAS-OB法：此法为新日铁最早推出。该法的特征是，钢包底部吹氩撇开浮渣，在钢包顶部插入一个锥形浸渍罩，在罩内钢水表面无渣，上部有足够的空间，从罩上面加入合金微调成分，或把铝加入钢水面，在罩上面插入氧枪吹入氧气，发生氧化反应放出热量：

2Al+(3/2)O₂=Al₂O₃+30932kJ/kg铝

Si+O₂=SiO₂+29260kJ/kg硅

加入的铝、硅元素氧化的同时，还氧化钢水中的碳放出热量。借助钢包底部吹氩搅拌，把钢水面的热量传向钢水深部，使钢水温度均匀，钢水热吸收率可达80％以上。

据经验，200～300t钢包供氧强度为11～20m3/h.t，升温速度5～13℃/min；160t钢包供氧强度平均为14m3/h.t，升温速度7～0℃/min；20t钢包供氧强度为33～45m3/h.t，升温速度可达15℃/min。

目前，世界上已有30套CAS-OB投入使用，鞍钢、武钢已有同类型CAS-OB投产。

(2)IR—UT法：此法为日本住友金属推出。此法特点，插入圆筒形浸渍罩。从罩上部插入氧枪和加铁合金。钢包采用顶枪吹氩搅拌或吹精炼粉剂。250t钢包升温速度一般为8℃/min，最高达13℃/min。

(3)BSLRP法：此法为美国伯利恒公司推出。此法特点，从钢包顶部插入两根浸入式枪，一根吹氩搅拌，一根吹氧。用喂线机把铝插入钢包深部。此法没有隔渣浸渍罩，这样要求出钢时钢包必须很好地排渣，并加合成渣保护。150t钢包应用此法提温速度为8.3℃/min。

这3种方法中，钢水搅拌方式有所差别，一般认为钢包顶吹氩气量大(可比底吹大10倍)，并可利用吹氩枪喷吹精炼粉剂。由于化学加热期间增强钢水搅拌，对热效率和升温速度有明显好处，因此，顶枪吹氩颇具生命力。

吹氧化学加热使用的发热剂

发热剂主要有铝、硅、碳，也有以钛、锰作发热剂的。

日本曾研制碳发热剂，采用沥青、淀粉或树脂等粘结剂，将粒度lmm左右的焦碳粉、石墨粉、煤或其他混合物粘结成块，投入钢水表面后即刻崩裂、燃烧，钢水升温速度达到4.5℃/min。

目前广泛采用铝作为发热剂，为防止小方坯连铸中间包定径水口的堵塞，要求钢水的酸溶铝小于0.007％，可采用硅发热剂，但升温速度比铝慢40％，还需加入少量石灰以保证碱度。

发热剂可制成块状、丸状、棒状或线状，应尽量加在吹氧位置。

钢包采用化学加热法对钢水质量有何影响

试验表明，采用化学法加热，对钢水质量的影响有：

(1)吹氧时，钢中元素有轻微烧损：采用铝、硅吹氧加热钢水，钢水中硅、锰、碳有微量烧损。如加热含有0.1～0.3％硅、0.3～0.6％锰的钢水，吹氧升温期将有约0.03％的硅和约0.07％的锰被烧损，[C]小于0.15％时，吹氧烧损量约为0.02％，[C]大于0.35％时，吹氧烧损量约为0.03％。

(2)吹氧后，发热元素铝在钢水中有少量增加，钢水中酸溶铝含量一般在0.008～0.012％。

(3)钢水中夹杂物和总氧量无明显变化。吹氧前后钢包钢水中总氧在40～80ppm。吹氧后钢水中夹杂物有所增加，但吹氩搅拌后夹杂物明显下降。

(4)由于吹氩搅拌造成无渣壳面、消除回磷的可能性。如果罩内留有残渣，便会出现回磷，如磷由0.009％增至0.012％。

所以用吹氧化学加热法对钢水质量无明显影响，完全可以满足连铸要求。