低碳炼铁技术范文第1篇

冶炼技术的发展

与世界上最早使用铁器的民族一样，中国人最早冶炼出来的铁也是块炼铁。块炼铁是一种含有大量非金属夹杂的海绵状固体块，它是铁矿石在800～1000℃左右的条件下用木炭直接还原得到的。我们知道，生铁、熟铁和钢的主要区别在于含碳量上，含碳量超过2％的铁，叫生铁；含碳量低于0.05％的铁，叫熟铁；含碳量在0.05％～2％当中的铁，称为钢。块炼铁的含碳量低于0.05％，因此属于熟铁。块炼铁和生铁比较起来，有如下几个缺点：一是不能从炉里流出，取出铁块时炉膛要受到不同程度的破坏，不能连续生产，生产率比较低，产量比较小；二是成形费工费时；三是所含非金属夹杂比较多，要通过反复锻打才能排除；四是含碳量往往比较低，因而很软。生铁的冶炼温度是1150～1300℃，出炉产品呈液态，可以连续生产和浇铸成型，非金属夹杂比较少，质地比较硬，冶炼和成形率比较高，产量和质量都大大提高。由块炼铁到生铁是炼铁技术史上的一次飞跃。

国外一般是先有块炼铁，经过长期缓慢发展之后才有生铁。欧洲许多地方的块炼铁是公元前1000年前后发明出来的，但是直到公元14世纪也就是中世纪才有生铁。而我国却不是这样。我国冶铁术大约发明于西周时期，比欧洲晚，可是它一经发明，由于在青铜器时代高炉与鼓风机的普遍应用，因此能够轻易让块炼铁熔化为生铁。于是后来者居上，使我国成为世界上最早发明并使用生铁的国家。在发明生铁制造技术之后，中国的铁器制造开始真正进入实用阶段，为早期的铁器农具等工具制造打下了深厚的基础。

当然，生铁冶炼方法的发明虽然是一个巨大的进步，使中国农民很早就能使用铁器农具进行耕作，在农业方面远远领先欧洲。但是由于生铁本身的特性，并不适合造成兵器，而普通的块炼铁与当时的青铜武器比较起来并没有多少优势，产量也并不高。因此，中国人就开始追求更适合的材料来进行兵器的制造。

所谓一通百通，与生铁制造几乎同时出现的则是钢的冶炼技术。当然，早期的钢铁冶炼技术与冶炼生铁是大不相同的，此种技术被叫做“块炼渗碳钢”技术。出土文物表明，我国最迟在战国晚期已经掌握了这种最初期的炼钢技术。人们在锻打块炼铁和熟铁的过程中需要不断地反复加热，铁吸收了木炭中的炭成份，提高了含碳量、减少了夹杂物，就成为钢。这种当时的新型金属组织紧密、碳份均匀，非常适用于制作兵器和刀具。

当然，单单知道钢的冶炼还远远不够，与之配套的还有一系列的技术，例如“淬火”与“退火”技术。与此同时发明的淬火与退火技术则对刀剑技术制造的影响亦十分深远，进一步增强了中国刀剑的锋锐与韧性。

炼钢技术的进一步发展是“百炼钢”技术。这是人们在打制器物时有意识地增加折叠、锻打次数，一块钢往往需要打打烧烧、烧烧打打，重复很多次，甚至上百次，所以称之为百炼钢。百炼钢碳分比较多，组织更加细密、成份更加均匀，所以钢的质量有很大提高，主要用于制作宝刀、宝剑。

百炼钢的需要越来越大，由于其原料――块炼铁的生产效率很低，冶炼出来以后必须经过“冷化”才能得到，所以发展受到限制。为了突破这种限制，中国古代工匠又发明了一种新的生铁炼钢技术――炒钢，就是把生铁加热到熔化或基本熔化之后，在熔炉中加以搅拌，借空气中的氧把生铁中所含的碳化掉，从而得到钢。由于我国很早便掌握了生铁的制造技术，因此这种炼钢技术很快使得钢刀成为战场上的主流。炒钢的发明是炼钢史上的一次技术革命，使得钢制兵器能够普遍大量制造出来。在欧洲，炒钢始于18世纪的英国，比中国要晚1600多年。

由于青铜时代打下的坚实基础，因此中国铁器时代与钢时代几乎同时出现，钢刀在汉朝成为了主流兵器。此时的钢刀直体长身、薄刃厚脊、短柄，柄首加有扁圆状的环，因此被称为“环首刀”。此刀为汉军打击匈奴、开疆拓土立下了汗马功劳。到了南北朝，由于重甲骑兵的流行，对钢的需求达到了一个新的高度。因此綦毋怀文发明了更高级的灌钢法，将含碳量高、熔融状态的生铁和含碳量低的熟铁合炼，使碳分逐渐扩散、趋于均匀，最后成为合碳量较高的优质钢。在高温下，液态生铁中的碳分及硅、锰等与熟铁中的氧化物夹杂发生剧烈氧化反应，这样可以去除杂质、纯化金属组织、提高金属质量。因此，灌钢法可以减少造钢刀时的反复折叠、锻打的次数，提高劳动生产率；而且操作简便、易于掌握、便于推广。中国钢刀在材料方面又一次得到飞跃。

唐刀的锻制

在前朝各代的深厚基础之上，唐朝横刀终于横空出世，它继承了中国刀的优良传统，在吸取了百炼钢和局部淬火的技术之后，再加上覆土烧刃和包钢夹钢的技术，形成了新式的中国战刀。

首先还是需要介绍一下覆土烧刃与包钢这两种当时先进的制刀技术。覆土烧刃，说白了就是一种局部淬火的技术，基本方法是以调配的泥土覆盖刀身不需要高硬度的位置，然后将刀剑加热至特定温度。当红热的刀身进入水中后，的部分迅速冷却，而有泥土覆盖部位的温度变化不会非常明显，导致硬度与部位不同。这样可以精确控制刀条不同部位淬火时的不同冷却速度，冷却速度与硬度成正比，与韧度成反比。包钢技术则是在对于钢材有深刻研究与认识之后所发明出来的制刀技术，主要方法是在V字形坚硬的高碳钢中夹入较软的低碳钢；而夹钢则是在两层低碳钢中间夹上一块高碳钢。这两种技术都体现了“好钢用在刀刃上”这一制作上等刀剑的基本思想，亦使得钢刀拥有了极佳的韧性。由此，横刀成为当时世界上最为优良的刀剑之一。

当然，在材料方面，唐代的中国人依然下了很大的心思。当时世界上最好的钢材――印度乌兹钢，即我们所熟知的大马士革钢（当时被称之为镔铁），被中国刀匠所青睐，成为高级钢刀的必备原料，平均价格超过普通上等钢刀的三倍。

在上述技术下制造出来的横刀在唐代战争中发挥了极大的作用，可以步骑两用，在造型上分为双手握柄以及单手握柄，造型依然继承了汉代环首刀的直刃，但去掉了汉代的环首造型。在实战当中基本都是单手横刀，双手刀一般都是用于仪仗。高级的横刀柄部以木夹裹铁茎，外缠丝绳，刀首包裹金属饰件，刀柄与鞘均镶金刊嵌玉、裹以鲛革，装饰华丽非常，反映出了唐代雍容华贵的大国风范。

唐刀与日本刀

今天我们再看唐朝的横刀，会发现其形制跟日本刀极为相似，这清楚地说明了这二者之间的血缘关系。自公元6年开始，日本人从中国江南和朝鲜半岛传入炼钢技术，此后又不断地向中原地区吸取制刀制铁的经验。到了隋唐时期，由于在朝鲜半岛被唐朝击败，日本为了向唐朝学习先进的知识而派遣了大量遣唐使，按现在的话来说就是留学生，其中就有为数不少的刀匠。这些日本刀匠从中国学去了覆土烧刃、包钢以及淬火技术，成为日本刀后1200多年的基本造刀法。不过日本工匠在学习制刀的过程中也使得日本刀与唐刀有了不同，最明显的差异便是唐刀均为直刃，但东传日本之后却开始变弯。这是因为日本虽然学到了锻造刀剑的方法，但是却未能学到高温熔炼的技术，因此要炼制均质的刀剑就非常困难。为克服这一问题就必须应用”折返锻炼”的技术，也就是将钢材反复折迭、重回焊接，只消重复 10 次就可以造出有 1024 层的钢材 (2 的 10 次方)；层次愈多，钢材中的碳和各种成份就会更加均一，铁晶体也会更细致，制成品的强度亦会较高。

在“折返锻炼”期间，不断的锤打会令钢材中的大部份杂质化为火花飞走。杂质是钢材的“强度弱点”，损害往往由“强度弱点”开始，慢廷至材质的整体，成为全面的损坏。“强度弱点”的数目愈少，慢廷破坏的机会也随之减少。所以，钢材愈纯净，其强度和韧性就会愈高。

世界各地以高温炼炉制成的刀剑成形后都会有铁晶体肥大的问题。根据热力学的解释，在高温炼制过程中，细少的铁晶体为减少其数目 (减低总表面积)，会自行互相结合，重组成数目较少、体积较大的铁晶体。如此一来，钢材的强度就会受到影响。所以，以高温炼炉制成的刀剑在淬火之后 必须重新置回低温炉火数小时，令细少的铁晶体在原有晶体之间重新结晶，回复强度和韧性。不过，长时间的炉火锻炼又会令碳含量过份流失，影响制成品的表面硬度和锋利程度。

低碳炼铁技术范文第2篇

关键词：炼钢；精炼；连铸；质量管理

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.08.001

高碳钢广泛用铸造各种精密工具、刀具、机械，在工业生产体系中有着不可或缺的位置。所谓高碳钢，是指碳含量约为0.60%到1.70%的特种钢材。高碳钢不仅坚硬，还有良好的淬火和回火性能。日常生活中的大锤、撬棒就属于高碳钢铸造工具的一种，钻头、铰刀等切割工具也是由高碳钢铸造而成。所不同的是，前者碳含量约为0.75%，后者含碳量约为1%。

作为高碳钢生产大国，国内的大部分钢铁企业都把高碳钢的质量控制放在首位，尤其是连铸技术出现以后，如果在智能化、自动化、机械化的生产过程中实现质量控制更是炼钢工艺的重中之重。本文首先对高碳钢的成分进行详述，在把握高碳钢成分的基础上对炼钢过程的质量控制进行分析，以钢铁制造企业有一定的参考意义。

1 高碳钢添加成分综述

在炼钢过程中，加入适量的碳元素固体而基本不加其他化合金属，经过热处理与冷拔之后，经过硬化而成形的钢坯就是高碳钢。这种钢材无论是硬度还是强度都强于一般钢种，且弹性较好，磨损及切口极限很高，还具有一定的削切性能，因此，被大范围使用。要确保高碳钢的质量，首先须从高碳钢的化学添加成分入手，各化学元素在高碳钢中起到的性能俱不相同，常用添加化学元素具体性能如下：碳元素C（提高强度）、硅元素Si（提高强度）、锰元素Mn（提高强度）、硫元素S（增大脆性、降低韧性、热脆性）、磷元素P（增大脆性、降低韧性、冷脆性）。

炼钢过程是一系列物理反应、化学反应的综合，因此，炼钢过程中，除了要注意各种化学元素的配比，还要注意空气中的主要气体元素对高碳钢性能的影响。空气中主要气体在炼钢过程中的来源、存在形式及相应的影响如下：氢元素（电离水可得，氢气溶解于表皮，表面气孔、增大脆性）、氮元素（电离空气可得，氮化物溶解于钢水，内部晶核、增大脆性）、氧元素（电离、还原可得，氧化物溶解与钢水、表皮，内部气孔、降低韧性）。

综上分析可得，各种化学元素通过主动或被动添加与炼钢过程中，都会对高碳钢的性能有所影响，因此，高碳钢质量的控制首先是添加化学元素的控制，这就需要机械操作人员在实际工作过程中根据实际情况而定，不可盲目操作。

2 高碳钢连铸过程的质量控制

钢丝是四大钢材中的一种，应用极为广泛。作为高碳钢的一种，本文以钢丝连铸过程为例，简述连铸过程的质量控制。

20世纪70年代，钢丝铸造技术以模铸生产方式为主，这种方式操作较为简单，但是生产效率不高；80年代后，钢水预处理工艺开始逐步应用，使得炼钢效率大为提升。此后，连铸小方坯技术逐渐问世，成熟的高碳钢丝质量也大为提高。

2.1 钢水预处理质量控制

钢水成分对钢丝质量影响巨大，对铁水进行预处理就是为了提高成品钢丝质量。钢水预处理工作的核心为脱硫，提高钢丝韧性。当前企业广泛采用的脱硫方法为喷吹法，通过严格喷水而后的钢水质量极高，可使含硫量降低至0.01%以下。

2.2 转炉冶炼质量控制

转炉冶炼过程其实就是炼钢过程的主体，目前国内企业主要通过以下两种方法进行该过程质量控制。

（1）高拉碳补吹法。这种方法主要对钢丝中的碳元素和硫元素、磷元素进行控制，从而取得最佳的炼钢效果。生产过程的前期材料可用高纯度铁水或者铁水与专业废钢的结合物，主要注意吹炼过程中的碳含量。碳含量的多寡通过道炉测温进行取样而判断，为了使碳含量的配比最为科学化，需要进行多次倒炉多次取样。值得注意的是，这种方法虽然可以保证碳含量科学化，却因为多次倒炉导致温度损失很大，提高了生产成本。另外，在多次倒炉后不利于温度控制，且氧化铁含量低，使出炉后的精炼工序开展困难。

（2）低拉碳增碳法。相比于高拉碳控制过程，低拉碳过程较为简单。低拉碳增碳法放碳过程只有两次，即在钢水注入前一次性加入所需碳量，一般约为0.07%-0.15%，连铸后再次加入碳粉。这种方法操作简单，要求炉温较高，脱磷效果较好，且对后期的精炼有较大的促进作用。不足的是这种方法是成品刚韧性受到影响，所以要求操作人员有极高的操作水平、观测水平。

2.3 脱氧过程质量控制

钢水凝固后，钢水中经过电离反应产生的氧元素会以氧化铁的形式分布在成品晶界上，使陈品高碳钢的可塑性受到影响。此外，氧化铁和伴生物硫化铁共同作用于成品高碳钢会发生热脆现象，因此，脱氧过程也是高碳钢连铸工艺质量控制必不可少的步骤。

一般钢铁企业都通过化学方式进行脱氧，所不同的是有铝脱氧和无铝脱氧。有铝脱氧是指通过硅铁，锰铁，和少量铝热剂进行反应，达到脱氧效果。无铝脱氧是指只用硅铁和锰铁进行反应，达到脱氧效果。在具体操作过程中，究竟用那种方式脱氧还需视具体情况而定。

2.4 精炼过程质量控制

精炼是高碳钢连铸过程的最后一步，通过精炼，高碳钢的性能进一步优化并固定，此过程进行质量控制同样必不可少。

一般的精炼或者二次精炼都才用钢包吹炉法，目的在于控制炉渣碱度。一般的低碱度数值为1，高碱度数值为2-3，主要依据为检测炉渣中氧化钙、二氧化锌等碱性物质的含碱度。

3 结语

低碳炼铁技术范文第3篇

【关键词】高纯净IF钢；冶金工艺开发；分析

0.前言

我国每年的钢铁消耗量正在逐年增加，钢铁产量也在逐年增加，位居世界先进行列，但是质量和品种结构等方面，与发达国家相比，还有相当大的差距。提高钢材质量，改善品种结构已经成为当务之急，否则中国将很难迈入真正的钢铁强国的行列。而IF钢较普通钢有很多优良的性能，广泛应用在汽车、家电等制造行业，也因此成为世界各国冶金界研究生产的重点。社会经济和科学技术的发展使得市场用户对产品质量的要求越来越高，高质量的IF钢必须有较高的纯净度，这样才能提高性能和使用寿命。

1.高纯净IF钢冶金工艺技术现状分析

IF钢的开发在经历了三个阶段的发展到今天后，钢中的碳、氮、硫的含量得到了大幅度的降低，并且开发出了加入钛、铌合金的技术，从而使IF钢的性能得到进一步优化，并且生产成本也在不断被控制。已经形成了预处理（脱硫、脱硅、脱磷）转炉冶炼（脱碳、脱磷）炉外精炼（脱碳、脱气、去除杂质）连铸的工艺流程。当钢中的杂质降低到一定的水平后，钢材的各项性能也将发生质的变化，所以各项工艺技术都在围绕这个展开。

1.1氧的控制

生产高纯净IF钢的重要技术就是对钢中全氧和夹杂物含量的控制，含量高的话钢材就容易发生脆性断裂，冲击性能将不足。但是在钢去氧中由于控制炉或者其他条件的原因，都使得夹杂物较多，难以控制，同时钢水也容易被其他杂质例如空气等氧化。实际生产中，为了去除钢中夹杂物和防止二次氧化物，主要通过在转炉出钢时对钢渣处理，在真空的条件下精炼，并且搅拌吹气，同时使用惰性气体进行保护浇铸，下渣要进行检测，中间包使用放涡流技术，智能控制钢包，同时在加热时控制温度稳定，浇铸速度也要控制在一定水平，不能太快。

1.2硫的控制

硫以化合物的形式存在钢中，会使钢表面不稳定，容易产生裂纹。所以在生产中要对钢进行脱硫，脱硫主要分为两个部分：首先是在炼钢前对铁水进行预处理脱硫，然后二次精炼脱硫。铁水脱硫要在高温、高碱度、低氧化性的条件下进行。然后是钢水脱硫，钢水脱硫包括转炉钢水脱硫和二次钢水脱硫，由于转炉脱硫的效率较低，所以钢水脱硫的重点是二次精炼。生产超低硫钢不可缺少的就是二次精炼，通常综合运用喷粉、真空处理、加热造渣、喂线、吹氩搅拌等手段。最后对是对脱硫渣的处理，防止脱硫渣进入转炉污染钢液，为此在预处理的铁水进入转炉前一定要仔细扒渣，通过各个环节的层层工作，减少入炉铁水硫含量。

1.3磷的控制

作为钢中的有害杂质元素，会严重影响钢材的延展性能、低温冲击等性能，使钢容易发生冷脆，所以必须降低磷含量。脱磷需要在低温、高碱度的条件下进行，但是和脱硫不同的是，脱磷必须在高氧化性的条件下进行。磷的去除主要在三个阶段进行，分别是在铁水的预处理、转炉、二次精炼。铁水预处理阶段的技术手段产生的渣量较少，但是需要先脱硫，有温度损失，而且转炉冶炼废钢比也不能太高。而转炉时，搅拌条件好，钢渣容易分离，但是需要的温度条件太高，渣量较大，氧位稍低。在二次精炼时渣量较少，但是需要对钢液进行加热，脱氧前需要除渣，有温度损失。

1.4碳的控制

碳的控制技术也是IF钢生产中的重要技术之一，因为碳氮的含量直接决定产品的性能以及钛、铌量投入的多少，从而也决定了生产成本。近年来，市场对IF钢的质量要求不断提高，这就对钢中碳含量提出了更严峻的挑战，于是RH真空精炼脱碳技术就被逐渐应用，这项技术需要处理后期有足够的钢水搅拌温度，并且RH真空室的结壳需要去除。为了降低辅助材料的增碳作用，在RH脱碳后必须采取相应的技术措施，避免后部工序钢水增碳。具体可以采用无碳整体打结钢水罐，采用低碳合金来进行RH后期处理，及时清理RH真空槽内的残钢和残渣，中间包采用无碳覆盖剂，水口、滑板采用无碳刚才、结晶器保护渣要采用低碳高粘度的，同时也要科学进行生产，进行多炉连浇。

1.5氮的控制

钢的机械性能受氮含量的影响较大，这种影响在深冲条件下的低碳钢十分明显。同时如果钢中含氮量较高，就会减低钢的屈服极限、强度极限和硬度提高，导致塑性下降，冲击韧性降低，会产生实效硬化的现象。铸件也容易产生气孔，综合性能明显降低。另外，氮的含量也从一定程度上决定了IF钢的最终产品性能和钛、铌添加量的多少，从而影响生产成本。在冶金工艺中，影响钢中氮含量含量控制的主要因素有：铁水条件、转炉吹炼制度、出钢过程、合金及增碳剂等原辅料含氮量、精炼过程、连铸浇筑过程等环节，现阶段控制氮含量的主要手段是依靠转炉脱氮和在浇筑过程中防止吸氮。

2.高纯净IF钢冶金工艺关键技术分析

2.1脱水工艺技术研究

首先是铁水预处理镁脱硫，这项工艺是铁水预处理工艺中综合优势最明显的脱硫法。没脱硫剂的配方也要科学合理，必须具备相应的热力学和动力学基础，从而提高脱硫效率。另外还要科学合理的选择镁脱硫剂原料，严格控制镁含量，使其最适宜。为防止精炼过程中回硫现象的出现，获得超低硫钢，要在适当条件下使用RH钢液脱硫工艺技术。这需要在实验室进行试验，从而确定脱硫渣系，分析试验结果和影响脱硫效果的主要因素，例如各项组成元素和化合物以及处理时间等对脱硫效果的影响，然后综合各项因素选择合适的脱硫剂，最后进行工业验证试验。

2.2脱磷技术研究

脱磷需要在高氧、高碱度熔渣和低温、强搅拌的条件下进行，实践证明，虽然转炉冶炼过程的脱磷效率相当不错，但是不能只进行一次造渣，因为这样不能讲磷脱到标准水平，所以在生产超低磷钢的时候，脱磷要分两步来进行：首先要进行铁水预处理和转炉吹炼，然后是转炉初脱磷和转炉深脱磷。

2.3中间包无碳覆盖剂研究

为了防止中间包内钢水增碳，同时也发挥中间包冶金功能，中间包覆盖剂要满足几个条件：不含碳质材料；保温性能较好；具有吸附夹杂能力；不易侵蚀塞棒、包衬；铺展覆盖良好，浇铸过程中不结壳，不影响中间包解体；原材料来源和价格合理。

2.4 IF钢专用保护渣研究

保护渣配方很重要，含碳量要适宜，保护渣基料要选择碱性材料。熔速调节剂的确定也不能马虎，选择合适的研究方法和条件，分析实验结果中保护渣融化率和半熔化状态温度区间，然后建立保护渣熔融模型来验证。然后进行保护渣熔化过程的稳定性试验，认真分析实验结果，然后进行工业验证试验，对铸坯增碳进行分析，然后测试液渣层厚度的稳定性，分析保护渣吸收夹杂的能力。

3.结束语

高纯净IF钢冶金工艺开发复杂，本文只选择了几个方面来进行分析，氧、硫、碳、氮、磷的控制是关键的地方，这几个环节的工艺做好的话，生产的IF钢的质量也会显著提高，我国也必会迈入真正的钢铁强国的行列。 [科]

【参考文献】

[1]张桂芳，朱红波.RH处理IF钢工艺优化工业试验研究[J].铸造技术，2010，7（8）：34-36.

低碳炼铁技术范文第4篇

[关键词]AOD VOD 精炼法 工艺分析 参数比较

中图分类号：TF769.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）33-0004-02

1.绪论

1.1 研究背景

钢铁工业曾经是世界工业化进程中最具成长性的产业之一，在过去的100多年中，钢铁工业在产值、产品结构、工业技术都得到了飞速的发展。钢铁仍然是人类不可替代的原材料，是衡量一个国家综合国力和工业水平的重要指标。中国的钢铁工业经过几十年的发展，钢铁生产在数量和质量上都有了极大提高。然而，从钢铁产品结构上来看，矛盾十分突出，传统产品过剩，高附加值产品供不应求。因此，钢铁产品的竞争力同发达国家相比，还存在一定的差距。

1.2 选题意义

2012年中国不锈钢产量达到1400多万吨，预计到2015年，中国不锈钢产能将达到2000万吨，不锈钢产量将超过1900万吨，国内不锈钢需求量将增加至1600万吨。AOD与VOD二种精炼法都是当前精炼不锈钢种的主要方法，它们在实际生产中具有各自的特点。本文就AOD与VOD两种精炼法的工艺原理、工艺操作、冶金效果和成本进行全面的研究和评估。

1.3 铸造技术国内外发展现状

国外发达国家总体上铸造技术先进、产品质量好、生产效率高、环境污染少、原辅材料已形成商品化系列化供应[1]。铸造生产全过程主动、从严执行技术标准，标准更新快（标龄4-5年），普遍进行ISO9000、ISO14000等认证。而我国，铸造领域的学术研究并不落后，很多研究成果居国际先进水平，但转化为现实生产力的少。铸件质量低，材料、能源消耗高，经济效益差，劳动条件恶劣，污染严重。另一方面，铸造系统研究固然起步晚，但进步快。先后推出了型砂质量治理专家系统、铸造缺陷分析专家系统、自硬砂质量分析专家系统、压铸工艺参数设计及缺陷诊断专家系统等。

1.4 AOD精炼设备的概述及工作原理

1.4.1 AOD设备基本概述

AOD炉氩氧精炼法精炼设备[2]，炉体安放在一个可以前后倾翻的托圈上。在炉子的底侧部装有向熔池水平方向吹入气体的喷枪。喷枪延长线的汇合点与炉子的竖轴重合。喷枪由内管与外管两层组成，内管导入主吹炼气体，内管与外管之间的环形缝隙导入Ar、N2或空气起冷却作用以保护喷枪，喷枪在筑炉时埋入耐火材料层，在冶炼过程中与炉衬同步烧损。吹入的氧气主要用于氧化碳升温，吹入的氩气主要用于强对流搅拌。炉体用镁钙砖或者铬镁砖或富镁白云石砖砌筑，喷枪周围采用质量更高的电熔铬镁砖砌筑，以承受高温及钢液冲刷。可移动式炉帽用铬镁砖或铝镁砖砌筑，也可以用耐热混凝土浇灌，炉膛尺寸比例大致是：熔池深度/炉膛直径/炉膛总高=1/2/3。炉子在前倾一定角度的情况下，由转移钢包倒入初炼水中，此时气体喷枪处于钢液面以上。炉子恢复到竖直位置时，喷枪没入钢水深处，开始吹气精炼。精炼完成后，仍经炉帽出钢。

1.4.2 AOD精炼法基本概念

AOD精炼法是氩氧脱碳法（Argon？Oxygen？Decarburization）的简称，如图1所示。在精炼不锈钢时，通过降低CO分压，达到假真空的效果，从而使碳含量降到很低的水平，并且抑制钢中铬的氧化[3]。

1.4.3 AOD精炼法工作原理

AOD吹氧脱碳的原理是吹入炉内的氧气进入钢液后，与钢液中的碳和铬反应，钢液中的铬与氧反应生成氧化铬进入渣层，另外，钢液中碳与渣中氧化铬反应，将渣中Cr2O3还原为铬，重新回到钢液中，其中，碳铬平衡是温度和CO分压的函数。根据铁碳相图上碳铬氧化反应吉布斯能曲线的相对位置关系达到降碳保铬，就得使碳优构成选择性的氧化关系。通过向钢液中不断地吹入氮和氩来降低CO分压，从而使上述反应向生成CO的方向进行，将渣中还原为铬溶入钢液中，从而达到降碳保铬的目的。

1.5 VOD精炼设备基本概念及其工作原理

1.5.1 VOD精炼设备介绍

VOD型钢包精炼炉是在真空下吹氧、脱碳、真空除气、真空下合金成分微调，主要用于精炼超低碳不锈钢和电工纯铁等。主要形式：VOD型钢包精炼炉可采用单独工位，也可采用双工位，真空罐为高架式或地坑式，也可采用车载式，真空罐盖的移动方式通常采取车载移开式。

1.5.2 VOD精炼法概念介绍

VOD精炼法是真空吹氧脱碳法（Vacuum？Oxygen？Decarburization）的简称。它是一种在真空条件下吹氧脱碳并吹氩搅拌生产高铬不锈钢的炉外精炼技术，在真空条件下顶吹氧气脱碳，并通过钢包底吹氩促进钢液循环，在冶炼不锈钢时能容易的把钢中碳降到0.02%～0.08%范围内而几乎不氧化铬。并对钢液进行真空处理，加上氩气的搅拌作用，反应的动力学条件很有利，能获得良好的去除有害气体、有去除夹杂物的效果[3]。

2.AOD、VOD精炼综合概述

2.1 精炼流程

2.1.1 AOD精炼流程AOD接收来自电炉的不锈钢预熔体，脱碳后进入还原阶段，用硅铁还原渣中铬、锰和铁；加入石灰、氟化钙（CaF2）造渣脱硫。在还原过程中调整钢的成分和温度。还原后可直接出钢。对一些特殊钢种可还原后取样。如需要，可在LF/LATS调整最终的成分和温度，然后将合格钢液送连铸机回转台。对于超低碳、氮钢种，AOD作为中间处理环节将碳脱到一定程度后送VOD最终处理。

2.1.2 VOD精炼流程

行车将盛有钢液的钢包吊入VOD炉真空罐内，人工接通吹氩管，同时进行测温取样。而后，真空罐盖车从停车工位开到VOD工位，并下降罐盖。接下来，真空处理、吹氧脱碳，合金微调、吹氩搅拌，待处理结束后，关闭真空主阀破空提升罐盖真空罐盖车开到停车工位测温取样停止吹氩加入保温剂钢包吊运至浇铸工位。

2.2 工艺操作特点

2.2.1 AOD工艺操作特点

AOD工艺操作的核心是降碳保铬，提高金属收得率，降低生产成本。其特点：

1） 配置连续测温装置[4]监测熔池温度，并通过炉口钢渣混冲出钢，提高合金收得率；

2） 配置容量大、数量多的合金及散状料系统进行合金化和造渣脱硫操作；

3） 优化供配气系统[5]以降低氩气消耗；

4） 配置氧枪系统缩短冶炼周期，改善与前后工序的匹配关系；

5） 配置炉衬维护系统及炉壳快速更换系统[5]，提高炉衬寿命，降低耐火材料消耗，缩短更换炉壳时间，提高作业率；

6） 配置烟气净化系统实现能源回收及环境保护。

2.2.2 VOD工艺操作特点

VOD型真空精炼设备是目前世界上使用最广泛的炉外精炼设备之一。它具有设备简单、投资少、成本低、精炼钢种多、质量高、操作方便等诸多优点，

2.3工艺设备概览

表1列出AOD和VOD精炼法的主要设备。

VOD设备存在钢包寿命低的缺陷，波动在25-60次之间，为此，必须在提高耐火材料的质量、缩短精炼时间、改进吹氧方法和造渣制度等方面加以研究。其次，是进一步提高真空度和解决炉前快速分析问题，VOD法可对各种特殊钢进行真空精炼或真空脱气处理。但是钢包要采取适当的预热措施，而且处理时间不能过长，以防钢液降温过多。AOD炉寿命是温度与精炼时间的函数，若氧化末期温度在1720℃左右，炉龄就与时间成正比，因此在控制温度、碱度的同时尽力缩短精炼时间。

2.4 工艺操作概述

2.4.1 AOD精炼法的操作（以冶炼不锈钢为例）

在AOD法精炼不锈钢时，AOD炉对初炼钢水的一般要求见表2。

在初炼钢水兑入AOD炉后通常分为三或四个阶段，按照炉内的碳含量和温度再调整氧氩比在吹炼初期钢水的w（C）较高，可用O2∶Cr？=？4∶1（或3∶1）此为第一个阶段；当w（C）降到0.2%左右，可用O2∶Ar？=？2∶1的比例供气，此时熔池温度大约为1690～1720℃，此为第二个阶段；当w（C）降到0.1%左右时，改O2∶Ar？=1∶2，将w（C）降到0.02%，此时熔池温度大约为1730℃，此为第三个阶段；当吹炼w（C）小于0.01%的超低碳钢种时可增设第四个阶段。最后用纯氩吹炼几分钟，使溶解氧继续脱碳。

加入一定量的硅铁、铝和石灰对炉渣中的Cr2O3进行还原，同时进一步降低钢中的溶解氧，并继续吹氩搅拌，然后扒渣。进行少量合金微调，继续吹氩搅拌，在钢水温度达到1580～1630℃时出钢。AOD精炼法的冶炼周期一般在70～100min。

2.4.2 VOD精炼法的操作（以冶炼不锈钢为例）

VOD法冶炼工艺对初炼钢水的要求见表3。

初炼炉（电弧炉或氧气转炉）出钢的钢水除渣后将VOD钢包吊入真空室，接通底吹氩开始合盖抽真空，此时熔池温度大约为1550～1580℃。当真空度达到13～20kPa时，开始吹氧脱碳。为保证钢中的碳始终优先于铬氧化，随着含碳量的降低相应提高真空度。当碳降到规定值停止吹氧，提高真空度，以促进钢液和渣中的氧进一步脱碳[7]。

然后在真空条件下加脱氧剂脱氧，脱硫并微调成分再经吹氩搅拌后，即可破坏真空，吊出钢包进行浇注。VOD精炼法的冶炼周期一般在60～80min。

2.5 冶金效果概览

2.5.1AOD精炼法冶金效果

经过AOD精炼法冶炼的钢水中的夹杂物主要是由钙硅酸盐组成，其颗粒细小、分布均匀。成坯后的其它夹杂物主要由钢包和浇注过程中形成的[8]。

2.5.2 VOD精炼法冶金效果

VOD精炼法处理后的冶金效果见表5。

VOD精炼法处理后的钢材夹杂物情况见表6。

经过VOD精炼法后的钢锭中氧化物夹杂呈细小分散，优于AOD精炼法的冶金效果。

2.6 投资、生产成本和其他的探究

2.7

AOD、VOD冶炼中的不足与注意事项

2.7.1 AOD法冶炼的注意事项

1） 供气形式尚不够完善；

2） 炉衬寿命仍然较短。

2.7.2 VOD法冶炼不锈钢时的注意事项

1） 保持高的真空度；

2） 精炼开始吹氧温度为1550-1580°C，精炼后温度控制在1700-1750°C；

3） 由条件时应加大包底供氩量；

4） 控制合理的供氧量；

5） 初炼钢液的含硅量应限制在较低的水平；

6） 减少铬的烧损和精炼后渣中Cr2O3的含量；

7） 在耐火材料允许的条件下，提高初炼钢水的含碳量；

8） 精选脱氧剂、早渣材料和铁合金，防止混进碳分，并在真空下进行后期造渣，脱氧和调整成分等操作。

3.小结

目前，较多冶金企业选择了AOD精炼法。因AOD精炼法可以在不太高的冶炼温度下将大气中将高铬钢液中的碳降到极低的水平，而铬又没有明显烧损。且精炼工艺及设备具有投资省、生产效率高、生产费用低、产品质量高和操作简便等优点[9]。但是与VOD精炼法相比较也存在不足之处，首先AOD精炼法冶炼在还原期要加入硅铁来还原铬，加入石灰调整炉渣。这就势必引起钢中氢含量的增高，精炼后又要经过一次出钢，增加了空气对钢液的玷污，无疑将使精炼效果受到影响。其次，AOD精炼法没有通用性，只能用于冶炼不锈钢，而VOD精炼法作为真空脱气装置具有通用性，可适用于各种钢种。故在不同的冶炼条件下，AOD精炼法与VOD精炼法均有着各自的优势应用领域。

参考文献

[1]郭家祺，刘明生.AOD精炼不锈钢工艺发展[J].炼钢，2002.18（2）：52～58.

[2]周友军，连和平，任彤，张明.AOD和VOD精炼工艺的综合比较[J].工业加热，2013，42（4）：53～58

[3]赵沛.炉外精炼及铁水预处理实用技术手册[M].北京：冶金工业出版社，2004：430-437

[4]VAI.MethodandDeviceforMeasuringElectromagneticWaveOriginat

ingFromaMelt[A].VAI. Technical Specification for Taiyuan Iron and Steel Group Stainless Steel Making Plant[C].Lin z，Austria：VOEST2ALPINEIndustrieanlagenbauGmbH and Co，2004.29-30.

[5]VAI.Processfor9SubmergedInjectionofGasandFines[A].VAI.TechnicalSpecificationforTaiyuanIronandSteelGroupStainlessSteelMakingPlant[C].Linz，Austria：VOEST2AL2PINEIndustrieanlagenbauGmbHandCo，2004.19-22.

[6]VAI.VerfahrenZumEinbauEinesKonverterbodens[A].VAI.TechnicalSpecificationforTaiyuanIronandSteelGroupStainlessSteelMakingPlant[C].Linz，Austria：VOEST2AL2PINEIndustrieanlagenbauGmbHandCo，2004.23-24

[7] 刘川汉.RH与VD/VOD 二次精炼法的比较[J].特殊钢，2004，21（4）：26-27

低碳炼铁技术范文第5篇

【关键词】高炉；焦碳；应对措施；技术经济指标

0 前言

高炉冶炼是否顺行经济，焦碳作用至关重要。但随着炼铁产业的不断扩张，原燃料的供应的矛盾日益激化，质量优良的炼焦煤大量短缺，致使焦碳质量时常波动，灰份高，强度下降，尤其焦炭热态强度下降，其是软熔带焦窗和滴落带焦床透气性和透液性的决定性因素，对高炉顺行起着十分重要的作用，一旦控制不好，就会造成高炉炉况顺行度变差，甚至会致使炉况出现大的失常，给炼铁生产带来很大的被动。如何应对焦碳变差的状况，尽量降低其对高炉炉况的影响已经成为炼铁工作者所探究的一个重要课题。

1 济钢3#1750高炉使用焦碳现状

济钢3#1750高炉以自产的67#焦炉焦碳为主，并配加一定比例的自产捣固焦，受焦煤影响，其质量自2017年初以来不断下降，灰份不断攀升，最高达到12%以上；同时，M40下降至80，M10上升至7以上，给高炉操作带来了很大的困难。

2 焦炭质量变差时的应对措施

密切关注原燃料的质量和变化。在操作中要密切注意焦碳负荷的变化、压量关系及料尺工作状况等，当预知焦碳质量变差时，高炉要积极采取相应措施，炉内炉外要搞好配合，来缓解焦碳质量变差的影响，保证炉况的稳定。

2.1 炉内操作应对措施

2.1.1 改善料柱透气性及炉缸渗透性，确保高炉的稳定顺行状态

焦碳质量变差，总体料柱透气性变坏，中心死焦堆渗透性变差，首当其冲的是要确保高炉的顺行状态，要求高炉四班必须统一操作思路，精心操作，把顺行做为第一要务。

（1）首先要控制好压量关系。当焦碳质量变差时，控制热风压力比正常时低5～10KPa，维持适宜的透气性指数，确保高炉的顺行状况。

（2）适当提高焦比水平。适当提高焦比减负荷操作，保持软熔带中焦窗的厚度，减少矿焦边界处的界面效应，改善料柱透气性。

（3）维持中上限炉温水平，适当下调炉渣碱度。正常生产时，炉温基本上维持在Si：0.4～0.5%水平，当焦炭质量变差的情况下，一定要增强保护炉缸的意识，确保渣铁物理热充沛，严禁出现较低炉温或炉凉的现象，同时适当下调炉渣碱度，以改善渣铁的流动性，进而化解焦炭质量下滑对高炉炉缸的潜在危机，改善其工作状况，促使高炉的稳定顺行。

（4）适当降低炉顶煤气压力水平。

（5）坚持焦丁回收入炉。焦丁混在烧结矿中，有利于提高矿石的空隙度，改善料柱的透气性；矿石中还原出的海棉铁是破坏焦碳强度的重要因素，而焦丁与矿石混装后，海绵铁优先吸收焦丁中的碳，从而保持大焦块的强度。

2.1.2 合理控制上部煤气流，发展中心，稳定边沿

当焦碳质量变差时，必须对煤气流进行适当调整，以稳定炉况，其原则是保证中心足够合理的煤气比例，兼顾稳定边沿煤气流。

（1）优化布焦顺序。根据焦碳质量情况，优化布焦顺序，将焦碳质量相对较好的焦碳布在高炉截面的中心位置。

（2）使用中心加焦。将布料矩阵进行调整，使用中心加焦，使中心的焦碳量有所增加，同时矿批不但没有缩小，而且有一定的扩大，基本上维持在45t～46t，使中心煤气比例趋于稳定合理。

（3）对布料矩阵其他档位的角度进行微调，适当拉大角差，合理搭配炉内截面的O/C比，同时配合使用矿焦不等料线的方法，灵活控制边沿煤气流状况，从而大大提高了炉况的稳定程度。

2.1.3 m当加长风口，确保高炉中心吹透

焦碳质量下滑后，高炉炉缸渗透性势必变差，为此高炉借休风机会，将部分风口适当加长，控制适宜的回旋区大小，使鼓风速度及鼓风动能处于合适的水平，以确保中心吹透，从而改善初始煤气流的分布。

2.2 炉外加强生产管理

2.2.1 严格槽下管理，减少粉末入炉

严格槽下筛分管理，减少粉末入炉。在焦碳质量不好，强度下降的情况显的更为重要，我们必须给予重视。

2.2.2 强化炉前组织管理，缩短出铁间隔

炉前出铁组织对炉况稳定起着重要的作用，尤其焦碳质量不好的时候，就显得更为重要，焦质不好，炉缸动态变差，铁口表现往往难开，为此要求炉前尽可能缩短出铁间隔，及时排净渣铁，以免出现出铁不及时或渣铁排不净造成炉内憋铁的现象，从而进一步影响高炉的稳定程度。

2.3.3 抓好设备点检管理，降低高炉慢风率、休风率

加强设备巡视、点检，确保设备的正常运行，尽量减少因设备故障引起的空尺、休慢风现象，降低高炉慢风率、休风率，为高炉的稳定提供强有力的保障。

3 应对效果

济钢3#1750高炉针对焦碳质量变差的情况下积极应对，确保了炉况稳定顺行，并取得不错的经济技术指标，使高炉利用系数由2.083 t/m3.d逐步提升至2016年10月份的2.349t/m3.d，焦比还有一定程度的下降。

4 结束语

（1）质量优良的炼焦煤大量短缺，致使焦碳质量下滑，影响高炉的正常冶炼操作，这是目前众多企业面临的共同问题。

（2）当焦碳质量变差时，高炉内部要设法改善料柱透气性及炉缸渗透性，搞好上下部煤气流的控制，确保高炉的稳定顺行状态。

（3）严格槽下管理、强化炉前组织、加大设备点检力度，确保生产有序，为炉内稳定创造条件，尤其在焦碳质量下滑时，显的尤其重要。

（4）济钢3#1750高炉在焦碳不断下滑的情况下，炉况保持相对稳定，并获得不错的经济技术指标，其做法对同类型高炉具有一定的借鉴作用。

【参考文献】