低碳冶炼技术范文1
关键词:生命周期评价；铜；情景分析；能耗；碳排放
中图分类号 X757：X820 文献标识码 A 文章编号 1002-2104(2012)04-0046-05 doi:10.3969/j.issn.1002-2104.2012.04.009
火法炼铜是铜冶炼的主要工艺，目前我国铜产量的98%以上由火法冶炼获得［1］。2008年我国精铜产量为377.9万t，消费量达到480.6万t，已成为全球最大的精铜生产国和消费国［2］。火法炼铜过程以及由此带来的能源消耗及温室效应问题已不容忽视。
生命周期评价（Life Cycle Assessment）作为一种重要的环境管理工具，可用于火法铜生产过程环境影响的评估，对于改善生产工艺，减少环境污染具有重要的意义。由于目前我国采选矿、吹炼和精炼工艺设备差别不大，火法铜生产的能耗及碳排放主要与在熔炼工艺的技术水平相关。因此，根据目前行业的工艺技术现状，重点关注鼓风炉熔炼、闪速炉熔炼和熔池熔炼3种主要工艺，运用生命周期评价方法对铜生产过程，即从采矿到电解精炼过程的能耗及碳排放强度进行评价。
情景分析法(Scenario Analysis)是在对经济、产业或技术的重大演变提出各种关键假设的基础上，通过对未来详细、严密的推理和描述来构想未来各种可能的方案［3］。S. Alvarado针对世界最大的铜生产国智利，对时间尺度为25年的能耗与温室气体排放量展开研究，并设定两种不同情景进行对比［4］；WilhelmKuckshinrichs等基于过程的局部均衡模型，对全球铜流动产生的CO2和SO2进行分析［5］。国内已有姜金龙等运用生命周期评价方法，对火法、湿法生产金属铜过程及共生矿石生产电解镍/铜的环境协调性进行了研究［67］。韩明霞等运用情景分析对铜冶炼的污染物排放进行分析［1］。本文通过情景分析，对2020年我国火法铜冶炼的主要工艺技术结构进行模拟，对不同情景下的生命周期评价结果进行比较，筛选出能耗与碳排放最低的方案，为我国火法铜冶炼行业的环境管理提供决策支持。
1 研究方法
1.1 生命周期评价
生命周期评价方法针对从产品最初的原材料采掘到产品用后最终废弃物处理(产品系统)，进行全过程的跟踪、定量分析与评价［8］。本文基于德国PE公司开发的生命周期评价软件GaBi 4，对不同熔炼工艺下的铜冶炼能耗及碳排放进行评价。
1.1.1 系统边界
本研究以火法炼铜为对象，从我国铜生产的实际情况出发，以生产1 000 kg精铜为功能单位，定量计算其生产过程中的能耗及碳排放。研究范围包括矿石的采选、运输、干燥、熔炼、转炉吹炼、阳极炉精炼、电解精炼等工序。由于目前的采选矿、吹炼和精炼工艺设备差别不大，本研究将熔炼技术细化，分别对具有代表性的密闭鼓风熔炼、闪速熔炼和熔池熔炼工艺下的铜冶炼过程进行比较。系统边界如图1所示。
图1 火法炼铜生产流程和系统评价边界
Fig.1 Process and systemboundary of pyrometallurgical copper production
注：图1中熔炼工序可分为密闭鼓风炉熔炼、闪速熔炼、熔池熔炼3种。其中密闭鼓风炉熔炼还包括燃料焦炭的生产；闪速熔炼前包括精矿干燥环节，以及辅料柴油和重油的生产；熔池熔炼过程还包括电耗、原煤、重油的生产。
研究系统内，品位约为1%的铜矿石在经过熔炼、转炉吹炼、阳极炉精炼等工序后，电解出精度约为99.9%的精铜。图1体现了铜生产的各个工序中其他辅助能源及原料的生产情况，标注出重要的中间产物，细化了该研究的具体边界。
1.1.2 数据来源
本文评价中所使用的数据主要来源：①我国两家铜生产企业实际数据；②公开出版的文献资料数据；③PEGaBi数据库。详见表1。
1.1.3 基本假设
在开展火法铜生产的生命周期评价时，假设生产所需的铜矿石全部来自国内开采，铜矿石的平均运输距离为50km；采矿炸药、选矿药剂、电解添加剂等由于用量较小，在影响评价阶段忽略其所造成的环境影响；不考虑熔炼及吹炼阶段的烟气制酸过程、炉渣贫化及阳极泥回收工序；转炉烟尘、阳极炉烟尘和炉渣等固废通过内部再循环方式返回生产过程。
1.1.4 量化方法
本研究选用的能耗和碳排放的量化方法如表2所示。
1.1.5 能源清单
经整理得到我国火法铜生产的能源清单如表3所示。
表1 生命周期清单数据来源
Tab.1 Life cycle inventory data sources
注：1.《选矿设计手册》，北京：冶金工业出版社，2007；2.《重有色金属冶炼设计手册・铜镍卷》，北京：冶金工业出版社，1996
表2 能耗和碳排放量化方法
Tab.2 The quantified method for energy consumption and carbon emissions
表3 火法炼铜生产的能源清单
Tab.3 The energy inventory of pyrometallurgical copper production
1.2 情景设定
据行业有关资料，2007年我国铜冶炼的熔池熔炼工
艺约占42%，闪速熔炼工艺约占35%［9］。本研究以2007
年为情景基准年，根据近几年火法铜冶炼技术的发展趋势，将2020年定为情景年，逐渐增加先进工艺技术比重，淘汰落后技术，进行情景设定（见表4），分析不同情景下能耗及碳排放情况。
表4 2020年我国火法炼铜冶炼情景设定（%）
Tab.4 The scenario of China’s pyrometallurgical copper in 2020
冻结情景：为2007年的基准情景，符合我国火法铜冶炼的真实熔炼技术结构，作为对比情景。
情景一为低目标方案，即2020年在熔炼技术结构调整政策落实不到位，或者客观条件不利的情况下，没有彻底贯彻新政策，未完全淘汰落后工艺。此外，仍残留不少隐蔽的小型冶炼厂，其生产工艺落后、污染严重。导致以鼓风熔炼为主的传统熔炼方法仍占有5%的比例。
情景二与情景三均定义为在顺利实施相关政策后，即彻底淘汰如鼓风熔炼的传统熔炼技术，逐步提高闪速熔炼及熔池熔炼的比重后的目标方案。尽管这两种熔炼工艺的能耗及碳排放不尽相同，但考虑到其工艺特点和我国铜冶炼实际情况，为了追求较低的环境影响而全力或大规模发展某一种技术并不实际。就两者比较而言，闪速熔炼尤其是采用了富氧工艺后，精矿反应放出的热量可以占到总热量收入的60%以上，大大降低了燃料的消耗；另外闪速熔炼的精矿经过深度干燥处理，具有显著的节能效果［9］。发展闪速熔炼工艺对降低火法铜生产过程的能耗具有现实的意义，然而就我国不断下降的铜品位的和冶炼技术现状而言，熔池熔炼凭借其不高的炉料要求、较低的烟尘排放和可以接受的节能效果的特点［10］，具有重要的发展必要性，不能完全被闪速工艺取代。
因此根据我国铜冶炼业的实际发展情况设定了情景二和情景三，两个情景的主要差异在于2020年两种先进熔炼技术的结构比例：情景二体现的是熔池熔炼得到了大力发展，普及率明显高于闪速熔炼；情景三体现在鼓励闪速熔炼发展的形式下，闪速熔炼快速普及，应用比例超过了熔池熔炼。
2 结果与讨论
2.1 不同冶炼工艺生产铜的能耗及碳排放
本文主要从能源消耗和碳排放（全球变暖潜值，100年）对我国火法铜生产过程进行评价。基于3种不同熔炼工艺铜生产的能耗及碳排放强度结果分别如图2、图3所示。
图2 不同熔炼工艺下的铜生产能源消耗
Fig.2 Energy consumption of copper production under different smelting technology
图3 不同熔炼工艺下铜生产的碳排放
Fig.3 GHG emissions under different smelting process of copper production
由图2可知，鼓风熔炼、闪速炉熔炼、熔池熔炼的能源消耗分别是147 803.93MJ、96 675.47MJ和104 203.30 MJ。鼓风炉熔炼的能源消耗高出其他两种工艺近40%。这主要是由鼓风炉的技术特点决定的，其造锍熔炼极大程度上依靠外加热，即利用矿物燃料燃烧热或电热，因此消耗了较多能源。而通过对闪速熔炼及熔池熔炼比较可知，前者的能耗略低于后者。从清单上看，闪速炉熔炼过程消耗的能源较鼓风炉和熔池熔炼炉低很多。然而由于闪速熔炼对原料的要求比较严格，需要对原料进行预先干燥，使得闪速熔炼工艺下火法铜生产的总能耗增加，但所占比例不大。从总过程的评价结果可以看出，闪速工艺下的能耗仍然是3种工艺中最低的。
图3列出了3种不同熔炼工艺下的铜生产的碳排放情况，其趋势与能耗趋势相同，即鼓风熔炼对全球变暖的贡献最大。通过对3者生命周期评价结果的比较，传统熔炼技术鼓风炉熔炼下的铜生产过程在能耗和温室气体排放上要远远高出闪速熔炼和熔池熔炼；而在对闪速熔炼及熔池熔炼的比较可知，前者的能耗及碳排放值更低。
2.2 不同情景下的能耗及碳排放
根据不同熔炼工艺的生命周期评价结果，对3种情景下能耗及碳排放进行分析，并与冻结情景对比，计算结果见图4、图5。
图4 不同发展情景火法铜冶炼的能源消耗
Fig.4 Energy consumption of copper production under different scenarios
图5 不同发展情景火法铜冶炼情况下的碳排放
Fig.5 GHG emissions of copper production under different scenarios
对3种不同工艺下的生命周期评价结果分析可知，降低鼓风熔炼等传统熔炼工艺能极大程度上的降低能源消耗和温室气体排放。从图4、图5中可以看出，情景一与冻结情景相比，鼓风炉的比例从23%降到了5%，体现在总的铜生产过程中，其能源消耗下降了8 824.5 MJ，碳排放值减少了1 006.8 kg CO2当量，差距尤其明显。从这点可以看出，鼓风熔炼下的火法铜生产过程对能耗和碳排放的影响较其他两种工艺更为显著。因此，淘汰鼓风熔炼等传统熔炼工艺，发展先进熔炼工艺是降低铜生产能耗及碳排放的重要手段。
此外，情景二和情景三以较低的能耗及温室气体排放量符合未来铜生产的发展趋势，均成为可行方案，两者评价结果差别不明显，但由于闪速熔炼下的环境影响更小，因此普及闪速熔炼更高的情景三是最优方案。然而鉴于闪速熔炼及熔池熔炼的各自技术特点和在我国发展的必要性，熔池熔炼并不能由闪速熔炼完全取代，应根据冶炼实际情况进行技术结构调整。
2.3 结果讨论
国际铜组织(ICI) 评估认为，欧洲生产吨铜的能耗约为6×107 kJ，约是本研究核算的火法铜生产的60%。根据评价结果，分析与国外相比我国能耗相差较大的原因是：① 评价边界及基本假设不同；② 我国铜生产工艺的能效与国外先进水平相比仍存在一定差距；③铜矿石的品位的差异。
此外，本研究仅限于闪速熔炼及熔池熔炼，并不能完全代表我国火法铜冶炼熔炼工艺的真实情况。在关注和发展闪速熔炼及熔池熔炼的同时，还应大力开展其他先进环境友好的冶炼方法（如湿法炼铜）的开发研究，及对其他已有工艺的能耗及碳排放开展评价，以期找到最适合的产业技术结构，建立低能耗低污染的铜生产模式。
3 结论及建议
本文核算了不同熔炼工艺下我国火法铜生产生命周期的能耗和碳排放，并利用情景分析法对2020年可能的熔炼工艺结构进行评价分析。结果表明，传统工艺鼓风炉熔炼较先进的闪速熔炼及熔池熔炼产生了更多的能耗和碳排放。此外，闪速熔炼工艺较熔池熔炼工艺会产生更小的环境影响，但基于两种工艺的不同特点和适用范围，闪速熔炼并不能完全取代熔池熔炼。因此，彻底淘汰传统熔炼工艺，推广先进熔炼技术是减少火法铜生产环境影响的迫切任务，也是我国火法铜生产技术发展的必然趋势。
基于研究结论，提出以下两点建议：①优化工艺结构。一方面严格执行清洁生产标准，要求铜生产企业具备烟气制酸、除尘、资源综合利用、节能等设施；另一方面，淘汰鼓风熔炼等落后生产工艺，采用闪速熔炼、熔池熔炼等生产效率高、工艺先进、能耗低、环保达标、资源综合利用效果好的新型强化熔炼工艺。此外，应综合考虑闪速熔炼与熔池熔炼的技术特点，合理选择，权衡发展。同时，鼓励有序推进湿法炼铜工艺，与世界先进炼铜技术接轨。②开展二次铜资源的利用。我国铜供需矛盾日益突出，铜已成为我国的急缺矿产，极度依赖国外进口。因此，应从综合利用低品位铜矿、含铜尾矿及铜冶炼渣等出发，有效节约资源，提高生产效率；另外废杂铜的回收和再生利用对降低我国铜冶炼业能耗及碳排放同样具有重要意义。
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Energy Consumption and Carbon Emissions Scenario Analysis of
Pyrometallurgical Copper Based on LCA
ZENG Guangyuan YANG Jianxin SONG Xiaolong LV Bin
（Key Laboratory of Urban and Regional Ecology, Research Center for
EcoEnvironmental Sciences，Chinese Academy of Sciences, Beijing 100085，China）
Abstract
低碳冶炼技术范文2
[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。
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低碳冶炼技术范文3
关键词：consteel电炉 中频炉 不锈钢母液
中图分类号：TF758.3 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）12（c）-00-02
目前，国内短流程工艺条件下冶炼不锈钢母液的方法：大型不锈钢公司主要采用的是电炉冶炼不锈钢母液，即用电炉熔化镍铬合金、不锈钢返回料、高碳铬铁和碳钢废钢（或脱磷铁水），国内宝钢不锈钢公司、太钢不锈钢公司、张家港浦项制钢公司，都采用的是用电炉冶炼不锈钢母液的方法。小型不锈钢公司主要采用中频炉冶炼不锈钢母液，即中频炉熔化不锈钢返回料，国内典型的企业有青山控股下属的几家公司，都采用中频炉冶炼不锈钢母液的方法。最近两年用红土矿冶炼不锈钢母液的工艺发展非常快，广青金属、德盛镍业、北海诚德等企业的红土矿冶炼项目已经或即将投产。
采用电炉冶炼不锈钢母液时，普遍存在的问题是：冶炼时间长，冶炼电耗高，电炉炉渣Cr2O3含量高，Cr的收得率低，噪声大，冶炼过程不具备脱P条件，对原料的要求很高。而采用中频炉冶炼不锈钢母液时，所能选用的原料是唯一的，即不锈钢返回料，而且冶炼时间长，冶炼电耗高。采用红土矿冶炼不锈钢母液时，环境污染严重，废渣处理量大。
我公司的不锈钢生产线是在2008年由原来的碳钢生产线改造而成，不锈钢母液生产设备利用原有的consteel电炉，但用不锈钢废钢作为不锈钢母液冶炼的原材料时，过程中很难形成有效的泡沫渣，能耗高，冶炼周期长，并且含铬的炉渣很容易堵塞偏心底出钢口。为确保整条生产线的正常运转以及利用原有的电炉设备，必须找到一种适于consteel电炉技术的新原材料，来保证不锈钢母液的生产。
1 问题提出
1.1 用consteel电炉生产不锈钢母液
我们寻找新的原材料，选定镍铁作为原料，用液压抓斗将镍铁加到consteel输送机的加料段，经过consteel的预热段，镍铁连续进入炉内。由于镍铁中含有大量的Si和C元素，可以强化用氧，可以造泡沫渣，弥补了由于变压器容量不足导致的电能输入不够问题。
等全部镍铁熔化完之后，加入高碳铬铁，再进行通电熔化，此时不吹氧。存在的问题是：由于镍铁含P很高，加入高碳铬铁后无法有效脱P，造成成品P超标。通过合理配料很难解决P超标问题，而且，consteel电炉是留钢操作，强化用氧后导致留钢中的Cr被氧化，Cr的收得率
降低。
1.2 用consteel电炉-中频炉生产不锈钢
母液
由于直接用consteel电炉生产不锈钢母液存在上述问题，通过分析讨论，决定将高碳铬铁用中频炉来冶炼，用两步法完成不锈钢母液的生产，解决了所有问题。Consteel电炉对镍铁进行熔化和脱P，中频炉熔化高碳铬铁，最后，将合格的镍铁水和铬铁水出到同一个铁水包。
2 consteel电炉和中频炉主要技术参数
3 冶炼工艺
a、将含镍生铁加入到Consteel运输机上，入炉前在consteel预热段进行预热，预热到200～300 ℃[1]。
b、上炉出完钢后，填好EBT，炉体摇平后通电，启动Consteel运输机进料，含镍生铁以0～6 m/min速度进入炉内，熔池始终处于精炼状态下，同时启动炉门氧枪，依据装入原料重量和原料中C、Si的含量，调整氧气流量，连续冶炼过程中，溶池温度保持在1450±30 ℃，以通过控制进料速度来控制熔池温度。
c、待全部料进入电炉内后，电量达到12000 kWh时，停止通电，吹氧脱Si，并加入石灰调整炉渣碱度。
d、熔池中Si含量达到0.1%左右时，开始脱P。
e、出钢时的电炉母液成分控制为：C：0.5%～2.5%；Si：0.1%～0.5%；P：≤0.045%；Cr：
f、在电炉冶炼的同时，将高碳铬铁加入到中频炉中，加热熔化，若电炉熔清样中理论计算AOD还原后最终Ni含量偏低，中频炉会考虑补加镍含量为28%～45%的超高镍，进行调整，当合金温度达到1620～1700 ℃时，得到高碳铬铁母液。
g、将Consteel电炉的含镍铁水母液和中频炉的高碳铬铁母液先后出钢到铁水包内混合，完成不锈钢母液的冶炼，不锈钢母液最终成分：C：1.5%～3.0%，Si：0.5%～1.0%，P：
Consteel电炉-中频炉冶炼不锈钢母液工艺和已有的工艺相比，具有以下优点和特点：所选用的原料为镍生铁和自然块的高碳铬铁，实现了镍铬分离法冶炼不锈钢母液。
在consteel电炉冶炼过程中，留钢作业，镍生铁连续预热，连续入炉，连续熔化，熔池始终处于精炼状态下，达到了低电耗、平均电耗300 kWh/t，低噪声、脱P、冶炼效率高和镍收得率高的效果。中频炉熔化自然块高碳铬铁，铬损失少[2]收得率高，和电炉加高碳铬铁相比，铬收得率提高10%，自然块高碳铬铁不需要二次加工，原料采购成本
降低。
4 consteel电炉-中频炉冶炼不锈钢母液经济技术指标
5 结语
使用consteel电炉和中频炉工艺，实现了镍铬分离冶炼不锈钢母液；consteel电炉可以用高P镍铁作为原料，实现铁水脱P；镍生铁在consteel预热，留钢操作，冶炼成本降低；中频炉熔化铬铁，避免了电炉加铬铁造成的铬损失，铬的收得率提高10%；生产效率提高30%左右。
本工艺为我公司首创，为不锈钢母液的冶炼开启了新途径，该工艺已申请专利并已授权[3]。
参考文献
[1] 马登德，严良峰.一种冶炼不锈钢母液的方：中国，ZL201010268042.5[P].
低碳冶炼技术范文4
【关键词】转炉炼钢；冶炼技术；工艺参数控制
把铁水重的含碳率降低，对铁水进行脱碳、脱磷、脱硫处理就是转炉炼钢的主要任务，在炼钢的过程中还要去除其中的各种有害气体和非金属杂质，转炉炼钢的主要技术一般都是：供氧，造渣，升温，加脱氧剂和合金化操作，在冶炼过程中，要做好各种设备的巡检维护，严格控制好工艺参数的变化。
1 转炉冶炼目的
将生铁里的碳及其它杂质（如：硅、锰）等氧化，产出比铁的物理、化学性能与力学性能更好的钢。
钢与生铁的区别：首先是碳的含量，理论上一般把碳含量小于2.11%称之钢，它的熔点在1450-1500℃，而生铁的熔点在1100-1200℃。在钢中碳元素和铁元素形成Fe3C固熔体，随着碳含量的增加，其强度、硬度增加，而塑性和冲击韧性降低。钢具有很好的物理、化学性能与力学性能，可进行拉、压、轧、冲、拔等深加工，其用途十分广泛。
氧气顶吹转炉炼钢设备工艺：如图所示。按照配料要求，先把废钢等装入炉内，然后倒入铁水，并加入适量的造渣材料（如生石灰等）。加料后，把氧气喷枪从炉顶插入炉内，吹入氧气（纯度大于99%的高压氧气流），使它直接跟高温的铁水发生氧化反应，除去杂质。用纯氧代替空气可以克服由于空气里的氮气的影响而使钢质变脆，以及氮气排出时带走热量的缺点。在除去大部分硫、磷后，当钢水的成分和温度都达到要求时，即停止吹炼，提升喷枪，准备出钢。出钢时使炉体倾斜，钢水从出钢口注入钢水包里，同时加入脱氧剂进行脱氧和调节成分。钢水合格后，可以浇成钢的铸件或钢锭，钢锭可以再轧制成各种钢材。 氧气顶吹转炉在炼钢过程中会产生大量棕色烟气，它的主要成分是氧化铁尘粒和高浓度的一氧化碳气体等。因此，必须加以净化回收，综合利用，以防止污染环境。从回收设备得到的氧化铁尘粒可以用来炼钢；一氧化碳可以作化工原料或燃料；烟气带出的热量可以副产水蒸气。此外，炼钢时，生成的炉渣也可以用来做钢渣水泥，含磷量较高的炉渣，可加工成磷肥，等等。氧气顶吹转炉炼钢法具有冶炼速度快、炼出的钢种较多、质量较好，以及建厂速度快、投资少等许多优点。但在冶炼过程中都是氧化性气氛，去硫效率差，昂贵的合金元素也易被氧化而损耗，因而所炼钢种和质量就受到一定的限制。
2 转炉冶炼原理简介
转炉炼钢是在转炉里进行。转炉的外形就像个梨，内壁有耐火砖，炉侧有许多小孔（风口），压缩空气从这些小孔里吹炉内，又叫做侧吹转炉。开始时，转炉处于水平，向内注入1300摄氏度的液态生铁，并加入一定量的生石灰，然后鼓入空气并转动转炉使它直立起来。这时液态生铁表面剧烈的反应，使铁、硅、锰氧化 （FeO，SiO2 ， MnO，） 生成炉渣，利用熔化的钢铁和炉渣的对流作用，使反应遍及整个炉内。几分钟后，当钢液中只剩下少量的硅与锰时，碳开始氧化，生成一氧化碳（放热）使钢液剧烈沸腾。炉口由于溢出的一氧化炭的燃烧而出现巨大的火焰。最后，磷也发生氧化并进一步生成磷酸亚铁。磷酸亚铁再跟生石灰反应生成稳定的磷酸钙和硫化钙，一起成为炉渣。当磷与硫逐渐减少，火焰退落，炉口出现四氧化三铁的褐色蒸汽时，表明钢已炼成。这时应立即停止鼓风，并把转炉转到水平位置，把钢水倾至钢水包里，再加脱氧剂进行脱氧。整个过程只需15分钟左右。如果氧气是从炉底吹入，那就是底吹转炉；氧气从顶部吹入，就是顶吹转炉。
转炉冶炼工艺流程简介：
转炉一炉钢的基本冶炼过程。顶吹转炉冶炼一炉钢的操作过程主要由以下六步组成：
（1）上炉出钢、倒渣，检查炉衬和倾动设备等并进行必要的修补和修理；
（2）倾炉，加废钢、兑铁水，摇正炉体（至垂直位置）；
（3）降枪开吹，同时加入第一批渣料（起初炉内噪声较大，从炉口冒出赤色烟雾，随后喷出暗红的火焰；3～5min后硅锰氧接近结束，碳氧反应逐渐激烈，炉口的火焰变大，亮度随之提高；同时渣料熔化，噪声减弱）；
（4）3～5min后加入第二批渣料继续吹炼（随吹炼进行钢中碳逐渐降低，约12min后火焰微弱，停吹）；
（5）倒炉，测温、取样，并确定补吹时间或出钢；
（6）出钢，同时（将计算好的合金加入钢包中）进行脱氧合金化。
3 转炉炼钢主要工艺设备简介
3.1 转炉（converter）
炉体可转动，用于吹炼钢或吹炼锍的冶金炉。转炉炉体用钢板制成，呈圆筒形，内衬耐火材料，吹炼时靠化学反应热加热，不需外加热源，是最重要的炼钢设备，也可用于铜、镍冶炼。
3.2 AOD精炼炉
AOD即氩氧脱碳精炼炉，是一项用于不锈钢冶炼的专有工艺。AOD炉型根据容量有3t、6t、8t、10t、18t、25t、30t等。装备水平也由半自动控制发展到智能计算机控制来冶炼不锈钢。
3.3 VOD精炼炉
VOD精炼炉（vacuumoxygen decarburization），是在真空状态下进行吹氧脱碳的炉外精炼炉，它以精炼铬镍不锈钢、超低碳钢、超纯铁素体不锈钢及纯铁为主。将初炼钢液装入精炼包中放入密封的真空罐中进行吹氧脱碳、脱硫、脱气、温度调整、化学元素调整。
3.4 LF精炼炉
LF（ladle furnace） 炉是具有加热和搅拌功能的钢包精炼炉。加热一般通过电极加热，搅拌是通过底部透气砖进行的。
转炉倾炉系统
倾炉系统：变频调速（变频器+电机+减速机+大齿轮）
倾炉机构：倾炉机构由轨道、倾炉油缸、摇架平台、水平支撑机构和支座等组成。
4 转炉炉体工艺参数
4.1 转炉炉体
炉体总高（包括炉壳支撑板）：7050mm
炉壳高度：6820mm
炉壳外径：Φ4370mm
高宽比： H/D=1.56
炉壳内径：Φ4290mm
公称容量：50t
有效容积：39.5m3
熔池直径： Φ3160mm
炉口内径：Φ1400mm
出钢口直径：140mm
出钢口倾角（与水平）：20°
炉膛内径：Φ3160mm
炉容比：0.79m3 /t.s
熔池深度：1133mm
炉衬厚度：熔池：500mm 炉身：500mm 炉底：465mm 炉帽：550mm
炉壳总重：77.6t
炉衬重量：120t
炉口结构：水冷炉口
炉帽结构：水冷炉帽
挡渣板结构：双层钢板焊接式
托圈结构：箱式结构（水冷耳轴）
4.2 倾动装置
型式：四点啮合全悬挂扭力杆式（交流变频器调速）
最大工作倾动力矩：100t*m
最大事故倾动力矩：300t*m
倾动角度：±360°
倾动速度：0.2～1r/min
参考文献：
[1]王贤慧， 肖孝华， 张宏伟. 转炉炼钢设备结构改进[J].冶金设备， 2010（S1）
低碳冶炼技术范文5
[关键词]冶金转炉炼钢；自动化控制技术；功能及应用价值
中图分类号：TF345 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）13-0064-01
冶金转炉炼钢过程是一个复杂的多相物理化学反应过程，环境恶劣、过程复杂，期间难以准确地进行连续不断的测量，因而无法采用常规过程控制的方法对其进行控制。但仅凭人工经验控制炼钢终点又难以保证钢材产品优质、操作稳定和低能耗，因此，必须对炼钢生产进行精准的自动化控制，以提高钢铁质量和劳动生产率，节省能源，降低成本。
一、冶金转炉炼钢自动化控制技术
转炉炼钢主要是指以铁水、废钢、铁合金为主要原料，靠铁水的热量以及废钢、铁合金在高温下发生化学反应产生的热量相结合，在转炉中完成炼钢的过程。转炉炼钢技术在计算机信息技术、网络技术、工业控制技术以及工业控制网络为基础发展起来的，控制变量繁杂且要求精度很高，是炼钢过程中最重要的一个环节。以下是针对转炉炼钢自动化控制技术中几个关键技术的分析。
1.冶金转炉炼钢检测技术
传统的转炉炼钢已经很难适应现代社会的生产要求， 尤其是随着检测技术，计算机技术和自动化技术的飞速发展， 转炉炼钢的自动化技术也随之改进。目前，用于转炉炼钢检测技术主要分为废气分析检测技术和副枪监测技术两部分。在转炉炼钢过程中，它们主要通过检测仪表对熔钢温度、液面高度、熔钢成分等参数的记录，并进行及时分析，为炼钢过程中的温度控制、添加原料等提供有利的数据支持。具体检测技术包括：
（1）转炉炼钢副枪检测技术
转炉炼钢副枪自动化的使用是现代钢铁企业先进性的标志和发展趋势。国际上大部分钢铁企业在转炉上都配有副枪。副枪检测方法不但可以保持对钢水较高的碳含量和温度的控制，同时减少了石灰、铁合金等原料的消耗，无需钢水的补吹，且炉衬浸蚀明显降低，实现了完全的自动化，大大提高了转炉炼钢的产量。
（2）转炉炼钢废气分析检测技术
转炉炼钢技术在炼钢过程中主要产生的废气有一氧化碳、二氧化碳、氮气、氢气、氧气等。转炉炼钢废气检测主要使用炉气定碳法和副枪技术相结合，以副枪测定为主，结合废气分析计算脱碳速度，通过炼钢过程中排除的废气成分和流量，为计算转炉内瞬时钢液残留碳的含量提供信息，从而确定转炉中的含碳量。此外，转炉气副枪法的实施，不仅使转炉内含碳量的测量精度大大提高，而且为自动化检测技术提供了有利的数据，避免了传统人工工作模式，提高了工作效率和产出钢的质量。
2.冶金转炉炼钢自动化技术
转炉炼钢自动化技术主要包括控制技术、人工智能技术以及对炼钢模型的研究。它们主要是指转炉炼钢过程中以计算机技术为媒介对检测技术所显示炼钢生产过程中转炉内原料不足、废气过多、温度不准等原因进行自动化调整。
（1）转炉炼钢的控制技术模型
转炉炼钢的控制技术包括动态控制模型和反馈计算模型，主要是根据控制系统对吹炼终点和含碳量的检测数据进行控制的。动态控制模型主要是对炼钢过程中氧气的需求量和冷却剂量进行检测，并根据所测得含碳量、温度以及氧气量的数值计算出钢水实际温度以及钢水的实际含碳量，方便钢水温度和含碳量的调整；反馈计算模型主要是针对动态模型所测量数据进行重新计算，按误差大小调整规划，补充转炉内的原料所需。
（2）转炉炼钢中人工智能技术的应用
人工智能技术是基于计算机科学技术通过模拟、延伸和扩展人的智能方法的一门新的技术。转炉炼钢过程中人工智能主要是针对炼钢过程中需要人为处理的工作，通过计算机科学技术模拟进行，从而减少劳动力，提高生产效率和产品质量，实现钢铁企业智能化的进程。
（3）转炉炼钢中的模型研究
在转炉炼钢过程中，无论是人工智能技术还是控制技术都是以模型为基础的。目前，所使用的人工智能技术主要是以计算机科学技术为基础，以人为模型进行模拟工作；而控制技术中动态控制模型，也是根据热平衡原理和化学反应为基础的。所以模型研究在转炉炼钢过程中必不可少，不但可以提高钢材质量和生产效率，同时可以针对钢铁企业存在问题科学、合理的进行解决规划。
二、冶金转炉炼钢自动化控制系统的功能及应用价值
自动化系统在转炉炼钢的应用中主要可以对废钢、铁水的质量进行称量、对电气控制进行指示以及对仪表监视控制作用等。以下是对转炉炼钢自动化系统功能的简要分析。
1.冶金转炉炼钢自动化控制系统的功能
（1）转炉炼钢自动化系统对废钢、铁水质量的称量
由转炉炼钢工作环境恶劣，废钢、铁水的称重必须由天车主钩吊装废钢料槽和铁水炉缸进行装料。装料过程主要通过多个压式重量传感器读出废钢或者铁水的重量，并由补偿接线盒显示重量数据，并及时进行记录。
（2）转炉炼钢自动化系统对电气控制的指示
在转炉炼钢过程中考虑到有些电气操作是应急处理操作，关系到自动化系统的安全性和可靠性，因此，电气控制指示必须独立构成。自动化转炉炼钢共有六个散装料料仓，主要是铁矿石、白云石、白石灰以及铁皮球料仓。在散料质量测量中，主要通过料仓四角处的压式称重传感器通过监测画面在仪表器中显示。
（3）转炉炼钢系统对仪表监视的控制
在转炉炼钢过程中，仪表监视控制部分是通过计算机技术，利用网络服务器和主机相连，监测仪表PLC的工作。计算机主机和从机相互合作，一旦有异常情况发生，做到主从机可相互代替工作的目的。这样可确保系统能够有一个相对完整的数据库，增加了系统的可靠性，便于系统的维护工作。
计算机的监测画面是仪表部分的网络服务器，通过适配器从仪表中读取监测废钢、铁水等原料的使用数据；同时，监测画面还能实时的显示氧气、氮气以及冷却水的压力和流量，给操作人员提供有利的数据，供其对氮气、氧气、冷却水进行调整；同时，对钢水温度的监控中，采用热电偶探头深入转炉内取出钢水的温度，并利用监控系统从仪表器中显示。
2.冶金转炉炼钢自动化控制技术的应用价值
我国转炉炼钢自动化控制技术的目标是：在提高钢铁的质量和生产效率的前提下，最大限度的降低成本、节约能源、科学环保，使我国钢铁市场在国际钢铁市场竞争中利于不败之地。在自动化控制技术的前提下提高炼钢的终点命中率、改善钢水质量、降低生产成本和提高能源利用率，从而提高钢铁的生产效率和钢材质量。
自动化转炉炼钢技术采用动态控制转炉气体连续分析系统和副枪测温系统相互结合，增加了转炉气体和温度达到终点的几率，从而大幅度的提高终点控制命中效率。为了提高钢水质量，在气体补吹过程中应尽量减少氧气含量，避免钢水氧化，提高钢的纯度。通过提高终点命中率和降低补吹率，从而缩短了冶炼时间，增加了钢液温度和成分的稳定性，为连续铸钢创造了条件；同时，在自动化转炉炼钢技术的支持下，取消了一次性副枪确定氧含量及定碳头的能源消耗，降低钢中的含氧量，减少了炉渣中铁合金的含量，从而提高了原料的利用率，降低了炼钢生产成本。
总之，面对国际钢材市场近年来对钢材产品质量越来越高的要求，我国钢铁企业必须尽快改革冶金转炉炼钢技术，大力发展转炉炼钢自动化控制技术，从而提高生产效率，在加强钢产质量的同时，降低能源消耗，与国际钢铁行业接轨，促进我国钢铁行业的可持续性发展。
参考文献
低碳冶炼技术范文6
关键词 炉外精炼；效益；工艺技术；应用；发展
中图分类号 TF769 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)071-0191-01
自炉外精炼技术提出并使用以来，已经可以实现20余种应用方法。炉外精炼又可以称作钢铁的二次冶炼，以此提升钢液的纯度，对钢锭结晶有所改善。因此，当前炉外精炼技术已经得到世界各国的关注，我国也位于其中，努力研发了各种型号、各种性质的炉外精炼设备，但是与国外先进水平相比，我国技术仍有待进一步发展、完善。钢水炉外精炼作为国内外先进的炼钢技术之一，随着低碳经济的提出，纯净钢生产工艺、连铸技术被重视起来，而炉外精炼工艺也凭借其优势迅速普及。在日本及欧美等钢铁生产大国，几乎超过90%的炼钢采用炉外精炼工艺，这也将成为我国今后努力发展的重大趋势。
1 炉外精炼工艺技术及其应用
1.1 真空循环脱气法（RH）
真空循环脱气法的技术原理为：通过气泡将钢水上升到真空室内，完成脱碳、脱气等反应过程，然后再回流至钢包中。通过该种方法处理，对钢包的净空高度没有特殊要求，且钢包的净空高度也不会对反应速度产生影响。与其他真空处理技术相比较，真空循环脱气法主要具备如下优势：①反应速度较快，真空脱气的整个过程约为10 min，只需要5 min就可以实现均匀化的合金与温度，与转炉联合使用，效果更佳；②可以支持二次燃烧的热补偿过程，避免在精炼过程中温度降低过快；③反应效率良好。钢水可以在真空之内完成反应过程，钢的纯净度较高，符合清洁生产要求。在真空循环脱气法中，相关工艺参数计算如下：
1）循环因数。循环因数主要指在炉外精炼过程中，真空室内通过的钢水以及处理量的比例，计算公式如下：
μ=w*t/v （1）
在公式（1）中，μ代表循环因数（次）；w与t分别代表循环量（t/min）、循环时间（min）；v代表钢包的容量（t）。
2）循环量。循环量主要指在单位时间范围内，通过上升管或者下降管的钢水量，其计算公式如下：
Q=0.002×Du1.5*G0.3 （2）
在公式（2）中，Q代表循环流量（t/min）；Du代表上升管的直径（cm）；G代表上升管中氩气的流量（L/min）。
1.2 钢包精炼炉法（LF）
钢包精炼炉法源于日本，LF炉已经成为当前应用较多的设备之一。该种工艺技术主要具备以下优势：①可以应用于超低氧、超低硫等钢铁生产中；②具备电弧加热功能，极大提升热效率，满足大幅度升温需求，温度控制较为精确；③应用渣钢精炼工艺，设备简单、便于操作，合理控制精炼成本。以实际应用来看，钢包精炼炉法主要包括以下几方面技术要点：
1）温度控制。LF炉采取电弧加热方式，一般钢水加热的效率达到60%以上，远远超过电炉的升温速度；平均每吨钢水提高1℃，耗电量约0.5 kWh～0.8 kWh；而LF炉的升温速度快慢将对供电比功率产生直接影响。应用LF炉供电比率约150 KVA/t～200 KVA/t，每提高1℃，大约需要3 min～5 min；通过埋弧泡沫技术，可有效控制电弧中损失的辐射热，保障加热效率。
2）白渣精炼。白渣精炼是钢包精炼炉法的核心环节，通过白渣对钢水完成精炼过程，实现脱氧、脱硫目标。其工艺要点分析如下：其一，保持LF炉中的弱氧化状态，避免造成炉渣的再氧化过程；其二，一般情况下将包渣的碱度控制在R≥4范围内，其中w（TFEO+MnO）≤1%，以此确保脱氧与脱硫的效果。其三，采取适当的搅拌方法，避免将钢液面在外，同时确保熔池中的传质速度。
3）合金微调与控制。通过合理的合金微调过程，可确保钢材成分的稳定性，更好地实现LF炉的冶金过程。以齿轮钢生产过程为例，需要将钢材的淬透性带度控制在4HRc以内，就需要对钢材中各种合金元素的成分进行精确控制，以免出现波动现象。采取合金微调，具体方法如下：首先，确保快速分析过程，将分析的响应时间控制在3 min～5 min范围内；其次，精确计量钢水重量、合金回收率等参数，同时确保钢水的脱氧性能良好；再次，合理确定加入合金的参数，以确保钢水成分的稳定性。
1.3 VD与VOD的联合
在整个精炼过程中，VD炉是一种较为常用的真空脱气设备，通过与LF炉的联合使用，可以支持各种优质碳钢、合金钢结构以及低合金高强度钢的生产过程。在VD炉中加设顶吹供氧系统，即合成为VOD炉，可以实现真空吹氧脱碳功能，在低碳不锈钢冶炼中发挥较好功效。与真空循环脱气法相比较，该种方法精炼的强度将受到钢包净空高度的影响。一般情况下，完成一次钢液的脱气处理过程，需要将钢包的净空高度控制到6 m以上；完成一次钢液的碳脱氧处理过程，需要将钢包的净空高度控制到9 m以上；完成一次吹氧脱碳处理过程，需要将钢包的净空高度控制到约
1.0 m～1.2 m左右。由于考虑到钢包的净空高度将对钢水脱碳的反应强度产生影响作用，因此一般采用VD炉脱碳的时间较长，约
30 min～45 min，而完成整个处理周期则需要60 min～90 min。
2 炉外精炼工艺的发展
随着时间的推移与技术的完善，炉外精炼工艺已经得以广泛认可与应用，并且在提高控制精确度、保障钢的纯净度以及优化组织结构等方面发挥重要作用，极大降低冶炼成本，同时提高钢的质量。但是在发展过程中，针对可能遇到的各种问题，还应不断完善该项技术，更好地实现其应用价值。
2.1 合理降低污染
在炉外精炼过程中，随之产生大量的废气，对环境造成一定威胁。为了更好地落实节能减排目标，应该对污染物进行相应的技术处理，如金属氧化物、二氧化硫等，应尽量将污染程度控制到标准范围内，在生产过程中贯彻环保意识。
2.2 使用碱性耐火材料
通过应用碱性耐火材料，可更好地满足各种精炼要求，保障生产效率与产品质量。对于使用的耐火材料条件，应尽量符合炉渣环境，以此控制腐蚀速度与腐蚀程度。另外，根据精炼设备实际情况，有针对性地配以材料，提高保温效能与修补技能，延长设备使用寿命。
2.3 多功能化趋势
在钢的精炼设备中，将各种工艺技术组合起来，其中包括加热温控、真空冶金、渣选精炼以及搅拌工艺等，更好地生产超纯精钢，满足低碳经济需求。
2.4 智能化发展
随着信息技术时代的到来，实现炉外精炼工艺的智能化发展，必然具有一定战略意义。结合来料钢水的各种参数，通过信息技术提出最精确、最合理的精炼方案，再利用计算机对各道程序进行控制，实现网络化数据处理，缩短热停等待的周期，提高生产效率。
参考文献
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