二、炉外精炼精加工和深加工
近30年来，科技进步促进炉外精炼的发展，同时，炉外精炼的产生和发展与国民经济的需要分不开，现在，对精炼钢提出了更高更严的要求：
精确控制钢的化学成份
钢的成份决定性能，钢的化学成份误差越小，钢的机械性能波动就越小。化学成份控制不仅要达到技术标准合格，更要达到内控标准合格，化学成份误差越来越小，也是提高钢的纯净度的要求之一。通常化学成份误差为：C±0.01%,Ni、Mo±0.02%，Si、Mn、Cr±0.03%，Al±0.003，S、P≤0.005%
2、脱C达到极低的程度，C≤0.03%，以提高钢的深冲性能，电磁性能和耐腐蚀性能。
3、脱S、脱P达到极低的水平，S、P≤0.003-0.005%，以提高钢的冲击韧性，减少钢的热脆性和冷脆性。
4、去除钢中的有害气体（H、O2、N），减少钢中白点，发纹、裂纹及层状断口等。
5、去除钢中非金属夹杂物，提高钢的纯净度，改善钢的性能。
6、控制夹杂物的形状，减轻夹杂物的危害性。如钢中Al2O3,MnS夹杂物，通过Ca处理，变为球状夹杂物mcaOnAl2O3、CaS等，减少性能方向差别及连铸水口堵塞絮死。
7、钢水温度，化学成份均匀一致，保证钢材内部、表面质量均匀化。
8、防止或减少钢水二次氧化、二次吸气和二次污染，以免炉外精炼效果前功尽弃。
精确控制成份，去除有害元素H、O2、N、S、P等，去除夹杂物及夹杂物变性处理等，这一切都是为了提高钢的纯净度。钢的纯净度要求推动了炉外精炼的发展。要达到纯净钢的标准，必须采用炉外精炼技术。真空处理可以降低钢中的有害气体，发展了真空炉外精炼，特钢厂常用的有真空吹Ar处理如VD炉、真空加热处理如VHD炉、真空吹O2处理如VOD炉等。采用惰性气体、降低有害气体分压，也可以达到同样目的，由此而发展了非真空炉外精炼，如大气下钢包吹Ar处理，大气下钢包加热处理如LF炉，大气下钢包同时吹O2吹Ar处理如AOD炉，以及在大气下喂线处理，如喂Al、Ti、B、C线及CaSi等。
上述炉外精炼的共同特点是准确控制温度，精确控制成份，造渣脱O2脱S去夹杂物，去除有害气体等提高钢的纯净度。各特钢厂根据品种、质量要求，选择相应的炉外精炼方法。如北兴公司主要品种是轴承钢、齿轮钢、弹簧钢、工具钢、结构钢等，选择LF炉、VD炉、钢包软吹等炉外精炼三道工序，进行精加工、深加工、分述如下：
（一） LF炉精炼工艺技术
LF炉是七十年代初在日本发展起来的炉外精炼技术，由于设备简单、投资费用低，技术操作灵活，精炼效果好，得到广泛应用和发展，LF炉与普通电弧炉一样，都是非真空电弧炉，但LF炉的功能、工艺技术和设备组成与普通电弧炉确有很大不同：
a、LF炉炉体是钢包、熔池面积小，深度大。
b、LF炉不能化铁、不能氧化去C，不能脱P。
c、LF炉必须用Ar气搅拌，不能人工搅拌。
d、LF炉自动化程度高，劳动条件好。
e、LF炉精炼终了，钢包直接浇注，钢水温度，化学成份，钢水纯净度等变化很小，基本稳定。而电炉必须出钢到包中，然后由钢包再浇注，钢水质量不稳定，出钢前后变化很大。
LF炉具有埋弧加热、Ar气搅拌、白渣精炼、还原气氛保护，以及化学成份控制五大特殊功能，操作简便灵活，容易做到技术操作精细、稳定，产品质量比电炉钢高，现将LF炉五大精炼功能分述如下：
1、埋弧加热
所谓埋弧加热，就是三根电极插入渣层中加热，埋弧加热的作用：一是辐射热小，二是保护包衬渣线，三是热效率高，四是加热速度快，五是电极中的C与渣中氧化物发生化学反应：
C+FeO→Fe+CO
C+MnO→Mn+CO
减少渣中氧化物，提高渣子还原性，节省脱氧剂。生成CO气体充满炉内自由空间，保护精炼渣，防止氧化，有利脱氧脱S。
（1）埋弧加热的条件
A、供电制度
LF炉没有熔化、塌铁过程，钢水比较稳定，没有电流冲击，可以采用低电压、大电流、短电弧供电制度（１＃LF炉变压器），为埋弧加热创造有利条件。LF炉变压器容量为７０００－8000KVA,电压低、电流大，可以过载20%，有利埋弧加热。有人认为，LF炉电压低，用哪一档都可以，高电压、低电压都行，这个观点是不对的。
B、造埋弧渣
造埋弧渣有两个条件，一是渣量，钢水面上没有渣，或渣量很少，渣层很薄，不可能埋弧或埋弧不好。渣量较大，渣层较厚，才能埋弧。渣量应≥2%。二是精炼渣活泼性好，渣发泡、渣层变厚，有利更好埋弧。用C粉脱氧，勤加少加C粉，保持渣还原性，并生产Co气泡，保持渣活泼性，三是温度，包中合金化后温度够高，渣流动性好，才能埋弧。温度低，渣面结壳，不可能埋弧。LF炉到位送电、噪音大、时间长，就是埋弧不好的表现，其原因一是渣量小，渣过稀，或渣面结壳所致。二是埋弧程度不同，有的电极插入渣层较深，埋弧较好，有的电极在渣面之上，埋弧不好，弧光外露。
（2）供电的原则
LF炉埋弧加热供电原则是：
A、全程供电。不准随意中途停电，在精炼过程中经常停电降温，渣变稠变粘、流动性变差，降低渣脱氧能力。
B、供电功率先大后小。LF到位包中钢水温度较低，钢水粘度大，不易脱氧，应用较大功率快速升温。随温度不断升高，功率逐渐变小（降低电压）。不能使用先小后大的功率，渣子不好保持。C、勤测温、勤调整供电曲线，防止后期大功率供电，防止后期温度过高，停电降温，浪费能源，损坏炉壁。
（3）准确控制出钢温度，LF炉出钢温度按公式（4）控制
TL出=TL+ΔT+ΔTi+ΔTbi…（4）
TL出—LF炉出钢温度
TL—钢种液相线温度
ΔT—浇铸钢种大包过热度
Ti—精炼过程降温为10０-130℃。包括倒渣过程，VD处理过程、软吹过程
钢水液面的压力为一个大气压，压力最小。
钢包底部钢水压力P=P大气压+Hr，压力最大
如果没有Ar气搅拌，埋弧加热时只能加热液面一层钢水。
钢水下部分钢水不可能加热，温度极不均匀。而且大包钢水上部和下部温度、中部和包壁钢水温度也不同，必须Ar气搅拌使钢包加热温度均匀。
（1）Ar气搅拌的作用
A、使钢水温度均匀化
B、钢水化学成份均匀化
C、通过Ar气搅拌，促进钢中酸溶Al与溶解氧反应，产生Al2O3，脱掉钢中溶解氧。
D、通过Ar气搅拌，使钢中夹杂物互相碰撞，聚集长大上浮，去除夹杂物，特别有利于Al2O3夹杂物的排除。
E、Ar气泡在钢水中上升过程受热膨胀，相当于一个小真空室，去除部份钢水中有害气体。
F、Ar气搅拌加快钢包中铁合金和脱氧剂熔化。
G、Ar气搅拌，加快渣钢介面更新，加速冶金反应，有利于脱氧、脱S。
H、Ar搅拌在炉中产生保护气体，Ar气是惰性气体，比重大，防止氧化。
（2）Ar气搅拌强度的控制
Ar气搅拌是LF炉的特殊功能，有重要作用。Ar气搅拌强度低，起不到搅拌作用，Ar气搅拌强度太大，效果也不好，所以，必须控制好Ar气搅拌强度，充分发挥Ar气搅拌功能。
A、控制Ar气压力。Ar气压力大小与钢水静压力相适应。Ar压力大小以克服钢水静压力，使钢水液面波动，以不露钢水面为宜。Ar气压力过大，冲破渣层，使钢水裸露，甚至喷溅，造成钢水降温，吸气，二次氧化，危害质量。
B、控制Ar气流量。Ar气流量大小的控制与钢水量相适应。钢水量大、流量应大，钢水量少、流量减小。Ar气流量过小，起不到Ar气搅拌作用，搅拌不均匀。Ar气流量过大，钢水降温也大，冲刷包壁，卷入钢渣，反而不利。所以流量应当控制。在Ar气管路上应安装流量计和开关阀门。北兴公司LF炉Ar气流量控制是用开关阀门和一个压力表代替流量计。开关阀门开大、压力也大、流量也大。Ar气压力和流量都难控制，应当改进。
C、透气塞数量及安装位置也影响搅拌强度，透气塞子安在大包包底中心，搅拌不均，效果不好，但VOD炉透气塞又必须按在中心，与氧枪相对应。透气塞按在靠近包壁，搅拌均匀，效果最好，但冲刷包壁严重，降低大包使用寿命，现在一般都安装在包底半径1/2处。
透气塞数量与钢包容量有关，一般≤60t大包只按一个透气塞，70-100t大包一般按两个透气塞，才能保证搅拌强度。北兴公司LF炉90t大包，按两个透气塞。现在有时一个透气塞堵塞不透气，另一个透气，还可照常精炼，如果两个透气塞都不透气，要进行倒包处理，另换大包。应当认识到，大包两个透气塞有一个堵塞，Ar气搅拌强度下降50%，脱氧脱S效果受到很大影响，脱S率大幅度下降，应尽量保证两个透气塞都好用。按高标准、严要求，有一个透气塞堵塞，也应当倒包处理。一炼钢一个透气砖，必须透气。
Ar气搅拌强度控制，应有专责专管，根据工艺要求标准控制Ar气管路阀门。仪表失灵，不能控制Ar气搅拌强度（压力和流量）的应及时更换修复。
3、白渣精炼
总结百年电炉炼钢的实践经验，炼钢工作者有一句名言“炼钢就是炼渣”，(可参考三元渣系相图，可只用什么脱氧剂产生什么夹杂物)可见炼渣的重要性。随着科技进步，对钢的纯净度要求日益提高，炉渣在精炼钢水方面的作用，不仅没有削弱，而且更加突出，更加重要。没有炉渣精炼，要生产出低S、低P的钢是不可能的；没有泡沫渣，超高功率电弧炉的作用难以充分发挥；没有埋孤渣LF炉精炼能力也会受到很大限制；没有白渣精炼，LF炉脱氧、脱S的效果不佳。
认为现代化炉外精炼造渣技术简单、容易、渣量大小、渣子黑黄、渣子稀稠等无关紧要，随便造渣，谁都可以造渣，这种不重视造渣的观点是非常错误的。造渣是一种技艺，是最重要的基本功，要靠长期经验积累，造好渣并不容易。（到位后必须先加脱氧剂、增碳，达到先脱、脱硫，后调整成分的观念，这样才能炼出好钢）
（1）精炼渣的作用
LF炉精炼渣是由CaO、SiO2、Al2O3、MgO、MnO等氧化物所组成的碱性渣，其作用是：
A、稳定电弧燃烧。
b、保持钢水温度，减少降温。
c、保护钢水防止或减少二次氧化和吸气。
D、吸收和容纳钢水中非金属夹杂物。
E、通过造渣控制炼钢过程物理化学反应的方向，速度和完全的程度，做好脱氧、脱硫。
（2）LF炉白渣精炼
LF炉白渣精炼，才能更有效的发挥炉渣上述五方面的作用。很多实验证明，碱性白渣具有很强的脱氧能力，具有很好的还原性。这是碱性白渣的主要作用。所谓碱性白渣是指碱度达到3-4之间，渣中CaO≥60%、FeO≤0.5%，渣壳厚度3-4mm，渣发泡活泼，渣冷却后变成白色粉沫状，这就是白渣。白渣所以变成粉沫状，是因为渣中正硅酸盐（2CaO•SiO2），冷却至850℃时，发生同素异形转变，由α晶格转变为γ晶格，体积增大，自动粉化。
碱性白渣的主要功能是扩散脱氧。扩散脱氧的基本原理是在一定温度下，钢水和钢渣氧的浓度比是一个常数，用脱氧剂将渣中氧脱掉，渣中氧浓度下降，为保持平衡常数不变，钢中氧不断向渣中扩散，从而达到脱氧目的。脱氧同时也脱硫。
LF炉碱性白渣本身具有很强的脱氧能力，由于埋孤加热，电极中的C还原渣中氧化物，产生的CO气体具有还元性氧氛，Ar气搅拌，不断更析渣钢介面，加速脱氧脱S反应，白渣不污染钢水，因而白渣精炼效果更佳。
（3）碱性白渣的性能
为了充分发挥碱性白渣扩散脱氧的还原性，对碱性白渣提出以下性能要求：（可适当讲一下还原性及氧化性，最外层电子数）
a渣量
要有足够的渣量才能发挥白渣的作用。渣量太少，限制了Ar气搅拌的效果；渣子忽白忽黄不稳定，还原性不易保持；对脱氧、脱硫不利，吸咐夹杂物效果不好。渣量太大，造成白灰和能源的浪费，一般要求渣量要达到钢水重量2％以上，我们的渣量太少，仅1.5％。
b碱度
白渣是碱性渣，高碱性白渣具有很强的脱氧能力，碱度是白渣的重要特性，通常白渣碱度应≥2.5，白渣冷却后才能粉化，白渣不粉化，表明碱度还不高。白渣碱度主要渣料合理配比来保证。
c流动性
流动性良好的白渣，才能更有效的发挥扩散脱氧作用。渣子过稠，渣钢介面化学反应速度慢，扩散脱氧脱硫不好。渣子过稀，液面像水一样，孤光反射强烈，热利用率低，加热速度慢，钢包渣线浸蚀严重，钢水易进C。流动性良好的白渣，渣壳厚度为3－4mm。
d活泼性
用C粉保持白渣，埋孤加热都会产生CO气泡，保持白渣的活泼性，白渣发泡，渣层变厚，透气性好，有利埋孤加热，升温快，钢水不易增C，扩散脱氧能力强，对脱氧脱S有利。
我们所以要求LF炉白渣精炼，是因为白渣碱度高，还元性强，流动性、活泼性好，吸收钢水夹杂物能力强，白渣易于钢水分离，不污染钢水。要造好白渣，发挥炉渣作用。
（4）造白渣的基本方法
在LF炉精炼过程中，炉中物理化学反应不停的进行，通过造渣观察炉渣的颜色，可以了解炉中物理化学反应的方向，速度和完全的程度，为造好白渣提供依据。
a炉渣颜色的互相转化
炉渣有以下几种颜色互相转化，参见原创图（1）
黑色氧化渣逐渐被还原
原创 图（1）中的箭头为炉中物理化学反应的方向。在正常情况下，包中合金化后，炉渣颜色为白渣，脱氧较好。当电炉出钢出部分氧化渣时，炉渣可能由白色转变为淡黄色或黄白色，黄渣中有一定的Feo MnO等，电炉出氧化渣较多时，渣中Feo MnO含量较高，炉渣可能由黄色转变为黑色。黑色氧化渣发亮，渣内有孔洞。黄渣和黑渣都呈氧化性，没有脱氧能力，是不希望出现的。
向氧化性渣中加入脱氧剂后，渣中氧化物被还原，黑色氧化渣逐渐转变为黄白渣，继续还原，由黄白渣转变为白渣。为保持白渣，如加C粉较多，在电弧高温下，渣中发生 Cao+3C→CaC2+Co↑化学反应，这是吸热反应，产生灰白渣，即由白渣转变为弱电石渣（CaC2≤1.5%）。如果加C粉过多，则由灰白渣转变为强电石渣（CaC2≥2.5%），电石渣也是黑色，无光泽，黑渣表面有白色条纹，渣放入水中，发生Cao+H2O→CaC2+C2H2↑（乙炔气），乙炔气有臭味。弱电石渣（灰白渣）和强电石渣（黑色），因渣中有CaC2是强脱氧剂，有很强的脱氧能力。但电石渣粘度大、渣发死、不活泼、扩散脱氧能力差。电石渣与钢水湿润性好，渣易沾附钢水，污染钢水，增加钢中夹杂。渣中含CaC2钢水容易增C。因此，弱电石渣和强电渣虽有很强的还原性，因有上述缺点，LF炉也不用。所以，用白渣精炼是最佳选择。
当白渣保持一定时间，渣钢之间氧浓度平衡，由于钢水氧含量较高，由于脱氧剂作用已尽，或由于空气进入熔池，渣由白变黄，失去脱氧作用，为了维持炉内还元性气氛，为了继续保持白渣的还元性，要及时向炉中加入脱氧剂，如C粉、Fei 粉、Al粉等，保持白渣。
b造渣方法
为了造好精炼白渣，必须坚持两条基本方法：
一是勤探渣、勤看渣、勤调渣。在精炼期内，要有专用探渣棍，每隔3～5分钟向炉内各部位探渣，观察渣颜色和渣壳厚薄。如果渣稠或稀，应及时加入少量白灰或CaF2，Al钒土（或白灰）调整渣子流动性。如果渣黄或绿，应及时加入脱氧剂。
是勤加、少加、均匀加脱氧剂。根据渣颜色的变化加脱氧剂，脱氧剂要加在熔池的整个渣面上，才能脱氧均匀，发挥白渣脱氧作用。如只加在某一点上，其它渣面没加到脱氧剂，则大部分渣面没有脱氧作用，而加入脱氧剂在某一点上过多，还容易增C、增Si、增Al。
F炉一般操作基本上违背这两条造白渣原则。基本上不探渣、不看渣、不及时调渣。加入脱氧剂是集中加大量一次加，加在熔池一个点上。有人还认为，不用探渣，看炉内冒出烟气颜色就知道了。炉内烟气是渐变的，当渣变黄时冒黄烟，当看到冒黄烟时，炉内黄渣已经很严重了，再加脱氧剂晚了。所以，LF炉精炼终了，开出LF位，取渣样观察，有黑色的、绿色的、黄色的，很少有白色的，这是不足为奇的。必须坚持白渣出钢的原则。
(来源：炼钢)
