CLU炉精炼方法

1972年法国Creusot-Loire公司和瑞典ud-deholm公司共同在6t试验炉上研究开发的一种类似氩氧精炼法的炉外精炼技术。以上述公司名的第一个字母命名。该技术的基本原理与AOD法相同，只是用水蒸气代替昂贵的氩气以稀释脱碳反应所产生的CO。（见图1）O2和水蒸气的混合气体从炉底风口吹入进行精炼。风口由二层管构成：内管通氧气和水汽（也可通Na、Ar和空气）；外管为起冷却作用的水汽、燃料油、NH3等。水汽、燃料油、NH3等分解产生的H2、N2等气体可作为稀释气体降低pco，从而可以促进脱碳反应的进行。同时各分解反应均为吸热反应，可以抑制钢水温度的上升，因此对提高耐火材料寿命有利，这样冶炼过程不需要冷却废钢，车间没有浓烈的红烟，环境条件较好。操作过程钢水温度和成分的变化见图2。Cr、Mn的回收率各为97%～100%和85%～90%。还原后钢水中氢含量达饱和程度，所以要用Ar或Ar+N2混合气体进行清洗。如图3所示，当清洗气体量约为4m3/t时，可将钢中[H]降到（4～5）×10-6的程度。

与AOD炉相比，CLU法炉衬寿命较高，可以节省Ar气，冶炼温度低于1700℃，易于脱硫，而且水汽容易获得，降低了成本且可以使用高碳、高硅原料（碳6%、硅2%）。但CLU法铬的回收率较低，还原剂用量较大，另外虽然采用了清洗措施，钢中[H]含量仍然较高。

炉衬结构CLU炉是一种直筒型的底吹转炉。在炉底的半圆上，有三个（或五个）由双层套管构成的风口，风口垂直向上。下图表示出了Uddeholm公司Deger—fors厂70吨炉的炉体结构示意图。法国15吨炉的结构相似，但炉底有五个风口，且其间距较小（为200毫米）。

Degeffors厂的70吨炉的操作，是将经电炉初炼的高碳（平均含碳为1．8%）、高硅的（平均含硅0．5%）钢液，与全部电炉渣一起倒入CLU炉内精炼，使已氧化进入渣中的合金元素得到还原，以达到最大的合金收得率，并通过控制氧、水蒸汽和氮气的比例，按预定的要求，将钢水的温度控制在1660～1680℃的范围内。最初它采用化学结合的铬镁砖作炉衬，其成分为5～20%Cr2O3、58～63%MgO。

炉容比对于转炉来说，是一个重要的参数。根据Uddeholm公司Degerfors厂70吨CLU炉的炉衬情况来大致估算，炉子总容积与钢水容积之比大致在3.5~4.0左右，与一般底吹转炉相近。从炉衬结构图可以看出，钢液熔池部分炉衬较厚，保证了它具有一定的深度，从而使气体的利用率提高。

CLU在炉子结构上有一与其它转炉显著不同之处，即可以不设出钢孔。这是因为经过还原以后，CLU终渣中金属氧化物的总量已小于I%，因而钢、渣可以同时从炉口倒入钢包。但如果CIU炉同时又要冶炼普碳钢（如法国的15吨炉）广则应设一个出钢孔，以便在一般碳钢吹炼结束时可以挡渣出钢，保证包中所加合金的回收率，防止因渣中P2O5被还原而“回磷”。2

CLU炉炉龄问题Uddeholm公司Deger—fors厂70吨炉投产后第一炉役期，炉龄仅19炉次。以后的四个炉役期，炉龄仍很低，仅在第二个炉役期达到过27炉次。

为此，瑞典有关专家专门研究了炉衬快速损坏的原因。他们认为在此工艺过程中，温度始终在1680℃以下，这样的温度不可能造成铬镁质耐火材料的熔蚀或软化，因而耐火材料寿命低显然是由于化学侵蚀和机械冲刷两者联合作用的结果。由于CLU讨程较低，并且还原时还加入大量石灰和硅铁，因而耐火材料中的氧化铬和氧化镁会发生下述还原反应：

炉衬不但受到上述化学侵蚀，而且还同时受到强烈的机械冲刷作用。特别是风口附近区域，由于气体稀释比最大，因而化学侵蚀十分严重（高碳时）；同时当气体通过风口时，由于气体突然产生膨胀和震动，风口周围的炉衬会受到很强的冲击力：两者的共同作用，导致风口周围炉衬严重蚀损。

在渣线部位（钢、渣界面附近），由于气体沸腾产生强烈的搅拌作用，因而炉衬受到剧烈的机械冲刷。同时，该部位炉衬中的Cr2O3，还易于与添加后浮在钢渣界面的硅还原剂发生反应。图6一1一2示出了CLU炉炉衬蚀损情况．可以看出，蚀损最严重的两个部位是风口附近及渣线上、下。

综上所述，当化学侵蚀和机械损伤同时存在时，对铬镁质炉衬材料来说，炉衬寿命不是一个容易解决的问题；尤其是对初始钢水中碳和硅含量没有限制时，情况更是特别严重。为此瑞典考虑改用白云石质耐火材料。白云石耐火材料中的CaOD·MgO的化学稳一定性远较铬镁砖中的FeO·Cr2O3为高，因而抗钢中碳和硅化学侵蚀的能力较强。但是，由于白云石砖的其它理化指标不够理想，因而先进行了初步试验。在第20和21两个炉役中，采用350毫米厚的白云石砖砌筑炉壁，其寿命提高到49炉次。在更换炉衬时发现，炉壁和炉底用白云石砖砌蚀损都比用铬镁砖时小得多，可以说还没有达到必须更换的地步；只有在风口附近的一个小范围内，由于气流冲击力和热应力较大，因而白云石砖蚀损严重。根据这一情况从第29个炉役开始在炉壁和炉底的绝大部分部位都采用白云石砖，仅在风口周围采用铬镁砖。自此以后，炉衬寿命显著上升，稳定地保持在85炉次以上，其间也不需要更换炉底和风口。

CLU法从1973年投产扁经过三年的生产实践，炉龄从20炉次左右逐步提高到85炉次以上。炉龄的提高，大大降低了耐火材料的消耗，使耐火材料费用降低了80%，而且对提高生产效率和改善作业安排都起到了重要的作用。