CAS/CAS-OB 炉外精炼技术：原理、演进与应用解析

在现代钢铁冶金流程中，炉外精炼（Secondary Metallurgy）承担着至关重要的角色，它是连接转炉初炼与连续铸造的关键桥梁，直接决定了最终钢材的洁净度、成分精度与性能稳定性。在众多炉外精炼技术中，CAS/CAS-OB法以其灵活性和经济性，成为了一种被广泛应用且持续演进的经典工艺。

CAS，全称为“Composition Adjustment by Sealed Argon Bubbling”，即密封吹氩成分微调法。这项技术由日本新日铁八番厂于1975年首创，并在次年获得了美国专利，随后在此基础上衍生出了CAS-OB及IR-UT等多种改良工艺。CAS法的核心构思在于为钢水创造一个可控的、与大气隔离的局部反应环境。

其实际操作流程颇具巧思：首先，通过安装在钢包底部的透气砖向钢水中吹入氩气。氩气气泡上浮搅动钢液，同时在液面上方“吹”开一个无渣覆盖的裸露区域，行业内常称之为“渣眼”。随后，一个形似倒扣钟罩的隔离罩（Sealed Bell）迅速下降，插入钢液并严密罩住这个“渣眼”。这样一来，一个与外界空气和上层炉渣完全隔离的微型反应空间便形成了。此时向该空间内投入合金，便可以杜绝合金与空气中氧、氮的反应以及与炉渣的非预期反应，从而大幅度降低合金烧损，显著提升并稳定合金的收得率。

总结来看，CAS法的基础功能相当明确：

1. 成分与温度均匀化：底吹氩气的搅拌作用能够有效消除钢水内部的温度与成分梯度。
2. 成分精准微调：在隔离环境下添加合金，使得成分控制达到前所未有的精度。
3. 钢水净化：搅拌过程有助于夹杂物上浮，同时隔离措施避免了二次氧化，从而有效净化钢水，去除有害夹杂物。

然而，任何炉外处理工序都伴随着钢水温降的挑战，CAS法也不例外。为了破解这一难题，CAS-OB（CAS with Oxygen Blowing）应运而生。它在原CAS隔离罩的基础上，巧妙地集成了一支氧枪。通过这支氧枪向隔离区内的钢水吹氧，同时加入铝、硅铁等脱氧剂。这些金属元素与氧发生剧烈的放热反应，释放出的化学热能直接对钢水进行加热，从而有效补偿CAS处理过程中的热量损失。这一改进赋予了CAS-OB工艺宝贵的温度补偿能力，使其在流程衔接上更具柔性。

图1 CAS-OB精炼装置示意图

CAS-OB技术凭借其设备投资相对较少、处理钢水灵活、能够出色协调转炉与连铸机生产节奏的优点，在国内得到了成功应用，宝钢、武钢等龙头企业均引进了该技术。值得一提的是，鞍钢第三炼钢厂联合东北大学，在消化吸收的基础上自主开发了功能相似的ANS-OB技术，成功满足了大尺寸板坯连铸对高品质钢水的要求。

一个完整的CAS/CAS-OB系统通常由一系列精密设备构成，包括合金料仓、电磁震动给料器、电子秤量系统、皮带输送机、中间料斗、溜槽，以及核心的测温取样系统、隔离罩及升降装置、氧枪和底吹氩透气砖等。在整个系统中，耐火材料的性能与寿命是工艺稳定运行的基石。具体而言，隔离罩内衬、氧枪枪身、底吹氩透气砖以及钢包自身的工作层，均需采用高性能耐火材料，以抵御高温钢水的冲刷、侵蚀和急冷急热的热冲击。确保这些关键部位耐火材料的质量与性能，是实现高效、低成本精炼的前提。

最终钢材的成分是否达标，内部夹杂物控制水平如何，是评判整个CAS/CAS-OB工艺成败的最终标准。对精炼后的钢水及铸坯进行精确的化学成分分析和金相组织检验，是确保产品质量、优化工艺参数不可或缺的环节。

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