LF炉外精炼技术和装备发展概述

LF炉外精炼技术和装备发展概述

作者：刘景春

摘要：我国钢包二次精炼技术之一LF精炼,初期市场需求少，不受重视，精炼产品主要集中在特钢行业；随市场对高端精炼产品的需求量快速提高,现LF精炼装置在钢厂被大量使用，LF装备、技术也在中国被逐步完善，LF精炼产品在品种质量、技术装备和节能减排等方面进步明显。

LF精炼未来发展方向：缩短LF精炼的周期，工艺、装备上技术更先进，更节能环保及降本。

关键词：LF精炼炉单工位LF双工位LF

1概述

回顾总结我国炉外精炼技术和装备的发展，在改革开放初期，此时，整个市场对需精炼要求的钢种不多，需求量很少。国内钢厂大多不设精炼装置，转炉或电炉出钢后，钢水直接进行连铸或模铸。

现随着时代的发展，对钢的质量（钢的纯净度）的要求越来越高，用常规炼钢方法冶炼出来的钢液已难以满足其质量要求，另外随着连铸技术的发展，对钢液的成分、温度等提出了更严格的要求。因此为提高生产率，提高产品质量，缩短冶炼时间，使冶炼、浇铸工序实现最佳衔接，于是产生了各种炉外精炼（钢包二次精炼）方法。

众知，在钢包内进行钢水二次精炼处理过程中,在进行吹氩搅拌、脱硫、合金化等作业时，不可避免均为引起钢水温度降低。以往通常仅通过提高一次冶炼（转炉、电炉）出钢钢水温度（过热度）来补偿。但提高一次冶炼出钢钢水过热度，引起如下的问题：增加一次冶炼时间，其结果引起相应的生产率下降；钢水吸收更多有害气体、减少耐材使用寿命等。

LF炉精炼法的一个突出特点是具有方便加热手段，可以在钢包内对钢液进行电加热，所有在精炼过程中所需的吸热与散热均可通过电加热得到补偿。

LF(Ladel Furnace)炉是上世纪70年代初期出现的新型二次精炼设备，世界上第一套以电加热、用吹氩为搅拌的LF装置，是1971年在日本大同钢铁公司大森特殊钢厂开发成功。40多年来这项技术得到高度发展和广泛应用。

2我国LF钢包精炼炉的发展

我国上世纪九十年代起，当电炉钢厂在引进大型电弧炉的同时也引进了与电炉相匹配的LF精炼炉装置，其目的在于增产扩产。当时的电炉采用的传统工艺，冶炼时间过长，影响电炉生产能力和电炉厂的全连铸生产。匹配LF以后，电炉的脱氧、脱硫、调温、合金化及去除夹杂物的五大任务，将由LF精炼炉完成，其结果缩短了一次冶炼时间，加快生产节奏，从而解放了电炉的生产力，为电炉厂采用全连铸生产创造了良好的工序协调条件。

由于LF精炼炉装置的精炼特点，在上世纪九十年代也引起了转炉炼钢厂的重视，大容量的、与大型转炉相匹配的LF装置在国内外转炉厂中应声而起，至今我国有300多台LF精炼炉,最大的LF精炼设备为300t。

3LF工艺特点

LF精炼是在常压、炉内还原性气氛下进行钢包二次精炼的精炼装置，其工艺特点为：1）钢包上口良好还原气氛

整个精炼过程钢包上口由炉盖罩住，使其处理过程密封隔离空气；全程吹氩逸出的氩气及渣料中碳及加热时的石墨电极与渣中氧化物作业生成CO气体，均为非氧化性气体；经过精炼过程控制炉内压力的控制，维持炉内微正压，由此避免了氧化性气体吸入，故在处理过程中使炉内(钢包上口)整个气氛保持为还原性。

2）深脱硫,冶炼超低硫钢

由于脱硫反应为渣钢二相界面反应，介质扩散是脱硫反应速度控制环节。LF精炼通过电加热，能熔化大量新加入的还原性合成渣；钢包底部设置双透气砖，创造良好吹氩搅拌条件，。因此LF在还原气氛下，提供了良好的脱硫热力学与动力学条件，因此LF在钢水脱硫方面较其他精炼方法具有明显的优势，因而被广泛地用于要求低硫、超低硫的钢种3）采用电加热的物理升温方法

相对于采用铝、氧化学反应的化学热的升温，LF电加热的物理升温方法其使钢水升温调整幅度范围较大；可增加渣、合金投入量，且加热升温不产生氧化物夹杂，不污染钢水。

众知，钢液真空处理可有效地脱除钢中的氢、氧等气体，但是，单纯的真空处理还不能解决优质钢生产中的去硫，更突出的问题是精炼过程中钢液温度不可避免地要降低，LF 精炼法的一个突出特点是具有加热升温手段，可在钢包内对钢液加热，由此，使精炼过程不依赖于初炼炉的出钢温度并配合RH冶炼出钢中五大有害杂质低于80ppm的超纯净钢。4LF功能

LF有上述工艺特点，故LF有如下功能：

LF与电炉匹配，加快了电炉的生产周期并提高了电炉钢的质量

LF与转炉匹配，可对初炼转炉钢进行还原精炼，因此能提高转炉钢质量并可生产高附加值的新钢种

LF能对钢包内的钢液进行加热保温，使钢包能较长时间的存放钢液，方便调度灵活组织生产，能在炼钢生产中起到很好的缓冲作用，保证现代化钢厂全连铸生产顺利进行。

5LF钢包炉机械装备

传统的一套LF钢包炉主要机械装备由：精炼炉炉盖、电极立柱、导电横臂、测温取样装置、钢包台车等，现主要设备简述如下：

1）LF炉炉盖主要功能是防止炉内热量的散失（主要是辐射热）防止炉外冷空气的吸入，确保炉内非氧化性气氛的存在。现炉盖设有排烟环，防止冷空气从炉盖与钢包接缝处进入LF炉内

与其相关设备：炉压调节阀、炉盖冷却水分配器、炉盖提升装置等

2）电极立柱

电极立柱为钢板焊接框架结构，外焊有导轨，框架结构内装有电极升降液压缸，在立柱的外框上装有多个导向轮，导向轮的作用是使立柱框架沿导轨运动，防止电极臂升降时的振动，确保平稳移动。

电极立柱目前分单立柱和三立柱两种形式。单立柱的结构是将三根电极横臂安装在单根立柱上，三根电极横臂同时随单立柱的升降而升降。三立柱结构将三根电极横臂分别安装在三根立柱上，三根电极横臂可分别单独进行升降。

3）导电横臂

导电横臂用于夹持石墨电极并向钢包中输入电能。电极横臂可分为传统型电极横臂、铜钢复合型电极横臂及铝合金导电电极横臂。

电极横臂通常采用铜钢复合型电极横臂，铜钢复合导电横臂的特点是：刚性好、导电面积大、阻抗小。

三相导电横臂是由坚固的水冷式表层覆铜的钢件组成，铜和钢通过爆炸成形连接，电极横臂建立了电极和电极导柱之间的机械连接同时也建立了电缆和接触块之间的电气连接。冷却方式包括了电极夹头和接触块的冷却。电极夹紧装置安装在电极臂内部并通过电极夹头将电极压到接触块，由一组蝶形弹簧产生夹紧力，使用液压缸松开。

各相导电横臂的夹持器可以互换。为满足钢包炉对大电流线路三相平衡度的要求，电极臂为三角形布置。

4）二次短网系统

二次短网用于将电能从炉子变压器的二次侧传输到电极，在电极尖端和钢液面之间产生的电弧将电能转化成热能，二次短网整个过程在大电流及低电压下操作。三角形连接装置设计成三角形布置的水冷铜排，它通过绝缘的支撑结构固定到变压器房的墙上，该支撑结构需要使用防磁材料。并用垫木绝缘。