LF精炼炉高效加热工艺分析及应用探讨

LF精炼炉高效加热工艺分析及应用探讨
发布时间：2023-03-03T08:02:28.881Z 来源：《中国科技信息》2022年第10月19期作者：杜世伟
[导读] LF精炼是在转炉炼钢和连铸过程中的一个过渡过程，它不仅要保证快速的炼钢速度，而且保证了高质量的钢水供应
杜世伟
宝钢湛江钢铁有限公司广东湛江 524000
摘要：LF精炼是在转炉炼钢和连铸过程中的一个过渡过程，它不仅要保证快速的炼钢速度，而且保证了高质量的钢水供应。

LF精炼是否能够保证钢水成分、温度和洁净度满足生产工艺的规定，已经成为炼钢厂的一个制约因素。

所以，在认识 LF精炼过程的特性的前提下，需要加强 LF的冶炼功能，以达到生产的需要。

通过对 LF造摘渣、钢水罐底吹氩、给水系统的优化，改善了 LF的加热效率，减少了冶炼费用，达到了高效的冶炼效果。

关键词：LF精炼炉；高效加热；工艺应用
引言
短流生产技术以高效、节能、先进的技术手段，被广泛地应用。

钢水炉外精炼，其实就是把在炼钢专用炼钢炉或电弧炉中可以或部分地进行的精炼工作（如脱氧、脱碳、脱硫等）转移到“钢包”或其他公共容器中进行分离，因此在国外也叫一次精炼、二次炼钢、包钢冶炼。

由于在短流程中，钢包炉的一个重要作用就是在电炉和连铸之间充当缓冲，起到承上启下、协调节奏的作用。

第二个作用是最后确定出炉质量，化学成分和温度的控制。

因此，在技术研究、设备、真空环境、液压、计算机控制等方面都要进行革新，使整个设备处于世界先进水平。

一、LF精炼工艺的特点
（一）石墨电极埋弧加热
LF精炼炉是利用石墨电极和钢液间的高温电弧作为加热介质，使其升温速率在4-5 C/min左右。

在加热过程中，将石墨电极插入到泡沫渣层中进行埋弧处理，从而在熔渣中形成高温电弧。

泡沫渣能有效地屏蔽高温电弧，降低高温电弧对钢包的辐射，同时也能有效地保护炉衬；同时，钢液和炉渣能有效地吸收电弧热量，从而使热效率得到改善[1]。

熔渣的粘稠度对泡沫特性有一定的影响，在合适的粘度下，熔渣泡沫能够保持很长一段时间。

在精炼渣中添加适量CaF2，可以使熔融温度下降，使渣发泡性能得到改善。

在CaF2=8%时，熔渣的泡沫化作用最佳，CaF2含量太高时，熔渣的粘度下降，不利于稳定和保持；在LF精炼过程中，CaF2的用量通常不会大于6%。

在Ca0-Si02-A1203渣系中添加适量Mg0可以使精炼渣熔点下降，但Mg0的添加量太大，会显著地降低炉渣的发泡性和腐蚀，Mg0的添加量通常为7%-9%。

（二）高碱度合成精炼渣
熔渣的化学组成对 LF的净化效果有一定的影响，通常选用CaOA1203-Si02渣系，在碱性 R=(Ca0)+(Mg0)/(Si02)=4，渣量为钢水量
0.5%-0.8%时，脱硫效率可达50%-80%，含硫量低于0.005%。

从理论上看，炉渣的碱性愈大，其脱硫效率愈高；但高碱度会增加熔渣的粘度，降低熔体的流动性。

为了改善炉渣的碱度，经常采用降低Si02的方法，通过调节A1203，使炉渣的流动性得到改善。

（三）炉内还原性气氛
LF精炼炉没有采用真空装置，在大气中进行冶炼时，水冷法兰盘、水冷炉盖、密封橡胶圈等都能有效地隔绝大气中的氧化环境。

熔炉中高碱性还原渣和石墨电极在高温下与熔渣（FeO, MnO,Cr203）发生反应，从而提高了炉气的还原能力。

在高炉煤气中，石墨电极与氧发生反应，形成一氧化碳，在炉膛中的氧浓度达到0.5%。

二、存在的问题
（一）“裸弧”现象突出
在生产中，由于钢液结壳、渣渣不能融化、冶炼渣无法埋弧，使电极产生的弧光全部暴露于钢液槽和炉盖之间，而使用高功率电弧长、“裸弧”现象比较明显，从而使 LF的加热效率下降，使工作环境变得更加恶劣。

（二）电极横臂抖动
LF精炼炉加热时，由于在炉底吹氩气，会引起液位的变化，如果埋弧情况不佳，则电极控制器会根据埋弧区的厚度，自动调节焊条的摆动，也就是电极会自己跳，导致加热效果差，升温效率低。

三、工艺技术措施
（一）高效渣精炼
为了提高LF精炼炉的加热效率和减少耐火材料的消耗量，需要进行埋弧处理。

LF精炼炉的关键在于生产出低氧势、适当的碱度、良好的流动性和泡沫性能的熔渣。

因此，合理的熔渣比例是LF精炼炉冶炼能力得以充分发挥的前提，也是提高热效率的重要条件。

精炼渣埋弧加热工艺对LF精炼炉热效率和延长炉衬使用寿命有明显的改善作用。

第一，对炼钢中的杂质进行调整。

通过增加炉渣的碱性，可以增加氧化钙的活性。

但由于碱性较高，尤其是二次氧化钙的加入，会使熔体的流动性下降，对炼钢的熔渣不利，故要将炉渣的碱度控制在合适的范围内。

第二，熔渣的粘性。

从理论上看，渣系的物性对熔渣的发泡特性有很大的影响，而熔渣的粘度是影响发泡效果的主要因素。

这种新型渣系具有较高的AL2O3和较低的CaF2，因而具有较高的粘度，有利于泡沫的形成。

在实际生产中，加入CaF250-10kg是既要确保渣粒的泡沫，又要得到较好的流动性。

第三，渣层的厚度。

埋弧加热需要炉渣厚度为电弧长2倍，而埋弧加热则是炉渣可以覆盖电弧。

通过对渣层厚度的测量，发现炉渣和发泡剂具有较好的发泡能力，较高的泡沫高度为108%-132%，渣层厚度为300-460 mm。

根据炉渣的厚度、粘稠程度，可以分批次、多次添加，视加热时间长短而定，通常加2-3次，加热之前加人总量的60%-70%，当首次加渣充分溶解后2-3分钟，确保加热效果。

（二）热态渣利用
第一，热态的残渣。

从热态渣的物理化学和冶金性质来看，1873-1923 K时，其硫体积对数为-2.22--1.67，其含硫量和含硫量 Cs的差别
不大，但仍具备提纯和脱硫的能力。

曼内斯曼指数 MI值为0.21，说明熔渣在一定的碱性条件下具有较好的流动性[2]。

第二，循环使用流程。

热态渣回用时，LF精炼炉的液槽处于接收位置，无需现场指导，仅需一名天车操作员就能独立完成全部的倒渣作业。

通过回收热态钢渣，降低了 LF造渣剂的用量，充分利用了钢渣的剩余热。

（三）加热制度
第一，选择电弧的长度。

LF埋弧炉需使炉渣厚度为电弧长度的2倍，在使用5级抽头时，二次电压302 V，二次电流25.6 kA，电极的电弧长度为130 mm。

可以看出，埋弧炉工艺可以满足埋弧加热的需要。

第二，电力供应方式。

埋弧加热有一种最优的电源方式，通常是在冶炼前期使用短电弧、大功率来迅速熔化炉渣；熔化后，选用合适的长弧段，提高输入功率，使炉膛温度迅速升高；在冶炼中期和后期，应根据不同的钢种需要，合理地选择不同的电弧长度和不同的输入功率，使钢液的温度保持在±5℃以内，并能有效地控制钢液的含量和温度。

工作范围由低至高，依次递增（由低至高、逐渐增加），保证加热过程顺利、电流起伏小、电极振幅小。

由于钢水渣层厚度不稳，炉渣层时高时低，而采用常规供电方式，由于没有考虑到钢水渣层的厚度，使其升温效果较差。

所以，对钢液渣的供给方式进行了优化。

（四）钢水罐底吹氩
电极上下振荡断裂主要是由于钢液槽底部吹氩钢液的波动所致，在操作过程中，底吹氩气强度较大，导致钢液在液槽中剧烈翻滚。

为保证加热效果，LF精炼炉渣必须具有一定的厚度，并具有一定的蓄泡能力，在加热时吹氩搅拌是必要的。

所以，在加热时，要对氩气的流速进行控制，以保证钢水槽的上端温度较高的钢液可以流入钢水槽的底部，而在较低的温度下，则可以在不引起电极的大震动的情况下，达到加热的目的。

底吹氩气搅拌和电弧长度的配合不当，会使电极产生舔焊，从而增大电极损耗[3]。

第一，双气路的自控。

针对钢罐底部吹氩氩气管线一分为二，导致压力和流量衰减，钢罐底部吹氩堵塞导致加热效果差，改钢、断浇等问题，对钢罐底部吹氩管道进行优化，采用双气路独立控制双砖块，使控制管道与透气砖一一对应，并通过计算机对氩气流量进行实时控制，流量精确控制在10升/分钟内，达到99.8%的渗透率。

第二，底吹氩气的控制模式。

LF精炼炉在加热之前必须进行强力搅拌，使炉渣快速化，以确保在LF精炼炉内进行埋弧熔炼，从而减少LF精炼炉的耗电量。

在熔渣后，应逐步降低氩气量，以减小液氮的热耗，有利于夹杂物及有害气体的上浮，减少二次氧化，确保铝、钛等强脱氧剂的收得率。

结语
第一，采用LF精炼炉埋弧加热技术，对精炼炉料组成和加入方式进行优化， LF埋弧炉的发泡时间达到5.64分钟，提高了炉膛换热，达到了高效加热的目的。

第二，在工艺上进行了优化， LF钢液的加热速率从2.8-4.3℃/分钟上升至3.5-5.2℃/分钟；LF能耗平均减少12%，创造效益461万元；热效率得到了有效的改善， LF的处理能力得到了提高。

参考文献：
[1] 雷辉. LF精炼炉高效加热工艺分析与应用[J]. 山东冶金,2022,44(3):11-13.
[2] 王菲,杨军,徐畔来. LF精炼炉渣性能探讨[J]. 甘肃冶金,2010,32(4):12-13,33.
[3] 转炉配置LF精炼炉工艺技术[Z]. 安徽工业大学. 2001.。