LF炉精炼技术的发展

LF炉的发展概况-2
最早，炉外精炼是合金钢厂用于冶炼高品 质特殊钢的生产技术。炉外精炼技术发展 的历史可追溯到 1933 年 Perrin 用高碱度 合成渣炉外脱硫，近 20 多年得以大力发展 的主要原因有两方面：一是科学技术进步 要求钢材纯净度高、性能均匀和精度高； 二是为控制钢水质量，稳定连铸生产。因 此炉外精炼已经成为衔接转炉（电炉）— 连铸生产高质量铸坯的关键环节。
4 LF炉渣功能
采用高碱度、高还原性渣料可以进一步脱 除钢中硫、氧； 泡沫渣埋弧保护包衬，提高热效率； 底部吹氩搅拌促使夹杂物聚集上浮，与精 炼渣接触被吸收，可以精炼超纯净钢液； 渣层覆盖钢液，隔绝空气，防止钢液吸收 气体； 对夹杂物进行变性处理。
4.1 LF炉精炼渣常用渣系
（1）CaO－CaF2渣系
CaO－Al2O3渣系-2
由于这种渣系可形成熔点较低12 CaO· Al2O3相。 7 近年来开发了用于LF炉精炼的12 CaO· Al2O3型精 7 炼渣（既CaO/ Al2O3≈12/7）。这种精炼渣尤其 适用于铝脱氧的钢种。文献[46]研究了12 CaO· 7 Al2O3型渣系，证明这种渣具有较低的熔点和良好 的脱硫性能。其渣成分如表1－3所示。
4.2 LF炉精炼渣性能的主要评价指标
精炼渣性能的评价指标主要有以下四方面， 即 （1） 成渣性和流动性能； （2） 脱硫性能； （3） 脱氧和吸收夹杂物的能力； （4） 发泡性能；
（1）LF炉精炼渣的成渣性和流动性 能
LF炉精炼工艺过程中的不同阶段对精炼渣的流动性 和成渣性能要求也不同，如在出钢过程中加入钢包 的精炼渣能在钢液混冲时可以迅速熔化和乳化，要 求LF炉精炼渣有良好的成渣性及流动性能；而在升 温阶段要求精炼渣能埋弧，提高升温的速度，要求 渣的熔点相对较高，流动性相对较低。由于渣的组 成成分多，各种成分相互作用，导致影响渣的成渣 性和流动性的因素比较复杂，可以利用熔点、粘度 等两项指标来衡量渣的流动和成渣性能。
精炼渣的脱硫能力的研究--2
炼钢脱硫分为渣－气脱硫和渣－钢脱硫， LF 加热精炼过程以渣－钢脱硫为主。 钢水脱硫，主要决定于钢水的脱氧方法和 脱硫强度。 因此，脱硫的最佳热力学、动力学条件是： a、提高炉渣碱度，降低渣中 FeO和 Fe2O3含量；b、降低钢中氧活度 aO，提 高硫的活度系数 fs；c、提高处理温度；d、 提高熔池搅拌强度。
常用炉外精炼方式---RH
RH 炉具有钢水脱氧、脱气、脱碳、成分微调等 精炼功能，它的典型产品是汽车钢板及其它外露 场合以及电气工业用钢。它的优点有：a、反应速 度快，可与转炉配合使用；b、反应效率高；c、 可进行吹氧脱碳和二次燃烧热补偿，减少精炼过 程的温降。它的缺点是自身没有加热功能，不能 进行脱硫，不能对夹杂物进行形态控制。RH 法 的主要工艺参数有：a、RH 循环量；b、循环因 数；c、供氧强度与含碳量的关系。
LF炉的功能及冶金特点-2
搅拌功能 加热功能 渣精炼功能
3.1 LF炉的搅拌功能
搅拌是炉外精炼常用的方法之一，如一些 大吨位的电炉采用电磁搅拌以促进诸如脱 硫、脱气等精炼反应的进行，同时保证熔 池内温度及成分的均匀。LF炉在钢包底部 布置有透气砖，通过底吹氩的形式来搅拌 钢液。而过去顶吹氩的形式现在已不多见， 通常在底吹氩出现故障时补充使用。
3 LF炉的功能及冶金特点-1
LF 炉的工艺优点 ① 电弧加热热效率高，升温幅度大，控温准确度 可达±5℃； ② 具备搅拌和合金化的功能，吹氩搅拌使钢水成 分和温度更加均匀，加快传热和传质，强化渣钢 反应，加快夹杂物去除，提高和稳定产品质量； ③ 设备投资少，精炼成本低，适合生产超低硫钢、 超低氧钢[10]。因此，LF 炉随着连铸比提高而得 到迅速发展。现在 LF 炉几乎能精炼从特钢到普 钢的所有钢种。
VOD 炉是将钢包放入真空罐内，从顶部的 氧枪向钢包内吹氧脱碳，同时从钢包底部 向上吹氩搅拌。此方法适合生产奥氏体、 铁素体、马氏体不锈钢，双相不锈钢及镍 基合金等，可与转炉配合使用。它的高温、 真空、搅拌功能，为低碳不锈钢冶炼提供 了必需的热力学和动力学条件。精炼超低 碳不锈钢、中低合金钢和碳钢，钢中气体 含量[H]＜3×10-6，[O]＜6.5×10-6，不锈 钢中铬回收率达 98～99％。
（2）精炼渣的脱硫能力的研究--1
硫的分配比Ls和硫容量Cs 利用硫的分配比的大小可以表达熔渣的脱 硫能力，但确定分配比时需要知道熔渣氧 离子（或CaO）和硫离子（或CaS）的活 度系数，而这种活度系数的测定是比较麻 烦的，用这一概念很难将两个不同条件下 的试验结果和生产数据作一确切的比较， 因此，提出了不需要知道反应的平衡常数 和氧离子、硫离子的活度系数的计算方法， 即所谓熔渣的硫容量来计算硫分配比的方 法。
常用炉外精炼方式---VD
VD 炉是一种真空脱气装置，它根据渣的适 当控制可生产硫及氮含量极低的优质钢。 它的优点是所需场地小，投资少，生产费 用低，它生产的典型产品是高硫油气管线 钢及各类厚板。它的缺点是没有加热设备， 不能保证出钢温度，渣层覆盖钢液，脱气 速度比 RH 炉慢得多。
常用炉外精炼方式---VOD
目前这种渣系在LF炉精炼中不太多见。主要成分为高钙 石灰，在精炼过程中根据具体情况添加其它的成分，如 有的钢厂就是在出钢过程中加入石灰，LF炉精炼时根据 渣况再补加其他的添加剂，如根据粘度的情况再补加一 定量的萤石。为了达到充分的脱硫效果，采用这种渣系 对石灰的质量要求特别高，不仅要求石灰中CaO含量高， 灰分少，而且要求入炉前烘烤温度高。而石灰活性度很 高，极易吸水；另一方面，这种渣系在精炼过程中由于 温度的变化粘度的变化较大，需要加入萤石或者相反加 入石灰来不断调整渣的粘度，这增加了操作中的难度。 这种渣的精炼效果在很大程度上取决于石灰的质量及其 成分的稳定性，否则脱硫效果不仅不好，而且精炼时间 也不得不拉得很长。
到2003年为止我国已拥有大小近100多台钢 包精炼炉。
源自文库
2 常用炉外精炼方式---LF1
LF 精炼是在大气压力（Ar 气氛）下进行电弧加 热，是日本大同特钢公司 1971年在 ASEA—SKF 精炼技术的基础上开发的，它采用钢包底吹氩气 的方法使钢液获得搅拌动能，具有与电磁搅拌同 样好的脱硫、脱氧效果，更有利于钢中夹杂物上 浮。它用强还原性渣脱硫、脱氧，进而实现夹杂 物控制和电弧加热熔化铁合金、调整成分、温度 等主要冶金功能。钢包精炼时进行电弧加热，不 仅可以调整钢水的温度，而且可以加入多量的合 金。LF 炉，又称钢包精炼炉。
LF炉的发展概况-3
我国炉外精炼进展情况见表 1.1[2]。 年份 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 铁水预处理比/% 17 18 20 21 23.5 25.3 26.1 26.3 钢水精炼比/% 13.5 15.5 17.5 20.2 21.2 22.5 23.4 25.1 钢水吹氩喂丝比/% 46.3 55 60 65 75 82 88 92 表 1.1 中国炉外处理进展情况
LF炉的发展概况-4
1975年我国从瑞典引进两台ASEA—SKF型钢包精炼 炉， 1979年开始设计我国第一台40tLF／V型钢包精炼 炉，八十、九十年代后随着我国钢厂的连铸比大 幅提高，我国的炉外精炼技术迅速发展起来。 1996年上海浦钢公司投产了二台三相三臂式100t LF／VD钢包精炼炉，显示我国已具备了设计制造 大型钢包精炼炉的能力。 随后上海五钢公司建成了一台三相电缆吊挂式LF ／VD炉，武钢和宝钢也相继建成100tLF／VD炉。
（2）CaO－Al2O3渣系-1
这种渣系最初主要用于电炉冶炼，由于这种渣对 铝的脱氧产物具有很高的吸附能力，因此目前在 LF炉的应用也比较多。此渣系的CaO含量一般都在 45％～60％之间；Al2O3的含量较高一般在45％左 右，有的高达55％以上[9]；而SiO2含量较低，一 般小于5％。从我国的Al2O3成分的来源看，通常 是在渣中配入高铝熟料来获得较高的Al2O3含量， 以提高渣的流动性。此渣系在CaO/Al2O3=1.0～ 1.15时渣的精炼效果较好[15]。一般来说为了提高 精炼效果如降低渣的熔点及粘度也采用了加入少 量的CaF2等其它组分，如包钢的LF炉精炼渣就是 用石灰和铝矾土为主要原料并配加少量的萤石[24]。
常用炉外精炼方式---LF2
LF 精炼的稳定操作和质量，能够在一定时间提供一定温 度的钢液，因此可以实现“电炉—连续铸钢”过程的直接 连接，使得电炉厂可通过电炉—LF—连续铸钢流程大规模 生产高质量钢材。同样由于电炉—LF—连续铸钢方式使电 炉生产率大大提高，及近终形连铸的采用，高效短流程生 产普通钢的电炉炼钢法也得到了大力发展。在转炉工厂采 用 LF 精炼，能够生产特殊钢（合金钢），确定“粗精 炼—炉外精炼”构成的多品种、高质量钢的大生产体制。 LF 精炼的使用有利于节省初炼炉的冶炼时间；有利于提 高生产率、生产纯净钢、多炉连浇、降低生产成本、和协 调初炼炉与连铸工序。与现代化高效连铸连轧钢铁生产企 业配套应用得最多的是 LF 钢包精炼炉，在世界钢包精炼 装置中，钢包炉（LF）约占 66.5%，因此对 LF 炉的研究 就越来越受到高度重视。
（4）CaO－Al2O3－CaF2－MgO－ SiO2渣系
这也是目前应用最为广泛的渣系之一。为了满足 LF炉对成渣性的要求，通常在渣中配入能降低熔 点、增加流动性的成分，如配入CaF2 、MgO等， 这样就形成了五元渣系。相对其他渣系而言， Al2O3含量相对于CaO－Al2O3和CaO－SiO2－Al2O3－ MgO渣系要低很多，一般在15％～25％左右，最高 不超过35％；SiO2的含量也较低，通常不超过5％； 而CaF2的含量相对较高，一般在5％～10％之间。 这种渣的熔点及粘度低、成渣性能好，因此可以 用来作为高效预熔型精炼渣，在LF炉精炼前的出 钢时加入有很好的冶金效果[48]。
LF炉精炼技术的发展
转炉炼钢厂
李军辉
1 LF炉的发展概况-1
炉外精炼也叫“二次精炼”，即把传统的 炼钢方法分为两步，初炼和精炼。精炼是 在真空、惰性气氛或可控气氛的条件下进 行脱氧、脱硫、去除杂质和夹杂变性、调 整成分（微合金化）、控制钢水温度等。 炉外精炼的目的是：脱硫、脱碳、去除夹 杂物、用 CO 还原、脱气（包括氢、氧、 氮）、合金化、控制夹杂物形态、均匀钢 水成分和温度、加热钢液等。
（3）CaO－SiO2－Al2O3－MgO渣系
最早研究这种渣系的是前苏联学者邱依科，最初 也是应用于电炉生产[1]。由于这种渣有较强的脱 氧、脱硫和吸附夹杂的能力，因此这种渣系在各 钢厂的LF炉上得到了广泛的应用。这种渣的Al2O3 含量相对于CaO－Al2O3要低很多，其中MgO含量不 宜超过10％[43]。最近文献[48]根据这种渣系研究 和配制了所谓的高效预熔型精炼渣，并应用于LF 炉的生产实践，其渣的主要成分如表1－4所示。 实践证明这种渣的成渣速度块、渣洗效果明显， 脱硫率高。
3.2 加热功能
LF炉的加热功能有以下作用： (1) 为渣精炼奠定了基础。目前钢液的深脱硫等 任务一般移至LF炉进行，因此LF炉可以充分利 用加热功能进行渣精炼，为脱硫等精炼任务创 造了良好的热力学条件。 (2) 精确控制钢液温度。LF炉的加热功能不仅可 以防止钢液冷却，还可以精确控制钢液的温度， 其精度可以控制在±3～5℃[3]。这样为精炼后 的连铸创造了有利条件。
3. 3 渣精炼功能
脱硫：这是精炼渣在精炼过程中最主要的任务 之一，由于LF炉工艺的特殊性，要求脱硫处理时 间短，脱硫效率高。 脱氧和吸收夹杂物：脱氧和吸收非金属夹杂物。 某些特殊用途的钢种对钢中非金属夹杂物的要求 非常严格。因此，精炼渣的脱氧能力及吸收夹杂 物的能力就显得尤为重要。钢液脱氧不仅要考虑 降低钢液中的溶解氧，还要考虑去除脱氧产物。 精炼渣有脱氧作用，同时还可吸收脱氧产物，使 脱氧产物容易从钢液中排除，达到降低钢液中全 氧含量的目的。