淺析爐外精煉技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展

李福明

摘要：爐外精煉法能否成功地達(dá)到提高鋼質(zhì)量，增加產(chǎn)量的目的，首先要看所選用的爐外精煉設(shè)備是否能滿足鋼種要求，其次是考慮其技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果是否合理，最后再根據(jù)各廠具體情況因地制宜地作出判斷。為此，在確定上爐外精煉之后，先對(duì)爐外精煉設(shè)備進(jìn)行選擇，爐外精煉技術(shù)已成為當(dāng)今世界鋼鐵冶金發(fā)展的方向，在此對(duì)于爐外精煉技術(shù)存在的問題及發(fā)展方向有必要進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：爐外精煉 應(yīng)用 發(fā)展

0 引言

鋼的爐外精煉技術(shù)由本世紀(jì)50年代初問世至今，已創(chuàng)造有20多種方法。鋼的爐外精煉又叫鋼的二次冶煉，其目的是提高鋼液純度及改善鋼錠結(jié)晶。因此，得到世界各國(guó)有關(guān)廠家的重視。我國(guó)鋼的爐外精煉技術(shù)已有很大地發(fā)展，現(xiàn)在已能開發(fā)研制各種型式的爐外精煉成套設(shè)備，但與國(guó)外相比，技術(shù)水平仍有一定差距。

鋼水爐外精煉是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外煉鋼工業(yè)的前沿新技術(shù)。隨著純凈鋼生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步和連鑄技術(shù)的發(fā)展，以及降低生產(chǎn)成本的要求，爐外精煉工藝與設(shè)備迅速普及。日本、歐美等先進(jìn)的鋼鐵生產(chǎn)國(guó)家，爐外精煉比超過90％，其中真空精煉比超過50％，有些鋼廠已經(jīng)達(dá)到100％。目前，在鋼的生產(chǎn)中，為了提高鋼的質(zhì)量和產(chǎn)量，普遍采用各種新工藝和設(shè)備。爐外精煉就是這種措施之一。

1 爐外精煉技術(shù)簡(jiǎn)介

20世紀(jì)煉鋼技術(shù)中的革新，主要是純氧頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法和連續(xù)鑄鋼法。由于這些實(shí)用技術(shù)的采用，煉鋼生產(chǎn)率飛速提高。爐外精煉技術(shù)是設(shè)置在轉(zhuǎn)爐和連續(xù)鑄鋼間的連接工序，這一技術(shù)的實(shí)用化，大大提高并完善亨利貝塞麥發(fā)明的液態(tài)煉鋼法。要提高鑄鋼生產(chǎn)的質(zhì)量和產(chǎn)量，同樣離不開冶金冶煉技術(shù)的發(fā)展。爐外精煉技術(shù)就是鑄件生產(chǎn)中的適用技術(shù)之一。

1.1 爐外精煉技術(shù)的功能。①脫氫、②脫氧、③脫碳、④脫硫、⑤非金屬夾雜物的形態(tài)控制、⑥成分調(diào)整(添加合金)、⑦鋼液成分及溫度的微調(diào)及均勻化、⑧脫氮、⑨脫磷。針對(duì)上述功能，衍生出LF法、VD法、VOD法、RH法、SKF法等爐外精煉設(shè)備。但對(duì)于各生產(chǎn)廠家具體使用哪種精煉設(shè)備，他們會(huì)綜合考慮冶煉的鋼種、生產(chǎn)量、粗／精煉的組合等，選擇最適合的爐外精練法。

1.2 電爐加鋼包精煉爐雙聯(lián)工藝法簡(jiǎn)介。目前，電弧爐煉鋼是鑄鋼件生產(chǎn)中最廣泛的煉鋼方法之一。這種方法是利用電弧產(chǎn)生的高溫和熱能熔化固體爐料，實(shí)現(xiàn)冶煉的目的。在電弧爐煉鋼中為了清除鋼液中的氣體和夾雜物，通常通過脫碳反應(yīng)形成鋼液沸騰，對(duì)鋼液激烈氧化。在下一步為了去除鋼液中殘余的氧，又需要對(duì)鋼液進(jìn)行脫氧，因此產(chǎn)生大量的夾雜物，這是電弧爐煉鋼難以解決的矛盾。為了解決這一問題，經(jīng)過冶金工作者多年努力，摸索出雙聯(lián)工藝法方案。即將原電弧爐煉鋼的兩大期——氧化期及還原期分別放在電弧爐和鋼包精煉中進(jìn)行，各自獨(dú)立操作，以達(dá)到提高鋼液的冶煉質(zhì)量，提高生產(chǎn)率的目的。下面是雙聯(lián)工藝法的工藝流程：電爐加料——熔化——氧化——升溫——出鋼——LF爐接鋼液——精煉還原——微調(diào)成分，調(diào)整溫度——出鋼——喂絲——鋼液測(cè)溫——鋼液澆注。

1.3 雙聯(lián)工藝法的產(chǎn)品質(zhì)量。對(duì)幾個(gè)采用雙聯(lián)工藝法的鑄鋼廠產(chǎn)品質(zhì)量跟蹤：①氣體含量：[H]<3.5ppm，[O]<40ppm，[N]<80ppm；②雜質(zhì)含量：[P]<0.015%，[s]<0.0l%，si、Mn可控制在0.02%內(nèi)，Ni、Mo、Cu可控制在0.0l%內(nèi)。

1.4 材料性能。屈服強(qiáng)度增加7%～1l%；抗拉強(qiáng)度增加3%～6%，沖擊韌度增加20%一45%；斷面收縮率、伸長(zhǎng)率基本無變化。夾雜物含量明顯減少，分布形態(tài)多呈不連續(xù)狀。

2 爐外精煉技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益分析

幾家鑄鋼廠使用鋼包精煉爐設(shè)備后，噸鋼原材料消耗量均有所下降。如噸鋼電耗，下降35 kwh左右。但增加LF爐設(shè)備后，需配套增大水循環(huán)系統(tǒng)，除塵系統(tǒng)及其他投資，使得鋼液冶煉成本增加。但鋼液化學(xué)成分控制穩(wěn)定，合金成分控制準(zhǔn)確，鋼液成分均勻。無偏析現(xiàn)象，鋼液中氣體、夾雜物控制較高，力學(xué)性能優(yōu)良，鑄件廢品率大大降低。正基于上述原因，鋼液成本總體上基本持平。

3 發(fā)展?fàn)t外精煉技術(shù)需解決的問題及發(fā)展方向

爐外精煉技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用40年，對(duì)提高鋼的純凈度、精確控制成分含量及細(xì)化組織結(jié)構(gòu)等方面都起了重要作用，使冶煉成本大幅降低，同時(shí)提高了鋼的品質(zhì)和性能。但在發(fā)展的過程中也出現(xiàn)了一些問題，有待于解決，使這項(xiàng)技術(shù)更加完美。

3.1 實(shí)現(xiàn)爐外精煉工藝的智能化控制，根據(jù)來料鋼水的各種技術(shù)參數(shù)，利用信息技術(shù)，制定最佳的精煉工藝方案，并通過計(jì)算機(jī)控制各精煉工序。精煉工位配備快速分析設(shè)備，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)化，減少熱停等待時(shí)間。

3.2 爐外處理設(shè)備將實(shí)現(xiàn)“多功能化”。在水鋼精煉設(shè)備中將渣洗精煉、真空冶金、攪拌工藝以及加熱控溫功能全部組合起來，實(shí)現(xiàn)精煉，以滿足超純凈鋼生產(chǎn)的社會(huì)需求。

3.3 開發(fā)高純度、高密度、高強(qiáng)度的優(yōu)質(zhì)堿性耐火材料，以適應(yīng)不同精煉爐的需要，注重產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。耐火材料的使用條件應(yīng)盡可能與爐渣相適應(yīng)，最大限度地降低侵蝕速度。要根據(jù)精煉設(shè)備的實(shí)際情況形成不同層次的配套材料，研究開發(fā)保溫和修補(bǔ)技術(shù)，提高爐襯的使用壽命。

3.4 減少精煉過程的污染排放，精煉過程會(huì)產(chǎn)生大量廢氣，其中含SO2、Pb、金屬氧化物、懸浮顆粒等，在真空脫氣冷卻水中含有固態(tài)懸浮物、Pb、Zn等，這些污染物須經(jīng)企業(yè)內(nèi)部的相關(guān)處理，把污染程度降低到符合排放標(biāo)準(zhǔn)后再排放，加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)意識(shí).

4 我對(duì)現(xiàn)實(shí)中爐外精煉設(shè)備的認(rèn)識(shí)和看法

4.1 LF精煉爐的設(shè)備形式：分為鋼包小車移動(dòng)式和爐蓋旋開式。機(jī)械設(shè)備包括：低壓短網(wǎng)、組合橫臂、石墨電極、橋架、移動(dòng)小車、鋼包、液壓缸升降、碟黃夾緊、液壓站、冷卻水系統(tǒng)和Ar氣攪拌系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)都是采用PLC控制、整個(gè)設(shè)備為全液壓控制，包括液壓升降缸、爐蓋提升缸和電極夾緊缸。輔助設(shè)備有雙線喂絲機(jī)和測(cè)溫取樣裝置。該設(shè)備在國(guó)內(nèi)運(yùn)用時(shí)分成熟，不過在使用過程中Ar氣攪拌時(shí)有吹不通的情況，主要是透氣磚被鋼渣堵塞了，現(xiàn)場(chǎng)通常采用二塊透氣磚同時(shí)吹A(chǔ)r氣，減少堵塞機(jī)率，另一種辦法是采用頂吹A(chǔ)r，但效果不如底吹A(chǔ)r攪拌好。我希望在今后Ar攪拌方面會(huì)有新的技術(shù)突破。

4.2 VD、VOD精煉爐的設(shè)備形式：分為罐蓋車移動(dòng)式和罐蓋旋開式 機(jī)械設(shè)備包括：真空罐、真空罐蓋、罐蓋車及罐蓋提升機(jī)構(gòu)、真空管道系統(tǒng)、真空泵系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、吹氬系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)。VD與VOD的區(qū)別：VOD多1項(xiàng)吹氧升溫，要求真空泵的抽氣能力要足夠大，一般都采用蒸汽噴射泵形式，不僅戰(zhàn)地面積大，而且必須配蒸汽鍋爐，設(shè)備運(yùn)行成本和投資都很大。主要在大型企業(yè)中使用。VD爐主要是抽真空，鋼水在真空下（67Pa）以下，鋼水中的雜質(zhì)上浮到表面，加上吹A(chǔ)r攪拌，鋼水質(zhì)量得到提高。VD爐由于抽氣量小，在20噸以下的爐子大多采用機(jī)械泵組，配上二級(jí)除塵和冷卻煙氣的管道，就能采用機(jī)械泵組抽氣，現(xiàn)在機(jī)械泵組都選用羅茨真空泵和水環(huán)真空泵組成，將抽氣能力、抽氣速度和使用壽命大大提高，與蒸汽噴射泵的抽氣能力相差還比較大。我希望機(jī)械泵組在抽氣能力和降噪方面有更大的突破。

4.3 電渣爐的設(shè)備形式：分為雙支臂單工位和單支臂雙工位。在實(shí)踐中普遍采用雙支臂單工位形式 機(jī)械設(shè)備包括：?jiǎn)蜗嗟蛪憾叹W(wǎng)、立柱、旋轉(zhuǎn)橫臂、升降絲桿、對(duì)中裝置、結(jié)晶器、底水箱、假電極、自耗電極、冷卻水系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)，電渣爐主要環(huán)節(jié)有:開始啟弧造渣、結(jié)晶器水溫控制以及交換電極時(shí)形成的斷層，最不好解決的是斷層問題，通常一個(gè)結(jié)晶錠需要交換兩次以上自耗電極，在工廠我們做過一個(gè)實(shí)驗(yàn)，將一根很長(zhǎng)的自耗電極再重熔煉成一個(gè)結(jié)晶錠，結(jié)果失敗了，主要原因是自耗電極長(zhǎng)了以后，增加了短網(wǎng)壓降，不僅電能白白的損失，而且重熔效果很不好。在生產(chǎn)過程中它浪費(fèi)能量是最多的。短網(wǎng)由變壓器、低壓銅排、水冷電纜、導(dǎo)電橫臂、假電極、自耗電極和底水箱組成，在整個(gè)短網(wǎng)中假電極和自耗電極采用鋼制材料。自耗電極是隨著產(chǎn)品而定無法改變。假電極要與自耗電極相連。一般采用直接焊接的方法，另一種是用對(duì)夾式，但只適合于專用的自耗電極，目前假電極有兩種形式，一種是普通的鋼棒，另一種就是水冷鋼管，效果不錯(cuò)，但裝夾又不方便，我希望電渣爐在假電極方面會(huì)有重大突破。

5 展望

世界煉鋼技術(shù)的進(jìn)展集中表現(xiàn)在煉鋼爐前、后工序的發(fā)展變化，即鐵水預(yù)處理、爐外精煉技術(shù)以及一些新的煉鋼生產(chǎn)的最佳工藝流程的出現(xiàn)和發(fā)展。在發(fā)展上述精煉技術(shù)的同時(shí)，對(duì)于整個(gè)精煉和凝固過程還必須考慮工藝上的靈活性和連續(xù)性。為了獲得最佳的精煉效果和過程的動(dòng)態(tài)控制，雜質(zhì)元素精確地在線測(cè)定和最終快速測(cè)定是必要的。因此，爐外精煉技術(shù)在今后若干年中將會(huì)獲得較快的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]RH爐是一種重要的爐外精煉方法：中國(guó)煉鋼技術(shù)網(wǎng).

[2]高澤平，賀道中主編.爐外精煉，冶金工業(yè)出版社，2005.

[3]爐外精煉知識(shí)講座：中國(guó)冶金裝備網(wǎng).