LF鋼包精煉爐的冶金效果分析

曹大龍，畢恩君

（本鋼煉鋼廠精煉作業(yè)區(qū)，遼寧 本溪 117000）

以高效率—爐外精煉—連續(xù)鑄造為代表的短流程工藝憑借其節(jié)能、高效、技術(shù)手段先進(jìn)等一系列優(yōu)勢(shì)而得以在社會(huì)上大規(guī)模推廣應(yīng)用。鋼水爐外精煉，實(shí)際上是將傳統(tǒng)煉鋼爐專爐或電弧爐中能夠完成或部分完成的精煉任務(wù)(比方說(shuō)脫氧、脫碳、脫硫、祛除廢物等)轉(zhuǎn)至爐外的“鋼包”或其它公用容器中單獨(dú)操作處理，所以國(guó)外又稱之為一次精煉(One Ref i ning making)、二次煉鋼 (Secondary steel making)或鋼包冶金 (Ladle Metal making)[1]。爐外精煉的出現(xiàn)和發(fā)展，是煉鋼工藝流程和科學(xué)技術(shù)有機(jī)結(jié)合的重大突破，它使以往的一步煉鋼轉(zhuǎn)變?yōu)椤盃t內(nèi)初煉、爐外精煉”，從而實(shí)現(xiàn)了“一步煉鋼”，使得煉鋼方法發(fā)生重大改變；而且對(duì)提高冶煉水平、優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)以及協(xié)調(diào)生產(chǎn)起到至關(guān)重要的作用，銜接煉鋼連鑄環(huán)節(jié)，甚至對(duì)連鑄坯熱鑄造的全流程起到關(guān)鍵作用。因?yàn)槎塘鞒讨袖摪鼱t的主要功能之一就是作為電爐連鑄之間的緩沖器，起到承上啟下、協(xié)調(diào)節(jié)奏的作用，更好地實(shí)現(xiàn)多爐連澆。功能之二就是最終決定產(chǎn)品的出爐質(zhì)量、化學(xué)性質(zhì)和溫度控制。所以必須在技藝研究、總體設(shè)備、真空環(huán)境、液壓以及計(jì)算機(jī)控制等方面有所創(chuàng)新，使整臺(tái)設(shè)備達(dá)到領(lǐng)先水平。

1 LF鋼包精煉爐的冶金效果分析

1.1 造渣控制

LF鋼包精煉爐的冶金效果中的造渣控制主要包括兩方面內(nèi)容，即渣系選擇和渣量控制[2]。

渣系選擇具體是按照工廠實(shí)際狀況以及設(shè)備條件，選擇造渣材料，主要是由石灰和螢石構(gòu)成。因?yàn)殡姞t利用偏心爐底達(dá)到出鋼目的，鋼包渣面上幾乎沒(méi)有氧化渣得出現(xiàn)，所以這種渣系脫氧和脫硫效果就極其顯著。渣量控制是指鋼包爐渣量的調(diào)整需要分兩次進(jìn)行，第一次調(diào)整主要是參考熔雜樣中渣滓的多少，加入適量的石灰和螢石量；第二次調(diào)整是在機(jī)器工位上進(jìn)行，保證調(diào)包前渣系是稀白渣并確保渣滓成分符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。一般在實(shí)際冶煉過(guò)程中，石灰加入1000kg～1100kg，螢石加入250kg～300kg即可，如此脫硫率就能達(dá)到80%以上。

1.2 LF爐精煉指標(biāo)完成

本文以Q235B、SPHC和管線鋼三個(gè)鋼種為例，考核其精煉指標(biāo)的完成。雖然Q235B并不屬于必須進(jìn)行LF精煉的鋼種，可畢競(jìng)其中大部分或因升溫、保溫等處理，又或其它因素，導(dǎo)致必須經(jīng)歷LF精煉工序[3]。因此，了解Q235B的精煉指標(biāo)完成情況同樣有利于對(duì)現(xiàn)行LF鋼包精煉爐的冶金效果作出客觀評(píng)價(jià)。文中引用的數(shù)據(jù)絕大多數(shù)取自現(xiàn)場(chǎng)的“LF鋼包精煉爐生產(chǎn)日?qǐng)?bào)表”及其它檢查報(bào)告。為保證其可比性，排除了原始記錄中不完整、不規(guī)范以及非正常升溫與保溫程序下處理的爐次。另外，由于“生產(chǎn)日?qǐng)?bào)表”中沒(méi)有記載LF鋼包精煉爐工序的非作業(yè)時(shí)間，所以暫時(shí)將進(jìn)爐到出爐的這段時(shí)間稱之為精煉周期。

表1 各類鋼種的LF精煉工序時(shí)間

首先在加熱時(shí)間和精煉周期上，表1列出了Q235B、SPHC和管線鋼的過(guò)分統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。表1中各類鋼種的LF鋼包精煉爐的加熱時(shí)間和精煉周期的數(shù)值波動(dòng)比較大。就以精煉周期平均值來(lái)說(shuō)，Q235B和管線鋼等低碳鋼種大概在40min左右，SPHC高碳鋼接近30min。其次，各類鋼種進(jìn)爐后均停留較長(zhǎng)時(shí)間后才開(kāi)始起弧加熱。比如Q235B的平均停等時(shí)間為10.5min，SPHC為6.0min，管線鋼為12.7min；上述情況證明，就現(xiàn)今LF鋼包精煉爐的技藝水平來(lái)說(shuō)尚有待規(guī)范，以便更好地提高其工作效率。

1.3 氬氣的控制

LF鋼包精煉爐主要是借助氬氣的攪拌作用來(lái)完成各種精煉過(guò)程的，所以氬氣的控制對(duì)于LF鋼包精煉爐的冶煉過(guò)程來(lái)說(shuō)是極其重要的。出鋼后開(kāi)始慢慢吹氬，確保氬氣壓力精準(zhǔn)控制在0.1MPa，以保證可以吹通，吹通后將氬氣壓力適時(shí)調(diào)小至0.3MPa，以鋼水上浮、鋼液面不暴露最好[4]。吹氬時(shí)如果壓力過(guò)大，就會(huì)導(dǎo)致鋼水運(yùn)動(dòng)頻繁，甚至發(fā)生噴濺事故，造成鋼水過(guò)度氧化、吸氣甚至降低其使用壽命；吹氬時(shí)壓力過(guò)小，則會(huì)造成吹不通或達(dá)不到精煉鋼水的目的。氬氣流量是根據(jù)鋼液量的多少來(lái)確定的，一般控制在20L/min～30L/min之間。在進(jìn)行真空脫氣處理時(shí)，氬氣量必須控制在50L/min，以防真空環(huán)境下發(fā)生鋼液噴濺，同時(shí)如果吹氬量小于30L/min時(shí)，也會(huì)影響其脫氣效果。所以在LF鋼包精煉爐的冶金過(guò)程中，氬氣的控制是極其關(guān)鍵而必須的。

1.4 溫度的控制

對(duì)于LF鋼包精煉爐的冶金效果評(píng)價(jià)的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)就是溫度把控，具體分為電爐出鋼溫度、調(diào)包溫度、加熱升溫三部分內(nèi)容。電爐出鋼溫度要求必須大于等于1673℃，精煉爐溫度要求達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)溫度±40℃上下。調(diào)包溫度，在鋼包第一爐內(nèi)，中間包第一爐的溫度用T 表示，那么有關(guān)公式成立：

式中，T1代表液相線的標(biāo)準(zhǔn)溫度，T2代表中間包的過(guò)熱度，F(xiàn)1表示鋼包第一爐20℃，F(xiàn)2表示中間包第一爐20℃。加熱升溫，在加熱過(guò)程中，鋼液的升溫速度并不恒定不變的，它和有功功率呈線性相關(guān)關(guān)系，因?yàn)樽铋_(kāi)始鋼包爐壁吸熱速度較快，鋼液升溫速度較慢[5]。所以，有必要將鋼包溫度直接烘烤到最高溫。

1.5 成份控制與改善

精煉環(huán)節(jié)是確保冶煉產(chǎn)品成份品質(zhì)最為關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)，在電爐、LF爐、VD爐測(cè)溫取樣的成功就是完成動(dòng)態(tài)精準(zhǔn)把控的有效保障。精煉爐成分按照工序要求具體分為化學(xué)成分(國(guó)家規(guī)定)、內(nèi)控要求以及目標(biāo)要求3種，最終調(diào)包之前即精煉爐完成操作時(shí)要求成分必須按照內(nèi)控要求完成，達(dá)到目標(biāo)要求。電爐在出鋼時(shí)，合金成分一般會(huì)控制在要求下限或低于下限，之后再另行進(jìn)行調(diào)整。正常狀況下，根據(jù)白渣形成后的具體成分，鋼液分兩批取3個(gè)～5個(gè)樣品進(jìn)行模擬調(diào)整。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程級(jí)需要進(jìn)行加料模型的計(jì)算，并按照作業(yè)流程、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及若干取樣分析后的化學(xué)成份計(jì)算最終合金添加量，指導(dǎo)LF鋼包精煉爐加料。同時(shí)LF鋼包精煉爐基礎(chǔ)級(jí)別中也設(shè)有合金加料計(jì)算步驟，它可以按照成份分析獨(dú)立完成加料計(jì)算，實(shí)現(xiàn)高位料倉(cāng)添加動(dòng)作，完成加料任務(wù)。正是因?yàn)榫邆浼訜嵴{(diào)整手段，所以在精煉過(guò)程中合金的添加量原則上是不受任何限制的，從而允許精煉鋼種范圍較廣的各類合金鋼成分可以有效控制在一個(gè)規(guī)定范圍內(nèi)。

2 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)LF鋼包精煉爐的冶金效果進(jìn)行分析，根據(jù)LF鋼包精煉爐的應(yīng)用要求和現(xiàn)實(shí)需要，對(duì)其冶金效果進(jìn)行評(píng)估，實(shí)現(xiàn)本文研究。希望本文的研究能夠?yàn)長(zhǎng)F鋼包精煉爐的應(yīng)用方法提供理論依據(jù)。