LF爐設備簡介

1、1.4 LF爐設備簡介LF爐的設備主要包括:爐體(帶有吹氣裝置的鋼包)、爐蓋、電弧加熱裝置、加料裝置和真空系統(tǒng)等部分。LF主體設備如圖1.5。圖1.5 LF爐設備結構示意圖1.4.1 爐體LF爐的爐體實際上是一個帶有吹氣裝置的鋼包，鋼包底部有出鋼用的滑動水口及吹惰性氣體的透氣磚。鋼包尺寸的主要技術參數(shù)是熔池深度和直徑之比H/D。它的大小直接影響鋼液攪拌強度、鋼一渣接觸面積、包壁渣線的熱負荷、包襯壽命及熱損失等。一般取值H/D=0.8-1.23。日本不同容量LF爐的H/D值列于表1.1，值得借鑒。一般H/D值較大時有利于加速鋼一渣混合反應和夾雜物上浮，使吹氫攪拌效果提高。從鋼液面到包口邊緣的距離

2、稱為鋼包的自由空間或凈空，對非真空處理的鋼包，凈空的高度一般為500-600mm4，有真空處理時凈空應為1000-1200mm，保持一定的凈空有利于提高包襯壽命并為強攪拌以促進鋼一渣的充分混合反應提供自由空間。 透氣磚是LF爐的關鍵部件，也是影響吹氫攪拌質(zhì)量和成本的重要因素，要求具有良好的透氣性和較好的高溫強度。目前，LF爐使用最普遍的是包鐵皮的圓錐型透氣磚，并與座磚配合，裝在包底的砌磚內(nèi)。另外，為便于更換，在透氣磚與座磚之間加設套磚5。表1.1日本LF鋼包爐與熔池尺寸容量/t20306015050實際裝入量/t13/2318/3360100/15045/50鋼包內(nèi)徑/mm1676194820

3、7031642430鋼包內(nèi)高/mm19952195274040002770熔池深H/mm12601402234027541348(在額定容量時)H/D(在額定容量時)0.750.721.130.870.491.4.2 爐蓋 LF爐一般都使用水冷爐蓋。為了提高熱效率并保持鋼包內(nèi)的強還原氣氛，爐蓋要具有良好的密封性能;爐蓋內(nèi)層襯有耐火材料。整個爐蓋用可調(diào)節(jié)的鏈鉤懸掛在門形吊架上，通過升降機構可調(diào)整爐蓋的位置;LF爐的爐蓋上還設有合金、渣料加料口，有的還有測溫、取樣裝置。有真空脫氣系統(tǒng)的LF爐，還另專設一個真空爐蓋。1.4.3 電弧加熱裝置LF爐與煉鋼電弧爐一樣通過石墨電極與鋼液間產(chǎn)生電弧作為熱源，

4、也采用低電壓、大電流埋弧加熱，電極升降速度一般為2-3m/min。LF爐所配置的變壓器容量要根據(jù)被加熱鋼包的容量大小和所需加熱時間確定。一般情況下，變壓器容量在表1.2所示范圍內(nèi)選定。爐子容量與變壓器容量關系如圖1.6所示。圖1.6 爐子容量與變壓器容量關系表1.2 鋼包容量和變壓器容量的對應鋼包容量/t變壓器容量/KVA20020000200001002001000020000501005000100005050001.4.4 加料及扒渣裝置 LF爐一般在加熱工位的爐蓋上設有合金及渣料料斗，通過每個料斗下的導向閥，可以定時定量地加入所需的合金或渣料。 另外，扒渣也是LF的必備功能。由于LF爐

5、是靠白渣還原精煉的，因此，LF爐在精煉之前，必須將氧化性爐渣扒掉。1.4.5 真空泵 采用真空裝置的LF爐的真空泵一般采用蒸汽噴射泵，也有采用機械泵的，機械泵的抽氣能力較差。抽氣能力取決于鋼水量、鋼種及處理時間。LF爐的極限真空度一般為66.66Pa.1.4.6 LF爐用耐火材料 LF精煉爐是通過還原渣料并在吹氫攪拌情況下精煉鋼水的，耐火材料的工作條件十分苛刻:一般在高達1550-1750甚至1800溫度卜精煉，爐渣堿度在0.5-4范圍變化，吹氟攪拌造成的鋼液和爐渣對爐襯的強烈沖刷，超潔凈鋼的長時間精煉，特定的間歇作業(yè)造成溫度波動大等，造成耐火材料的侵蝕比較嚴重。據(jù)國外資料報道，LF爐的精煉操

6、作費用的70%消耗在耐材上6。因此，耐火材料的選擇就非常重要。要求鋼包耐火材料應具有較強的抗渣侵蝕能力，特別是渣線部位應采用高堿度、耐高溫、耐侵蝕、抗熱震性好的優(yōu)質(zhì)耐火材料，如渣線部位用鎂碳磚、鎂鉻磚或鎂白云石碳磚。包壁和底部采用鎂鉻磚，包蓋采用高鋁磚或采用高純剛玉澆注料。有些鋼廠己研究采用鎂鋁磚作為渣線部位用的耐火材料。在相同的工藝條件下，耐火材料的性質(zhì)對鋼的純潔度影響見表1.3。表1.3 耐火材料對鋁鎮(zhèn)靜鋼氧含量的影響耐火材料種類鋼液最終O含量/ppmMg-Cr質(zhì)材料11高Al質(zhì)材料16鎂-白云石質(zhì)材料23Mg-Ca質(zhì)材料111.5 LF爐的功能及冶金特點作為爐外精煉的主要設備，LF爐有很

7、多重要作用，概括來說主要有以下功能7：1.5.1 爐內(nèi)還原氣氛 LF爐本身不具備真空系統(tǒng)。在精煉時，即在不抽真空的大氣壓下進行精煉時，鋼桶上的水冷法蘭盤水冷爐蓋及密封橡皮圈的作用可以起到隔離空氣的密封作用。再加上還原性渣以及加熱時石墨電極與渣中的FeO，Mno，Cr2O3等氧化物作用生成CO氣體，增加了爐氣的還原性。除此之外，石墨電極還與桶中的氧氣作用生成碳一氧化物，從而可使LF爐內(nèi)氣氛中的氧含量減為0.5%。如此阻止了爐氣中的氧向金屬傳遞，保證了精煉時爐內(nèi)的還原氣氛。鋼液在還原條件下精煉可以進一步的脫氧、脫硫以及除去非金屬夾雜物，有利于鋼液質(zhì)量的提高。1.5.2 攪拌功能 攪拌是爐外精煉常用

8、的方法之一，如一些大噸位的電爐采用電磁攪拌以促進諸如脫硫、脫氣等精煉反應的進行，同時保證熔池內(nèi)溫度及成分的均勻。LF爐在鋼包底部布置有透氣磚，通過底吹氫的形式來攪拌鋼液。而過去頂吹氫的形式現(xiàn)在已不多見，通常在底吹氨出現(xiàn)故障時補充使用。 良好的氫氣攪拌是LF爐精煉的又一特點。氫氣攪拌有利于鋼一渣之間的化學反應，它可以加速鋼一渣之間的物質(zhì)傳遞。有利于鋼液的脫氧，脫硫反應的進行，吹氫攪拌還可以去除非金屬夾雜物，特別是對A1203類型的夾雜物上浮更為有利，吹氫可加速其上浮速度。特別值得提出的是LF爐的吹氫攪拌是在排除了大氣的密封爐內(nèi)進行的，因此還可以加大吹氫量。 吹氫的另一作用是可以加速鋼液中的溫度和

9、成分均勻;能準確地調(diào)整復雜的化學組成，而這對于優(yōu)質(zhì)鋼又是必不可少的要求。此外吹氫攪拌還可以加速渣中氧化的還原，對回收鉻、鋁、鎢等有價值的合金元素有利。 為了使吹入的氫氣能獲得最充分的攪拌效果，冶金學術界及工程領域的工作者在透氣磚布置方式、吹氣量的大小等方面做了大量的研究工作8,9，其中透氣磚的布置方式一般有四種，即布置在中心(r/R =0)、r/R=1/3、r/R=1/2、R=2/3如圖1.7所示。透氣磚的類型一般有兩種，即彌散多孔型和狹縫型，這兩種類型的透氣磚各有其優(yōu)缺點。前者紊動攪拌能小，速度場分布較為合理，但壽命短;后者紊動攪拌能大，透氣磚上方的氣泡上升速度快，速度場分布較差，但壽命較長

10、。目前很多鋼廠趨向采用狹縫式透氣磚。 圖1.7 透氣磚的布置方式示意圖 吹氫攪拌是LF爐最主要的精煉手段之一，通過吹氫攪拌鋼液可以達到以下目的: (l)均勻鋼液的成分和溫度。通過透氣磚噴入的氫氣可使鋼液產(chǎn)生環(huán)流，鋼液中的化學成分和溫度可以迅速均勻化。攪拌的強度也可以通過噴入的氫氣量的大小來調(diào)節(jié)，因此對鋼液的攪拌不僅非常充分而且也可以很方便地控制。(2)脫氣和去除夾雜物。吹入的氫氣為不參加反應的惰性氣體，氫氣泡相當于一個個小的“真空室”，其中H2、N2、CO等氣體的分壓接近于零，因此可以去除鋼液中的氣體，具有“氣洗”的作用;同時吹入的氫氣泡可以粘附鋼中夾雜物顆粒，從而帶動夾雜物的上浮，同時上浮氣

11、泡所引起的鋼液的攪動，促進夾雜物顆粒的碰撞合并而上浮。(3)加速脫硫。吹氨可以實現(xiàn)鋼液循環(huán)，增加了鋼渣接觸界面，為脫硫創(chuàng)造了良好的動力學條件。1.5.3 埋弧加熱功能 LF爐由專用的三相變壓器供電，其整套供電系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、監(jiān)測和保護系統(tǒng)以及燃弧的方式與電爐相似。LF爐加熱效率高，對于不同容量的LF爐和不同的變壓器功率其升溫速度不同，一般升溫速度一般為2-510,11,12。LF精煉爐是采用三根石墨電極進行加熱的。加熱時電極插入渣層中采用埋弧加熱法，這種方法的輻射熱小，對爐襯有保護作用，與此同時加熱的熱效率也比較高，熱利用率好。 進入渣中的石墨電極與渣中的氧化物反應9:C+FeOCO+FeC+

12、MnOCO+MnO2C+WO22CO+W5C+V2O5CO+2V 其結果不僅是使渣中不穩(wěn)定的氧化物減少了，提高了爐渣的還原性，而且還可提高合金元素的回收率。石墨電極與氧化物作用的另一結果是生成CO氣體，CO氣體的生成使LF爐內(nèi)氣氛具有還原性，鋼液在還原性氣氛下精煉，可進一步提高質(zhì)量。 LF爐的加熱功能有以下作用: (l)為白渣精煉奠定了基礎。目前鋼液的深脫硫等任務一般移至LF爐進行，因此LF爐可以充分利用加熱功能進行渣精煉，為脫硫等精煉任務創(chuàng)造了良好的熱力學條件。 (2)精確控制鋼液溫度。LF爐的加熱功能不僅可以防止鋼液冷卻，還可以精確控制鋼液的溫度，其精度可以控制在+3-57。這樣為精煉后的

13、連鑄創(chuàng)造了有利條件。1.5.4 白渣精煉功能 LF爐是利用白渣進行精煉的，它不同于主要靠真空脫氣的其他精煉方法。白渣在LF爐內(nèi)具有很強的還原性，這是LF爐內(nèi)良好的還原性氣氛和氫氣攪拌，相互作用的結果。一般渣量為金屬量的2%-8%。通過白渣的精煉作用可以降低鋼中氧、硫及夾雜物的含量。LF爐冶煉時可以不用加脫氧劑，而是靠白渣對氧化物的吸附而達到脫氧的目的。白渣精煉是LF爐另一項重要功能，主要有以下作用是脫硫、脫氧、去除夾雜。隨著對鋼液質(zhì)量要求的不斷提高，目前各鋼廠都采用了這項技術來強化脫硫。選擇合適的精煉渣及冶煉工藝，可以大大提高脫硫效率、縮短精煉時間、降低生產(chǎn)成本。在LF爐精煉過程中，精煉渣的作用主要表現(xiàn)在以下兩方面:(1)脫硫。這是精煉渣在精煉過程中最主要的任務之一，由于LF爐工藝的特殊性，要求脫硫處理時間短，脫硫效率高。尤其對超低硫鋼的冶煉對精煉渣提出了更高的要求。不僅要求精煉渣具有相對高的堿度，以達到良好的脫硫效果，另一方面要有良好的流動性，以創(chuàng)造更好的脫硫動力學條件。 (2)脫氧和吸收非金屬夾雜物。某些特殊用途的鋼種對鋼中非金屬夾雜物的要求非常嚴格。因此，精煉渣的脫氧能力及吸收夾雜物的能力就顯得尤為重要。鋼液脫氧不僅要考慮降低鋼液中的溶解氧，還要考慮去除脫氧產(chǎn)物。精煉渣有脫氧作用，同時還可吸收脫氧產(chǎn)物，使脫氧產(chǎn)物容易從鋼液中排