LF的原理及工藝

LF精煉LF（LadleRefiningFurnace

）常稱鋼包精煉爐或鋼包爐，概念最早是1964~1965年北京鋼鐵學(xué)院和瑞典皇家工學(xué)院提出，而由日本大同特殊鋼公司于1971年研制成功的。開發(fā)初意是把EAF中的還原操作移到鋼包中進(jìn)行。LF爐特點LF爐是一種特殊的精煉容器，多采用埋弧精煉操作。其特點主要有：將初煉爐內(nèi)熔煉的鋼水送入鋼包，再將電極插入鋼包鋼水上部爐渣內(nèi)并產(chǎn)生電弧，加入合成渣，形成高堿度白渣，用氬氣攪拌，使鋼包內(nèi)保持強還原性氣氛，進(jìn)行所謂埋弧精煉（如圖1-1所示）。由于氬氣攪拌加速了渣－鋼之間的化學(xué)反應(yīng)，用電弧加熱進(jìn)行溫度補償，可以保證較長的精煉時間，從而使鋼中的氧、硫含量降低（硫大約最低可到10ppm，總氧可到25ppm以下）。LF特點LF功能LF鋼包精煉爐能取代初煉爐進(jìn)行還原操作，可對鋼液實施升溫、脫氧、脫硫、合金化，采用吹氬攪拌，使鋼流成分溫度均勻，質(zhì)量（純凈度）提高，具體功能：

1、電弧加熱升溫；2、鋼水成分微調(diào)（主要的合金仍在轉(zhuǎn)爐出鋼過程中加入鋼包并將其成分控制在鋼種要求的下限，鋼包精煉爐再根據(jù)需要加入少量合金進(jìn)行微調(diào)。少量易氧化的合金主要在鋼包精煉爐添加調(diào)整）；3、脫硫、脫氧、去氣、去除夾雜（需要強調(diào)的是，為了取得較好的脫硫效果，在脫硫前必須先對鋼水進(jìn)行脫氧，使鋼中氧含量降到較低水平）；4、均勻鋼水成分和溫度；

5、改變夾雜物的形態(tài)；

6、作為初煉爐、連鑄的緩沖設(shè)備，保證初煉爐、連鑄匹配生產(chǎn)，實現(xiàn)多爐連澆。

LF精煉功能圖LF設(shè)備認(rèn)知爐蓋是LF鋼包精煉爐設(shè)計的關(guān)鍵部分，因為很多情況下鋼包精煉爐的冶金效果在很大程度上取決于爐子內(nèi)的氣氛控制。為了避免空氣從爐蓋和鋼包之間的間隙及爐蓋開孔處進(jìn)入爐內(nèi)，采取了一些必要的保

護措施，包括使用過程中必須采取的包口清理和維護工作。

LF設(shè)備認(rèn)知LF鋼包耐火材料鋼包襯壽命不高是影響爐外精煉發(fā)展的嚴(yán)重障礙，這種情況在具有加熱手段的精煉爐上表現(xiàn)尤為突出。由于LF鋼包精煉爐在精煉過程中要進(jìn)行電弧加熱，吹氬攪拌和渣精煉，因此鋼包耐火材料受到連續(xù)的熱沖擊，化學(xué)腐蝕，機械磨損，侵蝕等損壞。所以，精煉爐鋼包襯對精煉處理而言非常重要。精煉鋼包用耐火材料具有的特點

1、高溫耐蝕性能

精煉鋼包在溫度和時間方面都要求非常嚴(yán)格，最高溫度往往達(dá)到1750℃以上。在精煉過程中，熔渣的

堿度在0.6~4范圍內(nèi)變化，內(nèi)襯材料受到高溫下浸透性強的酸性渣和堿性渣兩者的侵蝕，損毀速度很快。

2、高溫耐磨性

由于鋼包精煉采用了強制攪拌，激起了鋼液夾帶熔渣的流動，對內(nèi)襯產(chǎn)生洗刷而呈現(xiàn)磨損作用，它侵

入磚縫處，往往使之遭到嚴(yán)重?fù)p耗，并出現(xiàn)超前蝕損。

3、高溫真空穩(wěn)定性

對于有真空精煉手段的車間如RH、VD、VOD等，鋼包的耐材必須考慮高溫真空穩(wěn)定性。

4、耐剝落性

鋼包精煉的容器是鋼包，所以急冷急熱頻繁，而且是間斷操作，使用條件非?？量獭榱诉m應(yīng)這種嚴(yán)

酷的操作條件，一般選用具有再結(jié)合磚的耐蝕性又有提高耐剝落性的半再結(jié)合磚。

對于LF渣線部位一般選用的材質(zhì)有：MgO-Cr2O3磚、MgO-C磚和MgO-CaO-C磚等堿性或復(fù)合耐火

材料來提高其使用壽命。MgO-Cr2O3磚也常用于RH插入管處。LF精煉鋼包除渣線部位外，側(cè)壁熔池通常

用高鋁磚砌筑，底部用鋯石英磚或高鋁磚砌筑。如果考慮到冶煉鋼種的潔凈度，可采用高鋁磚中添加Cr2O3的耐火材料，但是這種耐材價格太高。砌筑LF精煉鋼包內(nèi)襯（除渣線外）的高鋁磚的Al2O3含量通常選用70%~80%以上的原料制造?，F(xiàn)在，在LF鋼包側(cè)壁采用Al2O3-MgO-C磚、Al2O3-C磚也都獲得了較好的效果。

總之，鋼包襯使用堿性耐火材料具有一定的優(yōu)越性，它很容易地使煉鋼廠達(dá)到清潔煉鋼工藝的目的。LF造渣技術(shù)目的：造泡沫渣以埋弧加熱，造白渣以脫硫。途徑：出鋼造渣+精煉造渣。材料：石灰、螢石、預(yù)熔渣、調(diào)渣劑、發(fā)泡劑等。預(yù)熔渣，又稱預(yù)熔型顆粒精煉渣，一般為CaO-Al2O3渣系，渣系熔點≤1400℃。它是將組成精煉渣的各種原料破碎后按一定比例機械混合后用化渣爐去雜質(zhì)、水淬粉碎后制成，其成分均勻、性能穩(wěn)定，儲存時不吸水，在LF鋼包精煉爐使用時成渣速度快、吸熱小、粉塵少，對環(huán)境污染少；發(fā)泡劑常采用的是含碳類化合物，如CaCO3、MgCO3、SiC等。LF看渣技巧堿性渣隨著爐渣氧化性的高低而呈現(xiàn)不同的顏色，所以渣色是爐渣與鋼液脫氧程度的標(biāo)志。爐渣氧化性強時，爐渣呈黑色，隨著爐渣氧化性的減弱即渣的還原，顏色也逐漸變淺，由黑色→灰色→褐色→黃色→淺黃色→白色（此時（FeO+MnO）一般不大于1%）。黑色：FeO+MnO>2%。說明爐渣脫氧不良，需要進(jìn)一步脫除渣中的氧，可使用鋁粒、促進(jìn)劑、調(diào)渣劑、多功能、復(fù)合脫硫劑等?；疑胶稚篎eO+MnO=1~2%。還需要一定的還原。黃色到白色：這種渣子還原得較好。黃色表明發(fā)生了脫硫，這種渣冷卻下來后會碎裂成粉狀。說明：

1)如果斷面光滑、不易裂，說明堿度低；如果呈玻璃狀，說明該渣略偏酸性。LF看渣技巧2)如果爐渣呈綠色，說明渣中有氧化鉻存在(Cr被氧化成Cr2O3進(jìn)入渣層中，RH渣或含Cr類不銹鋼中有時可見)。3)采用電石脫渣中氧（脫氧效果、脫氧機理與多功能、促進(jìn)劑類似），形成電石渣時，爐渣顏色逐漸轉(zhuǎn)為灰白（CaC2＜2%)→灰色（CaC2≈2%）→深灰?guī)–aC2＞2%），此時的灰渣則容易增碳。4)評定白渣好壞首先要注意渣色，不僅要看爐渣白的程度，而且要看白渣的保持時間。白渣顏色穩(wěn)定或白色稍帶一點灰色，而保持時間長，才能說明鋼液脫氧良好。渣色反復(fù)變化，表明爐渣脫氧不良，此時需加入一定量適宜的脫氧劑如CaSi粉、SiC、CaC2、鋁粒、鋁粉等以加速爐渣脫氧。A.玻璃狀薄片這表明SiO2、Al2O3或CaF2含量太高。在這種情況下，應(yīng)加入石灰，每次加入量不超過0.4kg/t鋼，溶解后再取渣樣。B.渣面平滑、厚這種渣冷卻后應(yīng)會碎裂(較脆)，是比較理想的渣況。如果不碎裂，那么鋁酸鹽可能偏高。這種情況下脫硫可能不佳，可多加石灰。石灰量過大?？梢园l(fā)現(xiàn)未熔化的石灰顆粒，加入合成渣，每次加入量不超過0.1kg/t，化后再進(jìn)行根據(jù)渣況調(diào)渣。

發(fā)泡和埋弧技術(shù)（1）造泡沫渣及埋弧技術(shù)的優(yōu)點

－節(jié)電、提高熱效率：減小電弧熱量的對外輻射。

－提高鋼包及爐蓋的使用壽命。

－有利于快速脫O、S。

（2）發(fā)泡技術(shù)：在送電時加入發(fā)泡劑（含C類材料，如CaC2、碳酸鹽等），以便于渣子

發(fā)泡，同時渣子不能太稀。

（3）埋弧加熱

a)開始加熱時，爐渣較死，不易埋弧，應(yīng)采用低級電壓。

b)渣形成后，根據(jù)埋弧情況，逐漸加大電壓級數(shù)。

c)加合金、測溫、取樣期間應(yīng)斷電，抬起電極。

d)如果鋼水溫度較高，要求升溫速度在2/min℃左右，此時采用中級電壓。發(fā)泡和埋弧技術(shù)e)連續(xù)升溫10min以上時，應(yīng)停止加熱。吹氬攪拌2~3min以使鋼液溫度上下均勻，不致造成渣面溫度過高（渣面溫度過高，易燒穿渣線部位）。

f)加熱期間電弧不穩(wěn)定時，要降低吹氬攪拌強度。

研究表明，當(dāng)渣厚與弧長相等時，電弧表現(xiàn)為明弧燃燒；當(dāng)渣厚為弧長的1.5-1.7倍時，

電弧表現(xiàn)為侵人式燃燒；當(dāng)渣厚超過弧長2倍以上時，電弧才表現(xiàn)為埋弧燃燒(對流及傳導(dǎo)傳熱)，才能實現(xiàn)電能的有效利用。若熔渣不起泡，難以很好地實現(xiàn)埋弧操作。

以前，人們習(xí)慣用R.I.（耐火材料燒損指數(shù)）來衡量電弧對鋼包耐材襯的影響，但由于目前的LF鋼包精煉爐普遍采用泡沫渣操作，所以R.I.指數(shù)已不再適用。

在通過電弧加熱的過程中，為了提高熱效率和保護鋼包襯，需要進(jìn)行埋弧操作。

交流電弧在不同時期，其弧長與弧電壓的關(guān)系是不同的，表達(dá)式如下：

V=α+βl(電弧電壓的大小是由弧長來決定。電弧長則電壓高，電弧短則電壓低)。

其中，V、l分別為弧電壓和弧長，α、β為常數(shù)。

在鋼包精煉的渣料熔化期，陰極電壓降為10V，陽極電壓降為30V，電弧柱電位梯度為

1.0~1.15V/mm；在鋼包精煉的泡沫渣內(nèi)，陰極電壓降為10V，陽極電壓降為10V，電弧柱電位梯度為0.5~0.7V/mm。故也可由下式進(jìn)行估算：

渣料熔化期電弧長L＝（Varc-40）/1.0~1.15

泡沫渣內(nèi)電弧長L＝（Varc-20）/0.5~0.7

一般情況下，渣層厚度至少應(yīng)為電弧長度L＋15~20mm。有些文獻(xiàn)認(rèn)為當(dāng)渣層厚度為弧長的兩倍時，熱效率較好。所以，在LF鋼包精煉爐的操作中存在一個基本渣量（埋弧渣量），即無論是否考慮脫硫、脫氧，鋼水表面均應(yīng)保證埋弧渣量。要注意的是，渣層厚度不能單靠增加渣量來滿足，現(xiàn)在鋼包精煉爐中普遍采用的泡沫渣技術(shù)就可以在小渣量下實現(xiàn)埋弧操作。

LF實現(xiàn)全程埋弧操作后，可使LF處理的噸鋼電耗和電極消耗分別下降12.5%、26.6%，

而鋼包的平均使用壽命可提高26.8%。

LF供電技術(shù)主要有變壓器電流、電壓、功率供給技術(shù)。

供電技術(shù)比較復(fù)雜，變壓器有多檔供電曲線（如：13檔，前5檔恒功率供電，后8檔恒電流供電；11檔，前5檔恒功率供電，后6檔恒電流供電），具體供電工藝依各種具體情況確定。

三相視在功率是三相電的總的功率，它包含有功功率和無功功率。

有功電度應(yīng)該稱為有功功率，就是設(shè)備實際消耗的功率。

無功電度應(yīng)該稱為無功功率，就是被設(shè)備占用但并未消耗的功率。

有功功率=視在功率×功率因素。

無功功率=視在功率－有功功率。

注意：功率因素的數(shù)學(xué)表達(dá)式為cosφ，值在0.6~0.8之間。

通過變壓器、二次側(cè)短網(wǎng)將電能輸送至電極，電極起弧將電能轉(zhuǎn)化為熱能傳輸?shù)戒撍?，從而達(dá)到加熱升溫的目的?！话阍诰珶挸跗诓捎枚屉娀?、大功率，以快速熔化渣料；在渣料熔化后，適當(dāng)拉長電弧，增大輸入功率，快速升溫。

供電時，嚴(yán)禁加含鋁、含鈦類合金，這是由于通電過程中會將空氣中的氮氣、氧氣解離，加上通電過程中鋼液的上部溫度相對較高（尤其是渣面溫度更高），加入的含鋁、含鈦類合金很快就熔解，此時氬氣又處于軟吹狀態(tài)，因此上部鋼液Al、Ti濃度高，易與O、N發(fā)生反應(yīng)生成Al2O3、TiO2、AlN、TiN類物質(zhì)，不但增加了鋼液的夾雜物，還增加了鋼液吸氮的趨勢。因此，對氮有要求的鋼種應(yīng)嚴(yán)禁在通電時加入。LF脫硫技術(shù)脫S反應(yīng)式：

[FeS]＋（CaO）＝(CaS)＋（FeO）

或[FeS]＋（MnO）＝(MnS)＋（FeO）

LF爐具有良好的脫S條件：

①渣堿度較高；②渣中氧含量低，無新的氧污染源，渣面上為還原性氣氛；③通過底吹氬，

增加鋼渣間的反應(yīng)。

提高脫S效率的措施：

1、提高轉(zhuǎn)爐的擋渣效果，減少到鋼包的轉(zhuǎn)爐終渣量，是提高脫硫率的有效方法。因為到LF爐的轉(zhuǎn)爐終渣量少，