提升LF炉升温速率工艺研究

刘 璋 陈国梁

摘 要：为了优化精炼处理周期，减少过程钢水热量的损失；对渣量的优化和埋弧发泡的精炼控制降低热量损失的同时保证过程送电的埋弧效果，保证渣良好流动性；造渣过程的前移，有效的减少LF炉的化渣时间，加快了成渣速度；送电热效率得到有效提升，满足快节奏的炉机匹配周期。有效的提高送电升温效率，节约送电时间，实现快节奏冶炼。

关键词 ：LF炉；升温； 埋弧精炼

一、研究背景

钢包炉是以电弧加热的设备， 影响LF炉升温速率的因数主要有变压器的功率和加热档位的合理选择，总渣量的控制，埋弧效果，渣的流动性，氩气控制，钢包预热是否充足。为了实现LF炉实现快速升温，在LF炉供电设备条件不改变的情况下，只能通过工艺技术的合理应用改善升温速率。现在我厂埋弧效果不稳定，LF炉精炼过程的渣厚难以保证，渣料加入量基本难以埋弧操作，化渣效果及渣流动性差，对炉渣储气能力影响较大，热效率转化低。为了提高LF炉升温速率特对工艺过程进行研究。

二、研究过程

1. 在生产组织上的控制

为确保高效的大罐周转运行，减少钢水的在LF炉等待位的停留时间，应合理的控制进钢包炉钢包周转个数和精炼处理周期。减小出钢后的温度损失，加强对钢包衬的绝热、充分烤包、减少LF炉的散热，合理的控制钢水在LF炉的到站温度，对于不同的罐况及时沟通，转炉做好出钢温度的控制，为稳定钢水在LF炉到站温度创造良好的条件。

根据我厂生产模式进钢包炉炉钢水罐周转应控制在4个，根据炉机节奏匹配情况，精炼周期控制在30-34分钟，稳定钢包炉的生产节奏，能减少钢包炉钢水的等待时间，有效减少钢水过程温降损失，稳定钢包炉钢水的进站温度不低于液相温度，从而减少大罐热量的损失，精炼周期缩短时，转炉应适当提高出钢温度。

2. 对钢包炉造渣前移

通过转炉的高温钢水钢流的冲击使加入的渣料部分或完全的融化预脱氧脱硫，有效的减少了在LF炉加入大量渣量带来的热量损失，同时缩短LF炉化渣时间。要求转炉出钢过程加入合成渣或助熔渣100-200KG并同时下一部分石灰

200KG入钢包，增加氩气流量搅拌，对钢包顶渣改质提前预处理。钢水到达钢包炉进站后再加入

部分渣料，降低LF炉的处理过程压力。

（三）、通过改善泡沫渣的成分、加

入方式等手段稳定发泡性

现在我们埋弧操不稳定，在冶炼过程存在持续稳弧时间短，噪音偏大，升温期间弧光裸露炉次比较常见，导致升温速率较低。我们通过改善炉渣的流动性形成一定储气能力基渣，加入发泡剂，使炉渣发泡，提高炉渣厚度，确保埋弧的稳定。

我厂LF炉现在可用的发泡材料主要是埋弧渣、碳粉、造渣脱氧剂 。由于LF炉精炼初期阶段钢中氧和渣中FeO均较高，必须在LF炉化渣加热期间进行渣的脱氧，流动的调整，营造出稳定的还原气氛，过程采用加入发泡剂保证的气体发泡的持久。LF炉采用泡沫渣埋弧操作后，可以改善熔池传热，达到了泡沫渣精炼的效果。但在精炼中后期，由于渣中FeO等不稳定氧化物减少，脱氧产出的气体减少导致发泡能力会下降。

化合物	CaCO3	MgCO3	Na2CO3	SiC	CaC2	C
体积	20.4	26.7	21.1	56	70	187

在发泡剂的选择过程中，根据发泡剂的种类不同能产生的发泡效果也不同，从实验研究结果 看，100g发泡剂产生的气体体积比较 /NL 如下：

图（1）

从上表可以看出碳酸盐在高温下的分解速 度快，反应时间短，且产生的气体体积也较少。所以精炼前中期以碳粉和CaC2混合型的发泡剂具有最好的发泡效果。在加入过程我们送电前加入电石20-40KG,送电升温过程可以根据钢种进 站碳情况分散人工打入部分电石和碳粉同时可与渣中的FeO反应产生气体，保证过程发泡的持续性，反应原理如下：

CaC2+3(FeO)=3[Fe]+(CaO)+2CO

C+(FeO)=[Fe]+CO

但在精炼中后期，由于渣中FeO等不稳定氧化物减少，产生气体的发泡能力下降；采用CaC2及CaCO3混合发泡剂可保证长时间稳定发泡效果。

（四）、供电加热制度的优化

LF炉采用电弧加热钢水， LF炉池升温速率和渣层厚度有关，在实际作业中根据熔渣层厚度采用合适的加热档位才能保证埋弧升温的最大化，所以不同的阶段制定合理供电基本原则。

在理论上我们认为钢包渣厚度大于弧长2倍能够实现完全埋弧。但一般情况下，渣层厚度应为电弧长度L+(15-12mm)即可，由于不同档位电压对应的弧长不同，过程升温我们一般需要短弧升温，才能实现埋弧操作。

影响电弧长度因素：

Larc：电弧长度，Uarc：电弧电压，α：电弧冲击深度，一般取20mm，β：弧电压降，一般取1.1mm/V；二次电压越大，电弧越细长；电弧电流越大，电弧越粗粗短；电弧长度主要取决于二次电压；

根据实际生产我们为了高效的升温，在保证埋弧稳定情况下，我们还是采用大功率升温，确保快速的升温，从不同阶段根据制定档位送电标准，以下是本厂LF炉各档位的参考升温速率。

档位（弧流7档）	2~3档	4~5档	6~8档	9~11档
升温效率℃/min	4~5	3~4	2~3	1~2

钢包炉升温参考图（2）

化渣阶段:主要以化渣为主，化渣应采用短电弧，大功率，即低弧流高弧压，尽快达到快速化渣的目的，在最短的时间内将渣化透，为埋弧创造良好的条件。采用弧压8-11档，弧流给定3-5档，待弧流稳定后在可调至7档。

升温阶段:在渣料融化后，主加热阶段采用选择合适当长的电弧，增大输入功率，及大电流大电压，高效的升温。进入升温阶段后，主要做好埋弧发泡加热，稳定弧流，提高精炼过程的热效率转化，减少加热电弧对钢包炉壁的高温辐射，减轻对耐材的侵蚀，提高加热的效率。应采用弧压2-5档位加热和7档弧流进行加热。

5. 、优化LF炉的造渣

对于我厂进LF炉生产的普通钢种，采用少 渣料操作，通过程加入发泡剂，使炉渣发泡，提高炉渣厚度，保证过程埋弧的持续稳定。同时保证碱度适中，流动性。通过化渣助溶剂调整炉渣使炉渣有合适表面张力和炉渣粘度，保证渣具有良好的发泡储气能力。

合理的渣量选择:渣层越薄，表面的散热量就越大，但不能无限的增加渣量，渣量越大，渣吸收的热量就越多，所以渣量应控制在个合适的范围，根据送电档位弧长的计算稳定埋弧的渣厚应=90mm-150mm(因弧长为70 mm~130mm)，而转炉下渣渣层厚度为20 mm~50mm，因此新加渣料量厚度至少在70 mm~100mm。通过钢包内熔渣面积，熔渣密度，计算钢包炉新加渣料量应为700kg~1200kg。而渣层的厚度我们不能单靠增加渣量来满足，通过泡沫渣工艺发泡特点也可以实现少渣量的埋弧操作。因此新加渣料量控制在600kg~1000kg即可，如果是钢水需脱硫的情况需加大渣量。

优化后的加料方式：我们通过转出钢过程中,配比加入石灰、合成渣或助溶渣渣料，利用钢水冲击能对钢水的搅拌作用及钢水显热将顶渣部分熔化，出钢过程的全程底吹氩搅拌实现造精炼前期渣。有效的降低了LF炉渣料的加入量和化渣时间，起到了对原始渣改质及预脱氧的作用，碱度提高，氧化性降低。形成的炉渣覆盖在钢液表面，减少钢液在运输过程中温降。如转炉出钢对钢水加入加料预处理，LF炉渣料配比同比减少相应的渣量，过程根据渣况进微量调整。

（六）、吹氩控制优化

LF炉的吹氩采用通过氩气流量设定来调节氩气的大小，过程进行全程吹氩控制。合理的控制氩气的大小，能保证钢液形成良好的循环，温度及成份的快速均匀，提高升温效率，减少热量损耗，同时避免钢水强烈振动造成的电极折断事故。操作中采用分阶段动态控制氩气流量，过程送电化渣加热升温：中小流量控制，维持发泡埋弧保持送电的弧流稳定，保证钢渣界面和钢水的传热，钢水上下温度达到均匀，同时避免由于流量过大，避免钢、渣剧烈翻腾造成电极振动。在加入渣料、进行合金微调、均匀成分和温度时采用大流量搅拌，促进渣料在钢包表面完全铺开熔化，控制搅拌时间确保成分和温度的快速均匀，避免温度过度损失。如果钢水处理过程需脱硫处理，过程大氩气进行强搅拌，促进钢渣界面的脱硫反应的进行。喂线钙处理后，应采用较小的吹氩流量对钢水进行弱搅拌，促进夹杂物的上浮，避免钢水的二次氧化和吸气，同时控制好弱搅拌时间保证夹杂物能充分的上浮，洁净钢液。加强透气砖的吹扫工作，保证钢包透气砖良好的透气性，避免吹氩不良现象，在实际生产过程中还应根据钢包的具体吹氩情况，通过观察钢包液面的波动情况和弧流的平稳状态及时调整氩气流量，对120LF炉加热时，应以钢水有很好的热量对流为准，氩气直径以150mm-200mm左右为宜,软吹时钢水面蠕动即可。

三、结语

经研究改进，钢水在LF炉的升温效果稳定，加热升温效率明显提高，每炉平均加热时间明显降低，降低电极消耗，满足炉机匹配的快节奏冶炼。

1、加快钢包的周转，制定合理节奏周期，减少过程温降损失。

2、通过对造渣过程的前期，有效的减少了钢包炉的化渣时间，从以前操作，钢包炉下入大量的渣量必须化渣3分钟才能变档升温，现在钢水提前造渣后可以化渣20秒即可变档快速升温，缩短了化渣时间，减小过程渣料的吸热，提高了升温效率。但由于转炉下渣，偶尔会存在化渣不良的情况，影响后面造渣操作。

3、通过对少渣量加入的控制和发泡剂加入量、加入方式、时期的控制，采用碳粉和电石综合使用作为发泡剂。保证渣有良好流动性、发泡剂可保证长时间稳定发泡效果，埋弧升温效果良好，送电弧流平稳，前期第一次升温效果可到达平均4℃/分钟，同时优化过程送电档位的控制，使钢水的升温速率达到最大化，热饱和状态最大升温效率稳定在6℃/分钟以上。

4、氩气控制的优化，降低人员钢包底吹氩操作随意性，保证了弧流的稳定，合理的控制氩气搅拌时间，明显减少了过程热量的损失，保证送电过程的热量在钢渣界面有着良好热传递效果及成分的均匀。

参考文献

1、《LF的精炼埋弧工艺技术研究》 黄宗泽 钟志敏 -《宝钢技术》 -1998

2、《LF快速造白泡沫渣工艺研究与实践》 樊亚柱 -《河南冶金》 -2013

3、 《济钢120tLF精炼炉的工艺优化》 郑淑胜 唐立冬 张茂存 -《山东冶金》 -2006

4、《电极恒阻抗控制在冶炼埋弧操作上的优越性》 杨帆 胡正君 王尚 戴本俊 吴越 -《冶金与材料》 -2019