LF高效精煉技術(shù)的發(fā)展探討

摘要：LF精煉工藝目前已經(jīng)成為轉(zhuǎn)爐煉鋼的重要處理手段之一。發(fā)展至今，各大科研單位、高校和鋼企都對其進(jìn)行了研究，開發(fā)出了LF高效精煉技術(shù)。文章對轉(zhuǎn)爐氣動(dòng)擋渣技術(shù)、出鋼渣洗技術(shù)、LF造渣前移技術(shù)和空心電極技術(shù)進(jìn)行了介紹。

關(guān)鍵詞：LF爐；高效精煉技術(shù)；鋼渣電極；轉(zhuǎn)爐氣動(dòng)擋渣技術(shù)；出鋼渣洗技術(shù) 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TF703 文章編號：1009-2374（2016）24-0077-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.24.039

LF爐全稱是Ladle Furnace，即鋼包精煉爐，其主要作用是在還原氣氛下對鋼水脫氧、脫硫，調(diào)節(jié)鋼水成分和溫度，去除鋼中夾雜物。1971年日本大同制鋼的大森廠上線了第一臺(tái)LF爐，我國于1981年上鋼五廠第一臺(tái)LF爐投產(chǎn)。目前LF精煉爐工藝已經(jīng)成為了現(xiàn)代煉鋼工藝中不可缺少的重要環(huán)節(jié)。隨著現(xiàn)代科技的進(jìn)步和工業(yè)的發(fā)展以及越來越嚴(yán)峻的市場形勢，舊有的生產(chǎn)形式已經(jīng)不能滿足質(zhì)量和成本的要求，本文就近年發(fā)展起來的LF爐生產(chǎn)相關(guān)新技術(shù)進(jìn)行了闡述。

1 轉(zhuǎn)爐氣動(dòng)擋渣技術(shù)

氣動(dòng)擋渣系統(tǒng)主要由兩部分組成：一是下渣檢測系統(tǒng)；二是氣動(dòng)擋渣系統(tǒng)。下渣檢測技術(shù)是利用紅外攝像進(jìn)行爐渣檢測，原理是利用爐渣與鋼水在紅外頻率范圍內(nèi)不同的輻射行為，通過攝像及顯示評估裝置實(shí)時(shí)監(jiān)控出鋼過程，當(dāng)檢測到下渣時(shí)，立即發(fā)出警報(bào)，同時(shí)啟動(dòng)氣動(dòng)擋渣設(shè)備。擋渣時(shí)，擋渣噴頭可以對出鋼口進(jìn)行機(jī)械封閉，噴頭端部噴射高壓氣體來防止?fàn)t渣流出。即使噴頭與出鋼口之間有縫隙，高速氣流也能實(shí)現(xiàn)擋渣的效果。氣動(dòng)擋渣示意圖如圖1所示：

某鋼廠實(shí)踐表明，使用轉(zhuǎn)爐氣動(dòng)擋渣技術(shù)能有效減少下渣數(shù)量，減少渣層厚度，提高合金收得率，防止鋼水回磷，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。該技術(shù)能有效防止LF進(jìn)站鋼水表面結(jié)殼現(xiàn)象，提高LF爐化渣速度和效果，減少電極損耗，降低鋼種夾雜物。

2 出鋼渣洗技術(shù)

脫硫是LF精煉的主要任務(wù)之一，LF精煉后的鋼水硫含量可穩(wěn)定在0.005%左右，滿足絕大多數(shù)品種的需求。但是部分鋼種并不需要將硫脫到這個(gè)水平，從效率和效益角度來看，走LF精煉反而形成了“浪費(fèi)”，出鋼渣洗技術(shù)的產(chǎn)生很好地調(diào)解了這一矛盾。出鋼渣洗技術(shù)需要使用脫硫劑，脫硫劑中需富含氧化鈣（石灰提供）、電石（螢石提供）、金屬鋁（脫氧劑提供），可強(qiáng)化鋼水脫氧，有利于鋼水中硫的去除。確保良好的脫硫效果就是把脫硫劑事先投放在鋼包底部（最好能隨出鋼過程加入），利用高溫鋼水強(qiáng)大攪拌動(dòng)能以及出鋼吹氬的攪拌動(dòng)能，把高效脫硫劑與鋼水快速混勻、熔化，發(fā)生液-渣間反應(yīng)，獲得良好的渣洗效果。

渣洗形成的夾雜物主要通過頂渣吸附和軟吹氬攪拌上浮吸附進(jìn)行去除。有研究表明：兩工藝過程中各粒徑顆粒夾雜物在總體上均減少，且粒徑越小，其趨勢越加明顯；兩工藝夾雜物總?cè)コ糠謩e為73.5%和72.3%，其中大部分夾雜物在轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)至LF前階段被去除。轉(zhuǎn)爐-渣洗-鑄機(jī)工藝中夾雜物以Al2O3、FeS·MnS、CaO為主。兩工藝過程中夾雜物演變規(guī)律相似，出鋼渣洗效果明顯，由此表明轉(zhuǎn)爐-渣洗-鑄機(jī)工藝生產(chǎn)可行。出鋼渣洗技術(shù)能在部分鋼種生產(chǎn)中替代LF工藝，降低生產(chǎn)成本，提高效率。需注意的是，轉(zhuǎn)爐-渣洗-鑄機(jī)工藝僅對部分要求相對較低的鋼種上使用，在生產(chǎn)中還要注意風(fēng)險(xiǎn)防范，保證終點(diǎn)鋼水合適的溫度以供渣洗，確保脫氧脫硫效果，提高生產(chǎn)穩(wěn)定性。

3 LF造渣前移技術(shù)

正常生產(chǎn)中，LF精煉爐在較短時(shí)間內(nèi)要使精煉渣充分熔化、形成還原性白渣，達(dá)到脫硫和吸收脫氧產(chǎn)物的目的，存在的主要問題是化渣時(shí)間長、熔渣堿度低、生產(chǎn)節(jié)奏緊。這就需要充分利用出鋼到精煉過程的各種條件為精煉創(chuàng)造良好的動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)條件，重視出鋼過程脫硫及轉(zhuǎn)爐-LF等待和運(yùn)輸過程造渣，實(shí)現(xiàn)LF造渣前移對于LF爐的高效率化生產(chǎn)非常有利。造渣前移技術(shù)是通過在出鋼過程在鋼包內(nèi)提前造成高堿度、具備一定脫硫能力的頂渣，在出鋼及轉(zhuǎn)爐-LF倒運(yùn)過程持續(xù)造渣，進(jìn)LF后無需重新再造渣，直接加入鋁質(zhì)材料進(jìn)行頂渣改質(zhì)，達(dá)到節(jié)省LF處理時(shí)間，提高LF脫硫效率，提高頂渣去除鋼中夾雜物的目的。某鋼廠采用造渣前移技術(shù)后的對比數(shù)據(jù)如圖2所示：

4 空心電極技術(shù)

LF精煉爐工藝普遍使用石墨電極，在加熱過程中電極損耗造成鋼水增碳不可避免，同時(shí)精煉過程鋼水液面翻騰，會(huì)吸入空氣中的氮?dú)庠斐射撍龅?。而石墨電極加熱時(shí)間長，升溫速度慢的問題也難以與轉(zhuǎn)爐及連鑄的生產(chǎn)節(jié)奏相匹配，成為初煉爐與連鑄之間的“瓶頸”。東北大學(xué)戰(zhàn)東平、張慧書等將傳統(tǒng)LF的實(shí)心石墨電極更換成中空石墨電極，并在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行了利用中空石墨電極內(nèi)孔噴吹氣體的實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)裝置見圖3。試驗(yàn)中，先后向內(nèi)孔中吹入純氬氣、氬氣混CO2、氬氣混H2、氬氣混CH4等不同氣體，并根據(jù)結(jié)果調(diào)整各氣體的比例。實(shí)驗(yàn)表明：在實(shí)驗(yàn)室條件下，通過優(yōu)化通入電極的混合氣體的比例，能有效減緩LF過程增碳速度，降低精煉過程吸氮，提高鋼水升溫速度。該工藝目前在實(shí)驗(yàn)室中取得了良好的效果，但還需要在實(shí)際生產(chǎn)中加以驗(yàn)證，筆者將繼續(xù)關(guān)注此工藝的進(jìn)展。

圖3 實(shí)驗(yàn)爐示意圖

5 結(jié)語

良好的初煉終點(diǎn)條件是高效精煉的前提條件，脫氧、攪拌、造渣則是目前高效精煉的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。近年來，國內(nèi)LF爐精煉技術(shù)得到了較大的發(fā)展，但生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)距歐美、日本等國際先進(jìn)水平還有差距，部分技術(shù)還僅存于實(shí)驗(yàn)室理論階段，沒有在工業(yè)生產(chǎn)中真正推行。隨著鋼鐵行業(yè)發(fā)展的日益嚴(yán)峻，成本和質(zhì)量壓力不斷加重，高效精煉技術(shù)的開發(fā)迫在眉睫，這就需要廣大科研機(jī)構(gòu)和工程技術(shù)人員不斷開發(fā)創(chuàng)新，推動(dòng)高效精煉技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展。

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作者簡介：張賀全（1981-），男，山鋼股份濟(jì)南分公司煉鋼廠生產(chǎn)技術(shù)科工程師。

（責(zé)任編輯：王 波）