LF爐在現(xiàn)代冶煉工業(yè)中的應(yīng)用研究

楊 鑫

（酒鋼集團(tuán)宏興鋼鐵股份有限公司鋼鐵研究院，甘肅 嘉峪關(guān) 735100）

1 LF爐發(fā)展及特點(diǎn)

LF爐精煉主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：第一，創(chuàng)造強(qiáng)還原氣氛。雖然爐自身沒有真空系統(tǒng),但因?yàn)榻饘偻獍锱c爐蓋密封會將空氣隔離在外,加熱后石墨電極與爐渣中的FeO、MnO等生成反應(yīng)，生成CO氣體,進(jìn)而使LF爐內(nèi)氣氛中氧含量降低到0.5%。冶煉產(chǎn)品在還原氣氛下精煉能夠進(jìn)一步脫氧、脫硫，更好地出去非金屬夾雜。第二，氬氣攪拌。氬氣攪拌可以加速金屬—渣之間的物質(zhì)傳遞,有利于脫氧、脫硫反應(yīng)的進(jìn)行[1]。吹氬攪拌還可以去除非金屬夾雜物，特別是對Al2O3類型的夾雜物上浮去除更為有利，能夠有效去除合金液體存留的絕大多數(shù)20μm以上夾雜Al2O3，提高產(chǎn)品質(zhì)量。第三，埋弧加熱。LF精煉爐采用三根石墨電極進(jìn)行埋弧加熱，這種方法輻射熱小，加熱的熱效率較高，升溫幅度可達(dá)3～5℃/min，可以大大降低初煉爐的出金屬品的溫度。

2 LF爐冶金理論原理

LF爐冶金理論原理以轉(zhuǎn)爐冶金理論為基礎(chǔ)，補(bǔ)充了微觀冶金理論的技術(shù)理論。主要體現(xiàn)在加熱與還原氣氛控制、LF脫氧、LF脫硫、夾雜物控制技術(shù)等幾個(gè)方面。

2.1 加熱與還原氣氛控制

LF爐通過電弧進(jìn)行加熱，能夠準(zhǔn)確控制終點(diǎn)溫度，其中浸入渣中的石墨與渣中氧化物反應(yīng)，生成還原性保護(hù)氣體，防止合金液體攪拌水產(chǎn)生二次氧化：

2.2 LF脫氧

LF精煉爐中的脫氧過程一般更傾向于沉淀脫氧與擴(kuò)散脫氧相結(jié)合的工藝，對于爐外精煉脫氧工藝而言，不僅要降低金屬中自由氧含量，更要控制全氧含量。全氧的降低速率可由下式表示：

Ln[(%O)-(%Oe)]/[(%Oo)-(%Oe)]=-Kot

式中：e表示穩(wěn)定態(tài)時(shí)氧水平。Ko為一個(gè)包含渣合金物質(zhì)之間氧化物傳質(zhì)系數(shù)的常數(shù)。

2.3 LF脫硫

在LF爐工藝中，脫硫主要依靠堿性還原渣和金屬之間的相互反應(yīng)而進(jìn)行，因此脫硫受渣的化學(xué)和物理性能、堿度、FeO和MnO含量以及攪拌能的支配。表1對LF脫硫的熱力學(xué)、動力學(xué)的理論進(jìn)行了分析。

表1 LF脫硫的熱力學(xué)、動力學(xué)的理論分析

3 LF爐在冶金過程中的效果分析

3.1 降低生產(chǎn)成本

由于LF精煉爐的強(qiáng)大冶金功能，可有效降低前道生產(chǎn)工序的工藝負(fù)荷，減少入爐鐵水脫硫比例，降低產(chǎn)品產(chǎn)出溫度，從而降低冶煉金屬損失、脫氧合金消耗以及補(bǔ)護(hù)爐耐火材料投入等。使金屬冶煉綜合成本與無LF精煉爐生產(chǎn)工藝路線相比，得到有效降低。

3.2 提高產(chǎn)品的質(zhì)量

LF爐借助白渣精煉、底吹氬攪拌、喂絲和電弧加熱等有效方式，使得合金液體成份及溫度更為均衡，金屬中氣體和夾雜有效降低，并得到凈化。

4 LF爐精煉存在問題及優(yōu)化

4.1 LF爐精煉目前存在的問題

當(dāng)前，LF爐精煉工藝雖然應(yīng)用范圍愈來愈廣，但是也存在一些問題，主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：①當(dāng)前，大多數(shù)企業(yè)的精煉操作依然憑借經(jīng)驗(yàn)，尚未建立標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)管理模型。由于人為操作的過多干預(yù)，造成工藝指標(biāo)波動，影響產(chǎn)品質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)甚至發(fā)生生產(chǎn)事故，導(dǎo)致產(chǎn)線停產(chǎn)。②關(guān)鍵操作參數(shù)控制不受控。由于未建立標(biāo)準(zhǔn)操作模型，絕大部分的工藝操作參數(shù)是手動控制，而每個(gè)操作人員的操作習(xí)慣也不盡相同，導(dǎo)致實(shí)際工藝控制參數(shù)頻繁變化，對產(chǎn)品質(zhì)量造成較大的影響。③信息收集未完善。目前，冶煉過程的絕大部分生產(chǎn)信息主要靠人工傳遞，管理依靠人工盯控，及時(shí)性、有效性無法保障。人為因素造成的判斷誤差對生產(chǎn)總成一定的沖擊。

4.2 LF爐精煉問題優(yōu)化策略

在現(xiàn)有LF精煉爐控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上，新增一套二級工藝模型控制系統(tǒng)，包括硬件、系統(tǒng)軟件和由數(shù)據(jù)庫支撐的冶金工藝模型、生產(chǎn)管理模型的應(yīng)用軟件，以及一、二級、數(shù)據(jù)庫之間的通訊。實(shí)現(xiàn)LF操作自動化控制，最大程度減少人為干預(yù)操作。

建立的二級自動化控制系統(tǒng)必須具備以下實(shí)用性、可靠性、先進(jìn)性及可擴(kuò)展性的應(yīng)用功能：①生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度信息、處理時(shí)間、加熱指令、精煉方式等生產(chǎn)命令的接受與發(fā)布。②各類生產(chǎn)操作管理，定義產(chǎn)品生產(chǎn)的工藝步驟，自動控制系統(tǒng)依據(jù)定義的步驟進(jìn)行生產(chǎn)過程控制。③實(shí)現(xiàn)本工序、相鄰工序及現(xiàn)場化驗(yàn)室的網(wǎng)絡(luò)通訊指導(dǎo)生產(chǎn)。

5 LF爐優(yōu)化升級后的效果

通過升級，LF爐在經(jīng)濟(jì)效益和社會效益上均有所提升。

5.1 經(jīng)濟(jì)效益

系統(tǒng)升級后，通過提高穩(wěn)定性，可有效減少處理時(shí)間，提高生效率；減少因操作錯(cuò)誤產(chǎn)生的人為因素影響；通過自動精確計(jì)算，可減少合金、耐輔材及能源消耗來降低生產(chǎn)成本，保障產(chǎn)品質(zhì)量。

5.2 社會效益

借助對LF精煉爐自動控制模型的優(yōu)化升級，對LF二級模型程序作出改進(jìn)，構(gòu)建LF自動精煉模型。優(yōu)化過后，操作環(huán)境得到有效改善，同時(shí)也對一鍵式冶煉、綠色冶煉的推進(jìn)奠定了基礎(chǔ)。

6 結(jié)論

本文基于LF爐的發(fā)展、特點(diǎn)及使用現(xiàn)狀，對LF爐精煉存在的問題進(jìn)行了分析研究，有針對性的建立一套完備的自動化操作控制模型運(yùn)用于生產(chǎn)管理的優(yōu)化策略，并以此為基礎(chǔ)分析了LF爐優(yōu)化升級后的效果，這對穩(wěn)定LF精煉爐的生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率具有重要意義。