LF精煉過程增碳研究

王超　姜成

摘 要：高品質(zhì)鋼的生產(chǎn)水平是一個(gè)企業(yè)綜合競爭能力的表現(xiàn)，研究高品質(zhì)鋼又是一個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜過程，基礎(chǔ)研究非常重要[1]。長材制造部高品質(zhì)鋼主要為焊絲焊條系列，該系列鋼材要求C含量0.060%-0.090%之間，目標(biāo)值為0.070%，轉(zhuǎn)爐供精煉成分中C要求控制在0.060%以下，精煉爐要C按目標(biāo)值控制則要求盡量縮小精煉過程增碳量。根據(jù)長材制造部生產(chǎn)焊絲鋼統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示第一次送電、變渣后平均增碳0.020%，第二次送電平均增碳0.007%。整個(gè)過程增碳接近0.03%。精煉過程接近0.03%的增碳量成為長材制造部冶煉低碳鋼的主要限制性環(huán)節(jié)，為降低精煉過程增碳本人對LF爐送電原理進(jìn)行分析，主要從送電制度和造渣制度方面進(jìn)行分析，尋找降低精煉過程中增碳的主要原因，并制定相應(yīng)措施。

關(guān)鍵詞：LF爐；低碳鋼；降低過程增碳；措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.20.006

1 研究背景

1.1 長材制造部煉鋼工藝流程

長材制造部焊絲鋼主要生產(chǎn)流程為：鐵水→60t轉(zhuǎn)爐→LF精煉爐→連鑄→鑄坯。目前轉(zhuǎn)爐冶煉焊絲鋼成品碳能夠控制在0.060%以下，精煉爐過程增碳在0.027%-0.035%之間，且經(jīng)常出現(xiàn)碳含量在0.090%以上情況，影響焊絲鋼C的穩(wěn)定性，對后續(xù)客戶使用造成困難，造成質(zhì)量異議。

1.2 LF精煉爐冶煉過程

目前長材制造部LF爐精煉過程為：轉(zhuǎn)爐鋼水→加頂倉灰100kg→精煉到位→開氬氣加渣料→送電加脫氧劑造渣→取樣化驗(yàn)→送電加脫氧劑造渣→調(diào)整成分→送電加脫氧劑造渣→白渣出鋼→軟吹→加覆蓋劑吊包→連鑄。此過程中增碳主要過程為送電加脫氧劑過程中。第一次送電過程增碳在0.020%，第二、三次送電過程增碳0.007%。整個(gè)過程增碳在0.03%左右。

2 電極增碳原因

2.1 LF爐電極工作原理

電極控制原理如圖1所示：有一根位于中央的石墨陰極，兩根位于陰極兩側(cè)的石墨陽極。三根電極位于同一平面由電極把持器夾持，通過液壓系統(tǒng)控制分別沿導(dǎo)軌上下移動(dòng)。

鋼包爐控制系統(tǒng)電參數(shù)關(guān)系為：

P= UARC·IARC + UES1·IES1 + UES2·IES2

P——加熱功率；

UARC——電弧電壓；

IARC——陰極電流；

UES1——陽極1渣阻電壓；

IES1——陽極1電流；

UES2——陽極2渣阻電壓；

IES2——陽極2電流。

由鋼包爐電參數(shù)關(guān)系式可以看出冶煉過程的熱源主要為電弧加熱和電渣加熱兩部分組成。精煉過程在無外加其他原料的情況下，引起增碳的主要原因是石墨電極熔人鋼液中，為此首先要保證鋼包內(nèi)渣層要有一定的厚度。

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在精煉過程使陽極保持在渣層中的辦法是：

（1）由于渣層具有一定的電阻，陽極電流流經(jīng)渣層時(shí)要產(chǎn)生一定的壓降，冶煉過程通過控制渣阻壓降即可達(dá)到陽極不伸人鋼液的目的；

（2）通過裝在電極夾持臂上的電極定位系統(tǒng)，可使陽極精確定位在渣層中，以達(dá)到避免增碳的目的。根據(jù)直流電弧-電渣加熱鋼包爐的原理及冶煉工藝要求，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在精煉過程中通過對陽極電壓、電流，陰極電壓、電流的檢測與調(diào)節(jié)，按適宜的控制模型以實(shí)現(xiàn)達(dá)到上述的指標(biāo)。

2.2 LF爐電極增碳分析

根據(jù)查閱相關(guān)資料和現(xiàn)場造成點(diǎn)擊增碳的主要原因可從以下幾個(gè)方面進(jìn)行分析。

（1）接觸式增碳。LF 使用石墨電極升溫，由于送電過程中基本上采取大電流短弧操作，電極與鋼水表面的距離較近，由于底吹氬的作用，液面波動(dòng)導(dǎo)致電極與鋼水直接接觸使鋼水發(fā)生滲碳反應(yīng)，導(dǎo)致鋼水增碳。

（2）非接觸式增碳。由于電弧的高溫使石墨前端部升華即蒸發(fā)，因熱應(yīng)力使其崩裂即熱剝落。升華的氣體碳在電弧的電離作用下很容易使鋼水增碳。而電極端部的熱剝落直接使石墨碎片進(jìn)入爐渣而使鋼水增碳。而電極側(cè)面的氧化消耗生成的CO 氣體，進(jìn)入電弧區(qū)被電離后也會(huì)引起鋼水增碳。

（3）電極掉塊直接增碳。LF 使用石墨電極升溫降溫過程中由于受到自身溫度變化影響電極本身（尤其是接頭處）造成脫落，進(jìn)入鋼水。造成增碳。根據(jù)電極碳含量計(jì)算噸鋼僅需0.1kg電極，就會(huì)造成鋼水增碳0.01%。

3 控制電極增碳措施

3.1 針對接觸式電極增碳的措施

接觸式增碳主要是由于鋼水與電極的直接接觸造成的滲碳，減少其直接接觸是防止電極滲碳的根本辦法。對此我們采取以下幾種措施：

（1）送電過程適時(shí)調(diào)整氬氣流量，防止鋼水?dāng)嚢柽^重造成舔電極引起的增碳。

（2） 增加渣層厚度和電阻，針對這點(diǎn)我們主要采取以適量增加渣量為輔，以保持精煉渣發(fā)泡良好來增加渣厚和電阻為主的方式為主減少鋼水和電極的直接接觸。

（3）轉(zhuǎn)爐加頂倉灰提前化渣，減少精煉第一次造渣過程中化渣難的問題，降低靠大氬氣攪拌造成鋼水舔電極的概率。

3.2 針對非接觸式電極增碳的措施

非接觸式電極增碳是由于電弧的高溫使石墨前端部升華即蒸發(fā)，因熱應(yīng)力使其崩裂即熱剝落。升華的氣體碳在電弧的電離作用下很容易使鋼水增碳。針對這種情況我們從兩個(gè)方面考慮；（1）如何減少電弧區(qū)電極的蒸發(fā)；（2）如何減少由于電離CO引起鋼水增碳。針對以上兩個(gè)原因我們采取以下幾個(gè)措施：

（1）精煉生產(chǎn)盡量保持連續(xù)，生產(chǎn)過程保證爐蓋內(nèi)良好的還原性氣氛。減少由于電極表面氧化造成電極瘦身，瘦身后電極電阻增加，從而導(dǎo)致送電過程中分壓增加，熱效率增加最終導(dǎo)致電極本身和電弧區(qū)更易揮發(fā)和氧化，造成鋼水增碳。

（2）采用較低檔位進(jìn)行送電減少電極分壓，長弧操作，減少電極熱效率。目前采取4檔（230V）操作。

（3）減少送電時(shí)間，通過提高轉(zhuǎn)爐供精煉溫度，提高折渣率、控制精煉周期、連鑄低溫快拉等方式減少精煉爐送電周期通過減少精煉增碳時(shí)間控制增碳量。

3.3 針對電極掉塊造成增碳的措施

電極掉塊主要由以下幾個(gè)：（1）電極接頭處螺絲與螺母接觸不良造成電阻增加，過熱造成螺母脫落。（2）由于受到物理打擊和熱震沖擊電極造成電極掉塊。針對以上兩個(gè)原因我們主要采取以下幾個(gè)措施：

（1）聯(lián)系電極廠家提升電極質(zhì)量，避免電極存在裂紋，提高電極頭、尾螺絲與螺母的咬合度。

（2）接電極對電極接頭進(jìn)行仔細(xì)清掃，避免接縫處空隙出現(xiàn)。

（3）加入合金物料時(shí)，暫停送電防止合金對電極造成打擊引起電極脫落。

（4）規(guī)范吹氬操作減少鋼水舔電極情況發(fā)生對于電極本身造成的物理沖擊和熱沖擊。

4 減少電極增碳措施效果

經(jīng)過對于以上措施的嚴(yán)格執(zhí)行，制定合理的吹氬制度，改善電極質(zhì)量。經(jīng)過現(xiàn)場跟蹤保持精煉渣良好的發(fā)泡性和良好的吹氬制度，生產(chǎn)過程中鋼水舔電極情況明顯減少，電極零碎掉塊想想得到控制。精煉過程中增碳尤其是第一次送電變渣過程中增碳得到明顯改善。目前在精煉第一次送電過程中增碳已經(jīng)降低至0.015%，第二次送電增碳平均為0.05%較之前有明顯改善。同時(shí)由于電極增碳得到有效控制電極千度電消耗、噸鋼電耗等指標(biāo)都有不同程度的降低。

5 結(jié)語

本文通過對電極增碳的分析，找出了LF電極增碳的主要原因，并制定行之有效的措施為LF爐冶煉完善了工藝，為降本提質(zhì)提出來新的思路，更為本煉鋼廠冶煉低碳鋼、超低碳鋼打下了良好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]姜周華，李花兵，董艷伍.電渣重熔高氮鋼技術(shù)的進(jìn)展[J].鋼鐵研究學(xué)報(bào)，2006，26（10）：1-4.endprint