LF爐高效生產實踐

高洪濤，魏元，毛志勇，王鵬飛，徐福泉

（鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠，遼寧 鞍山 114021）

LF爐是以電弧加熱、氬氣攪拌和渣精煉為核心的鋼包精煉爐，不僅是鋼水二次精煉的設備，也在轉爐—連鑄機之間起到了承上啟下的作用，因此LF爐的高效、穩定是生產順行的重要環節。由于鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠四分廠LF爐精煉鋼種要求澆注周期比較短且恒速澆注，所以LF爐必須提高生產效率，降低處理時間，保證供鋼節奏。為此，開展了LF爐高效、穩定生產的控制技術研究。本文對此做一介紹。

1 LF爐處理周期的現狀

鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠四分廠LF爐基本情況如表1所示。

LF爐的處理周期包含以下方面:

（1）電極加熱升溫時間。主要任務是將進站鋼水升溫至目標出站溫度，也包括熔化渣料消耗的溫度，平均控制在7～10 min。

（2）鋼水罐罐底吹氬攪拌鋼水時間。保證鋼水在LF處理期間完成脫硫、頂渣改質、合金化、均勻鋼水溫度和成分，去除夾雜物的目的，正常罐次需要攪拌時間15～25 min。

（3）處理過程測溫取樣時間。人工測溫取樣送樣需要5～6 min。

（4）化檢驗時間。需要5～10 min。

（5）鋼水喂入包芯線時間。正常罐次需要喂入400～600 m包芯線，按照目前的喂線要求大約需要2～3 min。

綜上所述，正常鋼水條件和操作條件下，精煉周期大致在35～50 min。但是實際生產中受到很多因素的影響，LF處理周期的波動較大，在很大程度上影響了生產節奏的穩定性。

表1 LF爐基本設備參數

2 提高LF爐生產效率的具體措施

2.1 鋼水罐吹氬

采用鋼水罐底吹氬氣的攪拌方式，鋼水處理期間不同吹氬流量的控制情況主要體現在對脫硫反應速度的影響上，顯而易見，脫硫速度越快，LF爐的處理周期越短。下面將吹氬控制對脫硫反應造成的影響進行分析。

如果攪拌形式相同，則脫硫速度常數Ks和攪拌功的關系可以用下式表示:

LF爐精煉時氣體攪拌功可以根據下式進行推算：

式中，Vg為氣體流量 (標態)，m3/min；T1為鋼水溫度，℃；M1為鋼水質量，kg；h0為氣體吹入深度，m；P0為鋼水表面壓力，Pa；η為貢獻系數；為氣體溫度，℃。

從式（1）可以看出，脫硫速度常數Ks與氣體攪拌功的 n 次方成正比。從式（2）可以看出，與Vg成正比。因此得出結論，脫硫速度與吹入的氬氣流量成正比，吹入攪拌氣體的流量越大，脫硫速度越快［1］。氣體流量對脫硫速度常數Ks的影響見圖1所示。

從圖1可以看出，攪拌氣體流量增加時，脫硫反應速率增大。當流量增加到一定的數值后，脫硫反應速率急劇增大。原因是渣粒卷入金屬熔池增大了渣一鋼接觸界面，促進了脫硫反應的快速進行［2］。因此，要想縮短LF爐的處理周期，必須提高吹氬流量，促進脫硫反應的快速進行。

2.2 煉鋼方面

2.2.1 鋼水溫度

目前，LF鋼種上機溫度為1 570℃～1 590℃，鋼水澆注周期為35～38 min。考慮造渣、脫硫和生產節奏，必須保證轉爐的出鋼溫度，確保進 LF爐溫度不低于鋼種的上機溫度，以減輕LF爐處理負擔。進LF爐鋼水不同溫度對應的處理時間趨勢圖見圖2。由圖2可以看出，在一定的鋼水溫度范圍內，進LF爐溫度越高、處理時間越短，LF生產效率就越高。

進站溫度低不僅需要大幅升溫來補償鋼水溫度，造成時間的浪費，而且溫度過低會導致頂渣偏粘、鋼水流動性不好，鋼渣混合不充分，從而導致了脫硫困難［3］，更會造成處理時間的延長，非常不利于縮短LF的處理周期。生產實踐表明，鋼水溫度大于1 590℃能滿足正常處理周期的要求。

2.2.2 鋼水S含量

進LF爐鋼水的S含量也在很大程度上影響了處理周期。眾所周知，進站S越高，LF爐需要脫硫時間越長，因此處理周期就越長。例如，進LF爐S較高時，因為需要加入較大的渣量去脫硫（一般加入超過1.5 t的渣料，以及相配比的化渣劑），導致化渣時間較長，尤其是溫度偏低的情況下，更需要大量時間升溫、強攪拌進行頂渣改質脫硫，導致處理周期延長。鋼水成渣之后，進LF站鋼水不同硫含量對應的脫硫時間趨勢圖見圖3所示。

由圖3可以看出，進LF爐鋼水S越高、鋼水成渣后需要的脫硫吹氬時間越長，LF處理周期就越長。實際生產中，為了滿足鑄機高速、單中包多罐次連澆，要求進站S不超過0.024%，以便節省脫硫時間，降低處理周期。

2.3 LF爐操作

2.3.1 溫度控制

對于LF爐處理鋼種，能否準確控制鋼水溫度也直接影響處理時間。前期升溫過高，搬出溫度明顯偏高時，會導致連鑄機降速甚至澆注漏鋼等事故發生［4］，需要搬出前加入一定量的冷卻廢鋼，這會影響鋼水及時上機澆注；前期升溫不夠，搬出前需要再次降電極進行補吹，也浪費時間。總之，溫度控制不當在不同程度上都延長了LF爐處理時間，導致生產效率低下。

LF爐溫度控制原則是前期溫度控制要稍高，同時過程調整合適，搬出LF時符合澆注要求。

2.3.2 成分控制

轉爐正常出鋼合金化的罐次，LF處理過程中必須重視前期造還原渣的效果和速度，正常進LF爐鋼水條件下可在前期減少對成分的調整，待造還原渣結束后根據成分一次性調整。在處理前期必須嚴格控制好加Al量，原則是避免前期加入Al過多，導致后期處理困難，強攪拌脫去Al時間過長。同時也要減少反復加鋁多次調整頂渣脫氧度的操作，這樣不僅容易形成易于上浮的大顆粒夾雜物，而且生產實踐表明，平均每多加入一批次的脫氧鋁，處理時間會增加4～5 min。

2.3.3 脫硫控制

LF爐處理鋼水的主要任務之一就是進行鋼水的脫硫操作，普遍采用的脫硫公式為：

由式（3）能夠看出影響脫硫的主要因素如下：

（1）渣中不穩定氧化物對脫硫的影響。LF爐頂渣中的不穩定氧化物（FeO、MnO）越低，脫硫越好。

（2）初始硫含量對脫硫的影響。初始硫含量越高，需要的精煉時間越長，以保證脫硫反應的進行，無疑增加了LF爐的脫硫時間。

（3）渣量對脫硫的影響。渣量越大，硫容量越大，脫硫效果越好。

（4）頂渣流動性對脫硫的影響。頂渣流動性越好，鋼渣反應的動力學條件越好，促進脫硫反應的進行［5］。

結合煉鋼總廠四分廠的生產工藝、設備特點，在LF爐處理期間加入不低于4kg/t的造渣料，鋼水中加入不低于0.020%的Als和較高的鋼水溫度可以明顯提高脫硫效率。此外，還需要勤觀察頂渣狀態，發現異常及時調整，減少由于反復加入渣料和脫氧鋁導致鋼水長時間的吹氬強攪拌，造成時間浪費。當頂渣顏色轉變為灰色、綠色或是玻璃渣狀態即可停止攪拌，取樣分析成分。

2.4 其他方面

根據煉鋼總廠四分廠的生產特點，LF爐最終合金成分一般要依靠處理過程中送檢驗鋼水的成分來調整。經過統計，LF爐送樣開始至化驗室回樣時間大約是5～10 min，要滿足連鑄機高拉速、短周期的生產節奏，應盡量減少等樣時間，保證LF爐能夠盡快進行合金化操作，縮短處理周期。經過優化各道工序生產效率，化驗室回樣時間可以穩定控制在7 min以內。

另外，縮短LF處理周期還要注重操作細節。例如，經過統計，振動1 t渣料大約需要2～3 min。為節省時間，應該預先將第一批渣料準備好，進站定氧后第一時間加入罐內，在升溫期間振動第二批渣料并加入。生產前要認真檢查以排除影響處理周期的常見設備異常，例如，喂線機狀態、喂線導管長度及電極長度等。

3 應用效果

上述措施實施后，2014年普碳類鋼種平均每罐鋼水的處理周期隨月份變化情況見表2。由表2可以看出，普碳類鋼種的處理周期從40 min降至36 min，LF處理周期大約縮短了4 min，達到了預期的目的，能夠滿足目前生產節奏。

表2 LF生產普碳鋼處理周期的變化趨勢

4 結語

為了縮短LF爐處理周期，提高LF爐生產效率，采取了提高鋼水罐吹氬流量，LF爐進站鋼水溫度大于1 590℃、進站S含量不超過0.024%，化驗室回樣時間控制在7 min以內，減少加鋁批次合理加入渣料數量，避免反復調整頂渣操作等措施，結果普碳鋼的LF爐處理周期大約縮短了4 min，能夠控制在36 min以內。

［1］ 辛悅農，林洋，溫鐵光，等.縮短LF爐深脫硫處理周期的研究［J］.鞍鋼技術，2003（4）：10-12.

［2］ 曾加慶,羅廷樑,劉瀏，等.轉爐出鋼過程中脫硫及鋼中夾雜物改性［J］.鋼鐵研究學報,2005，17（2）：12-15.

［3］ 傅杰.鋼冶金過程動力學［M］.北京：冶金工業出版社，2001.

［4］ E.T.Turkdogan,魏季和.高溫工藝物理化學［M］.北京：化學工業出版社,1988

［5］ 王展宏.鋼包爐（LF）精煉渣的作用和特性分析［J］.鋼鐵研究，1996（3）：11-16.