LF高效精煉技術的發展探討

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

關鍵詞：LF爐；高效精煉技術；鋼渣電極；轉爐氣動擋渣技術；出鋼渣洗技術 文獻標識碼：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，調節鋼水成分和溫度，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LF爐，我國于1981年上鋼五廠第一臺LF爐投產。目前LF精煉爐工藝已經成為了現代煉鋼工藝中不可缺少的重要環節。隨著現代科技的進步和工業的發展以及越來越嚴峻的市場形勢，舊有的生產形式已經不能滿足質量和成本的要求，本文就近年發展起來的LF爐生產相關新技術進行了闡述。

1 轉爐氣動擋渣技術

氣動擋渣系統主要由兩部分組成：一是下渣檢測系統；二是氣動擋渣系統。下渣檢測技術是利用紅外攝像進行爐渣檢測，原理是利用爐渣與鋼水在紅外頻率范圍內不同的輻射行為，通過攝像及顯示評估裝置實時監控出鋼過程，當檢測到下渣時，立即發出警報，同時啟動氣動擋渣設備。擋渣時，擋渣噴頭可以對出鋼口進行機械封閉，噴頭端部噴射高壓氣體來防止爐渣流出。即使噴頭與出鋼口之間有縫隙，高速氣流也能實現擋渣的效果。氣動擋渣示意圖如圖1所示：

某鋼廠實踐表明，使用轉爐氣動擋渣技術能有效減少下渣數量，減少渣層厚度，提高合金收得率，防止鋼水回磷，具有顯著的經濟效益。該技術能有效防止LF進站鋼水表面結殼現象，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

脫硫是LF精煉的主要任務之一，LF精煉后的鋼水硫含量可穩定在0.005%左右，滿足絕大多數品種的需求。但是部分鋼種并不需要將硫脫到這個水平，從效率和效益角度來看，走LF精煉反而形成了“浪費”，出鋼渣洗技術的產生很好地調解了這一矛盾。出鋼渣洗技術需要使用脫硫劑，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），利用高溫鋼水強大攪拌動能以及出鋼吹氬的攪拌動能，把高效脫硫劑與鋼水快速混勻、熔化，發生液-渣間反應，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；兩工藝夾雜物總去除量分別為73.5%和72.3%，其中大部分夾雜物在轉爐終點至LF前階段被去除。轉爐-渣洗-鑄機工藝中夾雜物以Al2O3、FeS·MnS、CaO為主。兩工藝過程中夾雜物演變規律相似，出鋼渣洗效果明顯，由此表明轉爐-渣洗-鑄機工藝生產可行。出鋼渣洗技術能在部分鋼種生產中替代LF工藝，降低生產成本，提高效率。需注意的是，轉爐-渣洗-鑄機工藝僅對部分要求相對較低的鋼種上使用，在生產中還要注意風險防范，保證終點鋼水合適的溫度以供渣洗，確保脫氧脫硫效果，提高生產穩定性。

3 LF造渣前移技術

正常生產中，LF精煉爐在較短時間內要使精煉渣充分熔化、形成還原性白渣，達到脫硫和吸收脫氧產物的目的，存在的主要問題是化渣時間長、熔渣堿度低、生產節奏緊。這就需要充分利用出鋼到精煉過程的各種條件為精煉創造良好的動力學和熱力學條件，重視出鋼過程脫硫及轉爐-LF等待和運輸過程造渣，實現LF造渣前移對于LF爐的高效率化生產非常有利。造渣前移技術是通過在出鋼過程在鋼包內提前造成高堿度、具備一定脫硫能力的頂渣，在出鋼及轉爐-LF倒運過程持續造渣，進LF后無需重新再造渣，直接加入鋁質材料進行頂渣改質，達到節省LF處理時間，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后的對比數據如圖2所示：

4 空心電極技術

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，同時精煉過程鋼水液面翻騰，會吸入空氣中的氮氣造成鋼水增氮。而石墨電極加熱時間長，升溫速度慢的問題也難以與轉爐及連鑄的生產節奏相匹配，成為初煉爐與連鑄之間的“瓶頸”。東北大學戰東平、張慧書等將傳統LF的實心石墨電極更換成中空石墨電極，并在實驗室條件下進行了利用中空石墨電極內孔噴吹氣體的實驗研究，實驗裝置見圖3。試驗中，先后向內孔中吹入純氬氣、氬氣混CO2、氬氣混H2、氬氣混CH4等不同氣體，并根據結果調整各氣體的比例。實驗表明：在實驗室條件下，通過優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。該工藝目前在實驗室中取得了良好的效果，但還需要在實際生產中加以驗證，筆者將繼續關注此工藝的進展。

圖3 實驗爐示意圖

5 結語

良好的初煉終點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鍵環節。近年來，國內LF爐精煉技術得到了較大的發展，但生產技術經濟指標距歐美、日本等國際先進水平還有差距，部分技術還僅存于實驗室理論階段，沒有在工業生產中真正推行。隨著鋼鐵行業發展的日益嚴峻，成本和質量壓力不斷加重，高效精煉技術的開發迫在眉睫，這就需要廣大科研機構和工程技術人員不斷開發創新，推動高效精煉技術進一步發展。

參考文獻

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

（責任編輯：王 波）