LF爐降低石墨電極消耗實踐

王飛 么敬文 劉建坤

摘要：電極損耗是 LF 爐精煉過程的主要生產成本耗費之一。本文分析了石墨電極斷面消耗、側面消耗、折斷消耗的機理。通過對電極進行浸泡處理、優化供電制度、優化底吹氬氣和造渣制度、合理控制出站溫度等有效措施，電極消耗降低比例約27%，精煉電耗降低比例約15%。電極消耗降低，極大程度上降低了操作人員的工作強度，提升了鋼水質量，降低了生產成本。所述措施在生產過程中成功應用后，確保了精煉生產的穩定順行。

關鍵詞：LF爐;石墨電極;消耗;浸泡電極

LF爐具有爐內還原性氣氛、底吹氬氣攪拌、電極埋弧加熱、白渣精煉等冶金功能[1] ，在提高鋼水質量、調節生產節奏等方面發揮著十分重要的作用。目前，LF爐已成為鋼鐵企業普遍采用的鋼水二次精煉手段。LF爐的運行成本主要由電能成本、電極成本、物料成本、氬氣成本等構成，其中電極成本約占總成本的20%～28%。因此，減少電極消耗對降低LF爐精煉成本具有重要意義。

一、LF爐精煉過程中電極消耗機理分析

（一）LF爐設備的主要參數

唐鋼中厚板公司LF爐主要的技術參數

（二）石墨電極主要參數

目前電極分類按其質量優劣，可分為普通功率、高功率和超高功率，中厚板公司使用超高功率石墨電極，

（三）電極消耗機理分析

LF爐超高功率電極為石墨電極，在LF爐升溫過程中作為導體以電弧形式釋放電能對鋼水進行加熱。電極消耗通常由電極折斷消耗、側面消耗、端面消耗三方面構成。

1.電極折斷

電極折斷是LF爐操作中發生的異常情況，可分為高位折斷和低位折斷[3] 。高位折斷通常是電極受外力作用發生在電極柱的最高連接處，即發生在電極夾持器下的電極接縫處。低位斷裂發生在電極下端，集中在電極最下端的接縫附近，由于局部氧化過快，電極直徑變細，受到外力作用時會發生折斷。

2.電極側面消耗

在溫度超過400℃時，氧即能滲入石墨表面發生氧化，在溫度超過550℃時氧化加劇，石墨電極溫度越高，石墨電極氧化越快。石墨電極附近的氧濃度和表面周圍的氣流速度是石墨電極氧化的影響關鍵因素。電極側面氧化消耗約占總消耗的34.3%～63.5%，對電極消耗影響最大。另一方面，電極表面脫落也增加了電極消耗，電極直徑越大，電極橫截面內中心部位與表層的溫差增大，由此產生熱應力的提高將引起電極產生裂紋或表面剝落。

3.電極端面消耗

在加熱過程電弧溫度極高（7354K），而在起弧前電極的溫度較低，在電極中的熱應力使其剝落。在電流波動幅度較大，超過電極電流密度允許值時，單相電流密度過大，端部應力不平衡而導致端面剝落。在大電流下電弧劇烈向外偏移，在渣層較厚或埋弧效果不好時，電極端面和鋼渣液相接觸，端面被部分熔解，如圖3所示。電極端部消耗可以用式（2）

根據Bowman提供的實驗數據[3] ，可回歸得到參數A與電弧電壓關系的經驗方程，結合中厚板公司的實際操作條件以及現場操作記錄，統計出3～8月的月平均精煉時間，給電時間。數據統計得出，LF精煉處理周期平均為35min，通電時間平均為14.7min，噸鋼電耗36.23kW·h/t，電極單耗1.28kg/t。按月平均電極消耗計算出參數A的平均值為0.023。參照Bowman的數據取n=0.567，確定出參數K=0.783。當實際操作中電流和電壓隨時間變化時，應進行如式（3）

二、降低電極消耗措施

（一）浸泡電極

對電極進行抗氧化處理。選擇耐高溫、化學性質穩定、熱膨脹系數與電極接近熱震性良好的試劑對電極表面進行浸泡處理，試劑在電極表面干燥后形成一層封閉，封閉層高溫下不易開裂，在冶煉過程中，抗氧化涂層能有效隔絕空氣中氧氣與電極基體表面直接接觸，減少石墨電極的側面氧化消耗。

（二）合理控制溫度

提高并穩定鋼水在LF爐到站溫度，在滿足過熱度要求的情況下盡可能降低出站溫度，以縮短加熱時間。通過提高操作水平和加強管理，適當提高并穩定轉爐出鋼溫度及罐內溫度，為提高并穩定鋼水在LF爐到站溫度創造良好條件。

（三）優化底吹氬氣控制

吹氬攪拌與電弧長度配合不好，會造成鋼水舔電極，導致電極消耗增加。因此LF爐處理過程中實行全程吹氬并優化LF爐全程吹氬供氣模型，分階段動態控制氬氣流量。實際生產過程中氬氣流量控制較好，不但減少了爐蓋粘渣，而且也避免了鋼水強烈振動造成的電極折斷事故。

（四）優化供電制度

電極端面的熔損與電流強度、加熱時間成正比，一般在精煉初期采用短電弧，大功率，以快速融化渣料;在渣料融化后選擇適當長電弧，增大輸入功率，快速升溫;在精煉后期，根據鋼種要求選擇適當的電弧長度和合適的輸入功率，將鋼水溫度控制在較窄的范圍內（11±5℃），同時控制鋼水增碳，以滿足連鑄對鋼水成分及溫度的要求。

參考文獻：

[1] 馮聚和，等.鐵水預處理與爐外精煉[M].北京：冶金工業出版社，2008：180～181.

[2] 席曉利，等.唐鋼150tLF爐電極消耗的分析與實踐[J].河北冶金，2011，（11）：75～77

[3] 南條敏夫.煉鋼電弧爐設備與高效益運行[M].李中祥譯.北京：冶金工業出版社，2000.

（作者單位：唐山中厚板有限公司）