LF精煉過程增碳研究

王超　姜成

摘 要：高品質鋼的生產水平是一個企業綜合競爭能力的表現，研究高品質鋼又是一個系統的復雜過程，基礎研究非常重要[1]。長材制造部高品質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，目標值為0.070%，轉爐供精煉成分中C要求控制在0.060%以下，精煉爐要C按目標值控制則要求盡量縮小精煉過程增碳量。根據長材制造部生產焊絲鋼統計數據顯示第一次送電、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節，為降低精煉過程增碳本人對LF爐送電原理進行分析，主要從送電制度和造渣制度方面進行分析，尋找降低精煉過程中增碳的主要原因，并制定相應措施。

關鍵詞：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流程為：鐵水→60t轉爐→LF精煉爐→連鑄→鑄坯。目前轉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，且經常出現碳含量在0.090%以上情況，影響焊絲鋼C的穩定性，對后續客戶使用造成困難，造成質量異議。

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→送電加脫氧劑造渣→調整成分→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，通過液壓系統控制分別沿導軌上下移動。

鋼包爐控制系統電參數關系為：

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。

由鋼包爐電參數關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渣層要有一定的厚度。

計算機控制系統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，陽極電流流經渣層時要產生一定的壓降，冶煉過程通過控制渣阻壓降即可達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，可使陽極精確定位在渣層中，以達到避免增碳的目的。根據直流電弧-電渣加熱鋼包爐的原理及冶煉工藝要求，計算機控制系統在精煉過程中通過對陽極電壓、電流，陰極電壓、電流的檢測與調節，按適宜的控制模型以實現達到上述的指標。

2.2 LF爐電極增碳分析

根據查閱相關資料和現場造成點擊增碳的主要原因可從以下幾個方面進行分析。

（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，液面波動導致電極與鋼水直接接觸使鋼水發生滲碳反應，導致鋼水增碳。

（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，因熱應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入爐渣而使鋼水增碳。而電極側面的氧化消耗生成的CO 氣體，進入電弧區被電離后也會引起鋼水增碳。

（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，進入鋼水。造成增碳。根據電極碳含量計算噸鋼僅需0.1kg電極，就會造成鋼水增碳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）送電過程適時調整氬氣流量，防止鋼水攪拌過重造成舔電極引起的增碳。

（2） 增加渣層厚度和電阻，針對這點我們主要采取以適量增加渣量為輔，以保持精煉渣發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，因熱應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方面考慮；（1）如何減少電弧區電極的蒸發；（2）如何減少由于電離CO引起鋼水增碳。針對以上兩個原因我們采取以下幾個措施：

（1）精煉生產盡量保持連續，生產過程保證爐蓋內良好的還原性氣氛。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，從而導致送電過程中分壓增加，熱效率增加最終導致電極本身和電弧區更易揮發和氧化，造成鋼水增碳。

（2）采用較低檔位進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）減少送電時間，通過提高轉爐供精煉溫度，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：（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。針對以上兩個原因我們主要采取以下幾個措施：

（1）聯系電極廠家提升電極質量，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行仔細清掃，避免接縫處空隙出現。

（3）加入合金物料時，暫停送電防止合金對電極造成打擊引起電極脫落。

（4）規范吹氬操作減少鋼水舔電極情況發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

經過對于以上措施的嚴格執行，制定合理的吹氬制度，改善電極質量。經過現場跟蹤保持精煉渣良好的發泡性和良好的吹氬制度，生產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、噸鋼電耗等指標都有不同程度的降低。

5 結語

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。

參考文獻：

[1]姜周華，李花兵，董艷伍.電渣重熔高氮鋼技術的進展[J].鋼鐵研究學報，2006，26（10）：1-4.endprint