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1、LF 炉加热工艺优化及应用实践 摘要为适应连铸节奏和不断降低成本的需要，通过优化 LF 造渣工艺及供电制度，达到提高 LF 加热效率、 降低耐火材料侵 蚀来降低炼成本的目的。从近半年的应用实践来看，LF 实现埋弧精炼，有效地提高了热效率和炉衬寿命，钢水成分和温度 控制精度都较高。 关键词 LF 精炼加热应用优化 The LF heating technics is optimize and application practicality Lei Hui Wang dejun (Steel Plant of Panzhihua Iron & Steel Co.，Panzhihua 617062
2、 ，China) Abstract the rhythm for the orientation with decline a low cost demand continuously, pass optimize LF slagging technics and the power supply system, attain an exaltation heating efficiency of the LF and lower the material erosion to lower the purpose of the cost.from the applied of half yea
3、r, the LF realization covers up the arc refinement, raising the hot efficiency and stove life, the steel water composition and temperature control accuracy all higher. Key words LF refine heat apply optimize LF是钢包炉（ Ladle Furnace）英文单词的缩写，由日本大同特殊钢公司 1971 年研究开发成功。研究初 期目的是要取代电弧炉的还原精炼期，起到减轻其精炼负担提高生产效率的作
4、用。但是，随着转炉冶炼技术、 炉外精炼技术和连铸技术的迅速发展，LF 炉的应用范围得到了大幅度地推广。目前，国内外一些冶金企业已普 遍利用 LF 炉来补偿并调整钢液温度、调整钢液成分、调节转炉与连铸机的节奏、脱硫、去除钢液夹杂或改变夹 杂物形态等。正是由于LF具有能减轻前工序冶炼负担、降低前工序出钢温度、提高前工序耐材寿命和生产能力 以及投资少、用途广、精炼效果好等优点，该精炼方式才得以很快成为了主要的炉外精炼手段之一。 攀钢自 1993 年在板坯连铸线上建成投产第一台国产LF 钢包精炼炉以后，之后相继建成投产了两台主要设 备相同的LF 炉。攀钢三台LF 炉都具有调整钢液温度与钢液成分、调节转
5、炉与连铸机的节奏、去除钢液夹杂或 改变夹杂物形态等功能。LF 炉有电极自动调节功能，生产自动化程度高，实现钢水炉外温度及成分的精确、有 效控制。但随着炼钢节奏的加快和不断降低成本需求的增加，如何提高LF 加热效率、降低耐火材料侵蚀来降低 成本就成为生产中的焦点问题。同时攀钢高炉铁水及设备控制存在的问题，转炉钢水渣层厚度控制不稳定，时 高时低，由于加热选择档位及加热曲线号时没有考虑钢水渣层厚度的因素，导致升温度效果差，钢水增碳严重， 控制难度大。 1 炼钢工艺装备及主要技术参数 1.1 工艺装备及主要参数见表1 表 1 炼钢工艺装备和主要参数 装备主要参数 铁水脱硫入炉铁水 S 0.020% 1
6、20t LD 增碳法冶炼，出钢挡渣、增碳、合金化 LF 变压器容量22MVA ，升温速率35/min RH 钢水循环量5070t/min ， 抽真空时间 4min , 极限真空度 30Pa CCM 6机 6 流，结晶器为小倒角，拉速0.60 0.65m/min ， 二冷制度按弱冷方式，采用动态轻压下 1.2 LF炉主要技术参数见表2。 表 2 LF炉加热系统的主要参数 项目技术参数 压器额定容量 22MVA， （过载 20% ，2h） 一次电压 35KV 二次电压 370200V，11 级有载调压 最大升温速度 5/min 电极直径 400mm 平均精炼周期 35min， 1.3 LF工艺流程
7、 LF 炉处理流程：钢包运至接收位接底吹氩管( 吹氩 ) 钢包车开至加热位加渣料第1 次加热 ( 化 渣) 测温、取样、定氧加合金第2 次加热测温、取样、定氧钢包车开至接收位喂丝吹氩 测温、取样、定氧拆底吹氩管RH或 CCM 。如图 1。 2 工艺措施及技术分析 2.1 造渣技术 提高 LF 炉加热效率，降低耐火材料消耗，必须实现埋弧精炼。LF 炉精炼的核心是造好精炼渣，低氧 势、适当碱度、良好的流动性和发泡能力。因此，合理成分配比的精炼渣是发挥LF 精炼能力的基础，是 提高加热效率关键因素之一。泡沫渣埋弧加热技术在提高LF炉的热效率 , 延长炉衬寿命等方面效果显著。 2.1.1调整泡沫渣成分
8、 目前常用的发泡剂主要分为碳酸盐、氟化物、氯化物三类, 后两类会产生有害气体, 不宜多用。碳酸盐 为主体的发泡剂, 碳酸盐在高温下分解释放出大量反应性气泡, 且气泡具有弥散、 细小、初始动能小的特点。 在发泡剂中配入一定量的碳粉, 可与分解产物CO2气体反应 , 生成 CO气体 , 使气体体积成倍增加。此外 配入适量的延缓剂,以延长气泡在渣中的滞留时间。 采用转炉 LF连铸工艺路线，在RYC1 钢种上进行了新型熔渣发泡剂典型试验。新型熔渣发泡剂主要 理化指标见表3。人工目测采用新型熔渣发泡剂炉渣发泡高度大约为300mm ，发泡持续时间3min 左右。 表 3 新型熔渣理化指标 化学成分 /%
9、粒度 Ca0 Si0 2 A1203 SiC CaF2 H2O P S 3mm 20mm 4060 5 1020 28 5 0.5 0.08 0.08 8% 8% 2.1.2炉渣粘度 理论研究表明，渣系的物理性质对炉渣的发泡性能有重要影响，其中渣的粘度是关键因素之一。新型 渣系由于渣中Al2O3含量较高， CaF2含量低，故粘度较大，促进了渣的泡沫化。为了获得良好的流动性, 保 证渣液应有很高的粘度，实际生产中应加入氟化钙。 2.1.3渣层厚度 试验过程中测定了渣层厚度的变化, 测定结果表明炉渣及其发泡剂发泡性能良好, 相对发泡高度达到 114% 158%,渣层厚度可达300460mm 。埋弧
10、加热要求熔池的渣层厚度达到电弧长度2 倍左右。埋弧加热 是钢包顶渣要能盖住电弧，可通过在钢液处理前向钢包加入含氧化钙、二氟化钙的复合渣达到这一要求。 如果电弧没有被完全覆盖，电弧光将会对钢包侧墙和包盖产生辐射升温，降低电能的热效率，降低耐 材寿命，增加电能消耗。故必须知道影响因素以计算出埋弧加热所需得渣量，并避免产生负面影响当采用 泡沫渣或埋弧渣时，可以采用较长电弧操作，整个电器系统的电气特性都得到改善，钢包炉衬寿命得到显 著改善，加热速度提高，电耗与电极消耗下降，所以，LF 精炼操作中应尽量采用泡沫渣埋弧操作。 2.1.4泡沫渣加入方式 通常LF 在加热前一次性将泡沫渣加入到钢包中，加热过程
11、中发泡时间仅持续几分钟时间，导致加热 后期埋弧效果较差，导致钢水加热效果差，温度控制难度大。通过分析并加以改进，泡沫渣分批加入，其 加入方案为： 根据加热时间的长短，决定加料次数， 一般情况下分2 次加入，加热前加入总量的60% ， 35min 后加入剩余的泡沫渣，以保证加热效果。 2.2 加热制度 LF 炉共有11 种档位（详见表4） ，对应每种电压有不同的弧长，弧长与电流有很大关系，而电流由 ECS通过变化每阶段电极位置来控制。电极控制系统（ECS ）可解释为电压决定电流，即根据变压器二次侧 测得的实际电压，ECS控制系统将选择一个电流值与之对应。 表 4 抽头对应的电压 抽头号电压 /V
12、 抽头号电压 /V 1 370 7 268 2 353 8 251 3 336 9 234 4 319 10 217 5 302 11 200 6 285 2.2.1电弧长度选择 采用新型熔渣发泡剂的炉次加热的效果好，而且噪音也比没有采用新型熔渣发泡剂的炉次产生的噪音 小得多。试验过程中测定了渣层厚度的变化, 测定结果表明炉渣及其发泡剂发泡性能良好, 相对发泡高度达 到 114% 158%,渣层厚度可达300460mm 。 埋弧加热要求熔池的渣层厚度达到电弧长度2 倍左右 , 电弧长度的计算公式为: L=U/3 1/2 -0.55 10 -3 I-30 mm (1) 式中 ,U 为二次电压 ,
13、I为相电流。 当二次电压采用5 档为 302V、电流为5 档 25.6kA 时, 计算电极电弧长度130mm 。可见 , 采用所开发的 埋弧渣技术能够基本达到埋弧加热要求。弧长对热效率的影响见表5。 表 5 弧长对热效率的影响 弧长/mm 升温速度 /( .min -1 ) 电耗 /kWh . ( . t) -1 热效率 /% 120 5.3 0.35 63 200 4.1 0.46 48 250 3.0 0.60 37 2.2.2供电制度 埋弧加热存在一个最佳的供电制度。一般在精炼初期采用短电弧，大功率，以快速融化渣料；在渣料 融化后选择适当长电弧，增大输入功率，快速升温；在精炼后期，根据钢
14、种要求选择适当的电弧长度和合 适的输入功率，将钢水温度控制在较窄的范围内（5） ，同时控制钢水增碳，以满足连铸对钢水成分及 温度的要求。 档位从低到高，逐步变化（电压从低到高，逐步升高），确保加热过程平稳，电流波动小，电极震荡 幅度小。加热过程中任何一相电极的电流变化较大时应停止加热。标准供电模式见图1。 升温期 化渣期 保温期 图 1 标准供电模式 同时攀钢高炉铁水及设备控制存在的问题，转炉钢水渣层厚度控制不稳定，时高时低，标准供电模式 没有考虑钢水渣层厚度的因素，导致升温度效果差。因此，根据钢液渣层厚度优化供电模式，见图2。 升温期 化渣期 保温期 图 2 优化供电模式 2.2.3电极增碳
15、 档 位 时间 档 位 时间 石墨电极通常是由石墨焦油和煤矿研磨细粉制成，它将电能转化为热能对钢液升温。在 LF 加热期间， 电极本身熔损、氧化，电极受热振还会剥落，从而使钢液增碳。精心操作优化工艺参数如电弧长度、电压 档位选择、底吹氩等可避免电极产生机械剥落。 2.3 吹氩工艺 为了确保加热效果，LF 溶渣应有一定的厚度和储泡能力，同时为此渣层过热，加热时吹氩搅拌是必需 的。 加热过程中控制适当的氩气流量，确保有足够的吹氩搅拌功，避免在加热过程中上部温度过高，同时 避免由于流量过大，钢、渣剧烈翻腾造成电极振动。 3 应用效果 通过工艺优化，精炼周期与连铸匹配可以实现多炉连浇，能够满足钢水质量
16、要求，同时降低了生产成 本，获得了非常好的技术经济效益。通过优化前后对比情况，精炼周期由40 降低到 34min ，降低精炼电 耗 6.7kW.h/t，满足了连铸节奏和生产工艺要求。因LF 处理周期缩短，对电极消耗、钢包耐材消耗等都将 降低，综合经济效益会更加可观。 为了验证供电模式优化的实用性，对比不同供电模式的效果，进行生产对比实验，实验结果详见表6。 表 6 供电模式实验结果 项目试验炉数加热时间 /min 钢水量 /t 电能消耗耗 /(kWh.t -1 ) 电极消耗 /(kg/kWh) 标准模式 85 17（1421） 135（127142） 30.5(18.941.7) 0.009 优化模式 91 14（1121） 134（127140） 24.5(17.538.9) 0.008 注：括号内为波动范围 4 结语 （1）通过改善泡沫渣的成分、加入方式等手段的造渣工艺，LF 炉采用泡沫渣埋弧操作，有利于改善 熔池传热，延长炉衬寿命，达到了泡沫渣精炼的效果。 （2）LF 炉池升温速率和渣层厚度有关，在实际作业中根据熔渣层厚度来决定应采用的加热档位，制 定合理供电的基本原则。 （3）LF 炉通过工艺优化，成分和温度控制精度较高，完全能够满足炼钢厂生产要求，精炼周期大大 缩短，可以匹配连铸机的生产节奏。