LF钢包精炼炉的冶金效果分析

2019-12-14曹大龙毕恩君

中国金属通报 2019年11期

曹大龙，毕恩君

（本钢炼钢厂精炼作业区，辽宁本溪 117000）

以高效率—炉外精炼—连续铸造为代表的短流程工艺凭借其节能、高效、技术手段先进等一系列优势而得以在社会上大规模推广应用。钢水炉外精炼，实际上是将传统炼钢炉专炉或电弧炉中能够完成或部分完成的精炼任务(比方说脱氧、脱碳、脱硫、祛除废物等)转至炉外的“钢包”或其它公用容器中单独操作处理，所以国外又称之为一次精炼(One Ref i ning making)、二次炼钢 (Secondary steel making)或钢包冶金 (Ladle Metal making)[1]。炉外精炼的出现和发展，是炼钢工艺流程和科学技术有机结合的重大突破，它使以往的一步炼钢转变为“炉内初炼、炉外精炼”，从而实现了“一步炼钢”，使得炼钢方法发生重大改变；而且对提高冶炼水平、优化产品结构以及协调生产起到至关重要的作用，衔接炼钢连铸环节，甚至对连铸坯热铸造的全流程起到关键作用。因为短流程中钢包炉的主要功能之一就是作为电炉连铸之间的缓冲器，起到承上启下、协调节奏的作用，更好地实现多炉连浇。功能之二就是最终决定产品的出炉质量、化学性质和温度控制。所以必须在技艺研究、总体设备、真空环境、液压以及计算机控制等方面有所创新，使整台设备达到领先水平。

1 LF钢包精炼炉的冶金效果分析

1.1 造渣控制

LF钢包精炼炉的冶金效果中的造渣控制主要包括两方面内容，即渣系选择和渣量控制[2]。

渣系选择具体是按照工厂实际状况以及设备条件，选择造渣材料，主要是由石灰和萤石构成。因为电炉利用偏心炉底达到出钢目的，钢包渣面上几乎没有氧化渣得出现，所以这种渣系脱氧和脱硫效果就极其显著。渣量控制是指钢包炉渣量的调整需要分两次进行，第一次调整主要是参考熔杂样中渣滓的多少，加入适量的石灰和萤石量；第二次调整是在机器工位上进行，保证调包前渣系是稀白渣并确保渣滓成分符合有关标准要求。一般在实际冶炼过程中，石灰加入1000kg～1100kg，萤石加入250kg～300kg即可，如此脱硫率就能达到80%以上。

1.2 LF炉精炼指标完成

本文以Q235B、SPHC和管线钢三个钢种为例，考核其精炼指标的完成。虽然Q235B并不属于必须进行LF精炼的钢种，可毕竞其中大部分或因升温、保温等处理，又或其它因素，导致必须经历LF精炼工序[3]。因此，了解Q235B的精炼指标完成情况同样有利于对现行LF钢包精炼炉的冶金效果作出客观评价。文中引用的数据绝大多数取自现场的“LF钢包精炼炉生产日报表”及其它检查报告。为保证其可比性，排除了原始记录中不完整、不规范以及非正常升温与保温程序下处理的炉次。另外，由于“生产日报表”中没有记载LF钢包精炼炉工序的非作业时间，所以暂时将进炉到出炉的这段时间称之为精炼周期。

表1 各类钢种的LF精炼工序时间

首先在加热时间和精炼周期上，表1列出了Q235B、SPHC和管线钢的过分统计数据。表1中各类钢种的LF钢包精炼炉的加热时间和精炼周期的数值波动比较大。就以精炼周期平均值来说，Q235B和管线钢等低碳钢种大概在40min左右，SPHC高碳钢接近30min。其次，各类钢种进炉后均停留较长时间后才开始起弧加热。比如Q235B的平均停等时间为10.5min，SPHC为6.0min，管线钢为12.7min；上述情况证明，就现今LF钢包精炼炉的技艺水平来说尚有待规范，以便更好地提高其工作效率。

1.3 氩气的控制

LF钢包精炼炉主要是借助氩气的搅拌作用来完成各种精炼过程的，所以氩气的控制对于LF钢包精炼炉的冶炼过程来说是极其重要的。出钢后开始慢慢吹氩，确保氩气压力精准控制在0.1MPa，以保证可以吹通，吹通后将氩气压力适时调小至0.3MPa，以钢水上浮、钢液面不暴露最好[4]。吹氩时如果压力过大，就会导致钢水运动频繁，甚至发生喷溅事故，造成钢水过度氧化、吸气甚至降低其使用寿命；吹氩时压力过小，则会造成吹不通或达不到精炼钢水的目的。氩气流量是根据钢液量的多少来确定的，一般控制在20L/min～30L/min之间。在进行真空脱气处理时，氩气量必须控制在50L/min，以防真空环境下发生钢液喷溅，同时如果吹氩量小于30L/min时，也会影响其脱气效果。所以在LF钢包精炼炉的冶金过程中，氩气的控制是极其关键而必须的。

1.4 温度的控制

对于LF钢包精炼炉的冶金效果评价的一个标准就是温度把控，具体分为电炉出钢温度、调包温度、加热升温三部分内容。电炉出钢温度要求必须大于等于1673℃，精炼炉温度要求达到标准温度±40℃上下。调包温度，在钢包第一炉内，中间包第一炉的温度用T 表示，那么有关公式成立：

式中，T1代表液相线的标准温度，T2代表中间包的过热度，F1表示钢包第一炉20℃，F2表示中间包第一炉20℃。加热升温，在加热过程中，钢液的升温速度并不恒定不变的，它和有功功率呈线性相关关系，因为最开始钢包炉壁吸热速度较快，钢液升温速度较慢[5]。所以，有必要将钢包温度直接烘烤到最高温。

1.5 成份控制与改善

精炼环节是确保冶炼产品成份品质最为关键的一个环节，在电炉、LF炉、VD炉测温取样的成功就是完成动态精准把控的有效保障。精炼炉成分按照工序要求具体分为化学成分(国家规定)、内控要求以及目标要求3种，最终调包之前即精炼炉完成操作时要求成分必须按照内控要求完成，达到目标要求。电炉在出钢时，合金成分一般会控制在要求下限或低于下限，之后再另行进行调整。正常状况下，根据白渣形成后的具体成分，钢液分两批取3个～5个样品进行模拟调整。在实际生产过程级需要进行加料模型的计算，并按照作业流程、行业标准以及若干取样分析后的化学成份计算最终合金添加量，指导LF钢包精炼炉加料。同时LF钢包精炼炉基础级别中也设有合金加料计算步骤，它可以按照成份分析独立完成加料计算，实现高位料仓添加动作，完成加料任务。正是因为具备加热调整手段，所以在精炼过程中合金的添加量原则上是不受任何限制的，从而允许精炼钢种范围较广的各类合金钢成分可以有效控制在一个规定范围内。