LF爐高效生產(chǎn)實(shí)踐

高洪濤，魏元，毛志勇，王鵬飛，徐福泉

（鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠，遼寧 鞍山 114021）

LF爐是以電弧加熱、氬氣攪拌和渣精煉為核心的鋼包精煉爐，不僅是鋼水二次精煉的設(shè)備，也在轉(zhuǎn)爐—連鑄機(jī)之間起到了承上啟下的作用，因此LF爐的高效、穩(wěn)定是生產(chǎn)順行的重要環(huán)節(jié)。由于鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠四分廠LF爐精煉鋼種要求澆注周期比較短且恒速澆注，所以LF爐必須提高生產(chǎn)效率，降低處理時(shí)間，保證供鋼節(jié)奏。為此，開展了LF爐高效、穩(wěn)定生產(chǎn)的控制技術(shù)研究。本文對此做一介紹。

1 LF爐處理周期的現(xiàn)狀

鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠四分廠LF爐基本情況如表1所示。

LF爐的處理周期包含以下方面:

（1）電極加熱升溫時(shí)間。主要任務(wù)是將進(jìn)站鋼水升溫至目標(biāo)出站溫度，也包括熔化渣料消耗的溫度，平均控制在7～10 min。

（2）鋼水罐罐底吹氬攪拌鋼水時(shí)間。保證鋼水在LF處理期間完成脫硫、頂渣改質(zhì)、合金化、均勻鋼水溫度和成分，去除夾雜物的目的，正常罐次需要攪拌時(shí)間15～25 min。

（3）處理過程測溫取樣時(shí)間。人工測溫取樣送樣需要5～6 min。

（4）化檢驗(yàn)時(shí)間。需要5～10 min。

（5）鋼水喂入包芯線時(shí)間。正常罐次需要喂入400～600 m包芯線，按照目前的喂線要求大約需要2～3 min。

綜上所述，正常鋼水條件和操作條件下，精煉周期大致在35～50 min。但是實(shí)際生產(chǎn)中受到很多因素的影響，LF處理周期的波動(dòng)較大，在很大程度上影響了生產(chǎn)節(jié)奏的穩(wěn)定性。

表1 LF爐基本設(shè)備參數(shù)

2 提高LF爐生產(chǎn)效率的具體措施

2.1 鋼水罐吹氬

采用鋼水罐底吹氬氣的攪拌方式，鋼水處理期間不同吹氬流量的控制情況主要體現(xiàn)在對脫硫反應(yīng)速度的影響上，顯而易見，脫硫速度越快，LF爐的處理周期越短。下面將吹氬控制對脫硫反應(yīng)造成的影響進(jìn)行分析。

如果攪拌形式相同，則脫硫速度常數(shù)Ks和攪拌功的關(guān)系可以用下式表示:

LF爐精煉時(shí)氣體攪拌功可以根據(jù)下式進(jìn)行推算：

式中，Vg為氣體流量 (標(biāo)態(tài))，m3/min；T1為鋼水溫度，℃；M1為鋼水質(zhì)量，kg；h0為氣體吹入深度，m；P0為鋼水表面壓力，Pa；η為貢獻(xiàn)系數(shù)；為氣體溫度，℃。

從式（1）可以看出，脫硫速度常數(shù)Ks與氣體攪拌功的 n 次方成正比。從式（2）可以看出，與Vg成正比。因此得出結(jié)論，脫硫速度與吹入的氬氣流量成正比，吹入攪拌氣體的流量越大，脫硫速度越快［1］。氣體流量對脫硫速度常數(shù)Ks的影響見圖1所示。

從圖1可以看出，攪拌氣體流量增加時(shí)，脫硫反應(yīng)速率增大。當(dāng)流量增加到一定的數(shù)值后，脫硫反應(yīng)速率急劇增大。原因是渣粒卷入金屬熔池增大了渣一鋼接觸界面，促進(jìn)了脫硫反應(yīng)的快速進(jìn)行［2］。因此，要想縮短LF爐的處理周期，必須提高吹氬流量，促進(jìn)脫硫反應(yīng)的快速進(jìn)行。

2.2 煉鋼方面

2.2.1 鋼水溫度

目前，LF鋼種上機(jī)溫度為1 570℃～1 590℃，鋼水澆注周期為35～38 min。考慮造渣、脫硫和生產(chǎn)節(jié)奏，必須保證轉(zhuǎn)爐的出鋼溫度，確保進(jìn) LF爐溫度不低于鋼種的上機(jī)溫度，以減輕LF爐處理負(fù)擔(dān)。進(jìn)LF爐鋼水不同溫度對應(yīng)的處理時(shí)間趨勢圖見圖2。由圖2可以看出，在一定的鋼水溫度范圍內(nèi)，進(jìn)LF爐溫度越高、處理時(shí)間越短，LF生產(chǎn)效率就越高。

進(jìn)站溫度低不僅需要大幅升溫來補(bǔ)償鋼水溫度，造成時(shí)間的浪費(fèi)，而且溫度過低會(huì)導(dǎo)致頂渣偏粘、鋼水流動(dòng)性不好，鋼渣混合不充分，從而導(dǎo)致了脫硫困難［3］，更會(huì)造成處理時(shí)間的延長，非常不利于縮短LF的處理周期。生產(chǎn)實(shí)踐表明，鋼水溫度大于1 590℃能滿足正常處理周期的要求。

2.2.2 鋼水S含量

進(jìn)LF爐鋼水的S含量也在很大程度上影響了處理周期。眾所周知，進(jìn)站S越高，LF爐需要脫硫時(shí)間越長，因此處理周期就越長。例如，進(jìn)LF爐S較高時(shí)，因?yàn)樾枰尤胼^大的渣量去脫硫（一般加入超過1.5 t的渣料，以及相配比的化渣劑），導(dǎo)致化渣時(shí)間較長，尤其是溫度偏低的情況下，更需要大量時(shí)間升溫、強(qiáng)攪拌進(jìn)行頂渣改質(zhì)脫硫，導(dǎo)致處理周期延長。鋼水成渣之后，進(jìn)LF站鋼水不同硫含量對應(yīng)的脫硫時(shí)間趨勢圖見圖3所示。

由圖3可以看出，進(jìn)LF爐鋼水S越高、鋼水成渣后需要的脫硫吹氬時(shí)間越長，LF處理周期就越長。實(shí)際生產(chǎn)中，為了滿足鑄機(jī)高速、單中包多罐次連澆，要求進(jìn)站S不超過0.024%，以便節(jié)省脫硫時(shí)間，降低處理周期。

2.3 LF爐操作

2.3.1 溫度控制

對于LF爐處理鋼種，能否準(zhǔn)確控制鋼水溫度也直接影響處理時(shí)間。前期升溫過高，搬出溫度明顯偏高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致連鑄機(jī)降速甚至澆注漏鋼等事故發(fā)生［4］，需要搬出前加入一定量的冷卻廢鋼，這會(huì)影響鋼水及時(shí)上機(jī)澆注；前期升溫不夠，搬出前需要再次降電極進(jìn)行補(bǔ)吹，也浪費(fèi)時(shí)間。總之，溫度控制不當(dāng)在不同程度上都延長了LF爐處理時(shí)間，導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下。

LF爐溫度控制原則是前期溫度控制要稍高，同時(shí)過程調(diào)整合適，搬出LF時(shí)符合澆注要求。

2.3.2 成分控制

轉(zhuǎn)爐正常出鋼合金化的罐次，LF處理過程中必須重視前期造還原渣的效果和速度，正常進(jìn)LF爐鋼水條件下可在前期減少對成分的調(diào)整，待造還原渣結(jié)束后根據(jù)成分一次性調(diào)整。在處理前期必須嚴(yán)格控制好加Al量，原則是避免前期加入Al過多，導(dǎo)致后期處理困難，強(qiáng)攪拌脫去Al時(shí)間過長。同時(shí)也要減少反復(fù)加鋁多次調(diào)整頂渣脫氧度的操作，這樣不僅容易形成易于上浮的大顆粒夾雜物，而且生產(chǎn)實(shí)踐表明，平均每多加入一批次的脫氧鋁，處理時(shí)間會(huì)增加4～5 min。

2.3.3 脫硫控制

LF爐處理鋼水的主要任務(wù)之一就是進(jìn)行鋼水的脫硫操作，普遍采用的脫硫公式為：

由式（3）能夠看出影響脫硫的主要因素如下：

（1）渣中不穩(wěn)定氧化物對脫硫的影響。LF爐頂渣中的不穩(wěn)定氧化物（FeO、MnO）越低，脫硫越好。

（2）初始硫含量對脫硫的影響。初始硫含量越高，需要的精煉時(shí)間越長，以保證脫硫反應(yīng)的進(jìn)行，無疑增加了LF爐的脫硫時(shí)間。

（3）渣量對脫硫的影響。渣量越大，硫容量越大，脫硫效果越好。

（4）頂渣流動(dòng)性對脫硫的影響。頂渣流動(dòng)性越好，鋼渣反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)條件越好，促進(jìn)脫硫反應(yīng)的進(jìn)行［5］。

結(jié)合煉鋼總廠四分廠的生產(chǎn)工藝、設(shè)備特點(diǎn)，在LF爐處理期間加入不低于4kg/t的造渣料，鋼水中加入不低于0.020%的Als和較高的鋼水溫度可以明顯提高脫硫效率。此外，還需要勤觀察頂渣狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)調(diào)整，減少由于反復(fù)加入渣料和脫氧鋁導(dǎo)致鋼水長時(shí)間的吹氬強(qiáng)攪拌，造成時(shí)間浪費(fèi)。當(dāng)頂渣顏色轉(zhuǎn)變?yōu)榛疑⒕G色或是玻璃渣狀態(tài)即可停止攪拌，取樣分析成分。

2.4 其他方面

根據(jù)煉鋼總廠四分廠的生產(chǎn)特點(diǎn)，LF爐最終合金成分一般要依靠處理過程中送檢驗(yàn)鋼水的成分來調(diào)整。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)，LF爐送樣開始至化驗(yàn)室回樣時(shí)間大約是5～10 min，要滿足連鑄機(jī)高拉速、短周期的生產(chǎn)節(jié)奏，應(yīng)盡量減少等樣時(shí)間，保證LF爐能夠盡快進(jìn)行合金化操作，縮短處理周期。經(jīng)過優(yōu)化各道工序生產(chǎn)效率，化驗(yàn)室回樣時(shí)間可以穩(wěn)定控制在7 min以內(nèi)。

另外，縮短LF處理周期還要注重操作細(xì)節(jié)。例如，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)，振動(dòng)1 t渣料大約需要2～3 min。為節(jié)省時(shí)間，應(yīng)該預(yù)先將第一批渣料準(zhǔn)備好，進(jìn)站定氧后第一時(shí)間加入罐內(nèi)，在升溫期間振動(dòng)第二批渣料并加入。生產(chǎn)前要認(rèn)真檢查以排除影響處理周期的常見設(shè)備異常，例如，喂線機(jī)狀態(tài)、喂線導(dǎo)管長度及電極長度等。

3 應(yīng)用效果

上述措施實(shí)施后，2014年普碳類鋼種平均每罐鋼水的處理周期隨月份變化情況見表2。由表2可以看出，普碳類鋼種的處理周期從40 min降至36 min，LF處理周期大約縮短了4 min，達(dá)到了預(yù)期的目的，能夠滿足目前生產(chǎn)節(jié)奏。

表2 LF生產(chǎn)普碳鋼處理周期的變化趨勢

4 結(jié)語

為了縮短LF爐處理周期，提高LF爐生產(chǎn)效率，采取了提高鋼水罐吹氬流量，LF爐進(jìn)站鋼水溫度大于1 590℃、進(jìn)站S含量不超過0.024%，化驗(yàn)室回樣時(shí)間控制在7 min以內(nèi)，減少加鋁批次合理加入渣料數(shù)量，避免反復(fù)調(diào)整頂渣操作等措施，結(jié)果普碳鋼的LF爐處理周期大約縮短了4 min，能夠控制在36 min以內(nèi)。

［1］ 辛悅農(nóng)，林洋，溫鐵光，等.縮短LF爐深脫硫處理周期的研究［J］.鞍鋼技術(shù)，2003（4）：10-12.

［2］ 曾加慶,羅廷樑,劉瀏，等.轉(zhuǎn)爐出鋼過程中脫硫及鋼中夾雜物改性［J］.鋼鐵研究學(xué)報(bào),2005，17（2）：12-15.

［3］ 傅杰.鋼冶金過程動(dòng)力學(xué)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2001.

［4］ E.T.Turkdogan,魏季和.高溫工藝物理化學(xué)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社,1988

［5］ 王展宏.鋼包爐（LF）精煉渣的作用和特性分析［J］.鋼鐵研究，1996（3）：11-16.