LF爐外精煉工藝研究與優化

盧 彬， 鄭 瑾， 陳 亮， 席曉利， 徐 偉

（1.河鋼樂亭鋼鐵有限公司， 河北 唐山 063000；2.河北鋼鐵股份有限公司唐山分公司， 河北 唐山 063000）

1 應用背景

鋼包爐外精煉爐（LF）是由日本特殊鋼鐵公司在1971年開發研制的，早先以精煉處理特殊鋼為主，是一種以電弧加熱、氬氣攪拌和渣精煉為核心的鋼包精煉爐生產技術、由于LF精煉具有多種冶煉功能和使用中的靈活性，在普鋼生產廠也得到廣泛的應用。在我國，隨著連鑄的全面推廣，LF爐外精煉也迅速地發展起來，LF所處理的鋼種幾乎涉及從特殊品種鋼到普通鋼種的絕大部分鋼種。隨著鋼鐵行業競爭的日益嚴峻，如何提高冶煉效率，提升鋼水純凈度、降低冶煉成本已成為各鋼廠LF爐外精煉重點發展及攻關的項目。

2 總體思路及技術方案

2.1 總體思路

根據目前一鋼軋廠LF冶煉工藝現狀，優化改善LF脫氧工藝，加快造渣速率，提升鋼水純凈度降低冶煉成本；研究推行LF快速冶煉工藝，減少LF精煉冶煉時間，降低精煉過程中的物料及能源消耗；提升LF精煉終點成分控制能力，提高鋼種成分命中率，實現各鋼種窄成分控制，在保證鋼種成分命中的同時最大程度降低冶煉成本；優化精煉鈣處理工藝，提高含鈣包芯線的吸收率，提高鋼水改質效果，降低鈣處理成本。

2.2 技術方案

2.2.1 LF脫氧工藝的改進與創新

2.2.1.1 鋼渣的氧化性的分析與優化

1）降低鋼水終點氧含量及轉爐下渣量。中高碳鋼氧位控制在320×10-6左右，低碳鋼氧位控制在520×10-6左右。轉爐采用擋渣錐進行擋渣出鋼，安裝轉爐下渣檢測裝置。確保鋼包下渣量不大于80 mm。

2）優化轉爐合金脫氧制度。根據轉爐終點氧值，在出鋼1/5或1/4時加入錳鐵、鋁錳鈦或鋼砂鋁對鋼水進行預脫氧。在合金加入后，加入石灰頂渣的加入量為2 kg/t，對鋼水進行渣洗，預造渣。

2.2.1.2 造渣脫氧物料的研究與優化

根據現有冶煉鋼種的特點，引進了新型脫氧物料：鋁鈣復合脫氧造渣劑。此脫氧劑中鋁呈細小片狀分布于脫氧球中，相對接觸面積較大，在有效的融入鋼渣迅速對鋼渣進行脫氧同時，還能避免因包蓋除塵將鋁片吸走所帶來的不必要損失，并且通過與CaO結合，在劇烈鋁氧反應的過程中起到加速脫硫的效果。通過使用鋁鈣復合脫氧劑對鋼渣進行脫氧操作，鋼渣中的FeO、MnO含量明顯降低，脫氧作用明顯。脫氧物料成本較使用正常料情況下降低0.70 元/t。

2.2.1.3 LF冶煉過程中鋼包底吹氬的優化

制定合理的底吹氬制度、精確控制冶煉過程吹氬流量能有效提高夾雜物上浮速率，提高鋼水純凈度，縮短冶煉時間?；谝陨蠋c，熱軋部對底吹氬設備進行了升級改造，對冶煉過程中不同階段的氬氣流量進行了量化規定：進站鋼包接好氬氣管后及時吹氬，站外待冶煉階段按50～200 L/min控制，靜吹弱攪拌；過程流量100～300 L/min，做到鋼水不裸露，鋼渣面輕微波動；給電升溫過程中等強度攪拌過程流量300～600 L/min控制，保證埋弧效果的同時，均勻鋼水溫度；脫氧脫硫強攪拌過程流量按800～1 000 L/min控制，加快冶煉節奏，提高冶煉效率。

通過LF脫氧工藝優改進與創新，加快了還原渣的成渣速度，提高了精煉渣吸附夾雜的能力，為夾雜物上浮提供充足的時間，有效降低了鋼中氧化物夾雜含量，通過對SPHC/SPHD脫氧程度較深的鋼種取樣分析，出站 w（T[O]）基本控制在 30×10-6以下；有效的提高了鋼水質量。通過新型復合脫氧劑的使用，有效地降低了精煉脫氧成本，脫氧物料降低成本0.7 元/t。

2.2.2 LF快速冶煉工藝的研究與推廣

隨著鋼鐵市場競爭的日益激烈，鋼鐵企業進入“微利”時代，在現有設備基礎上提高普通鋼種冶煉效率對企業發展將起到重要的推動作用，LF爐外精煉作為不可缺少的一個環節，其精煉效率直接影響到整個冶煉效率，為進一步提高精煉冶煉效率，更好地滿足下道工序的產能要求，一鋼軋廠采取以下措施實現了LF快速冶煉工藝。

2.2.2.1 鐵水預處理及轉爐工藝的優化

1）提高入爐鐵水脫硫率、扒渣率、嚴格控制入爐原料質量，降低轉爐終點S含量，減輕精煉脫硫壓力。

2）優化爐后脫氧造渣制度，將原有頂渣脫氧制度進行優化改進，固化出鋼過程合金料、脫氧劑、頂渣的加入順序，對鋼水進行預脫氧、預造渣。

2.2.2.2 對LF精煉進站條件的優化

提高轉爐成分和溫度合格率，終點度命中率達到93%以上。大包成分命中率達到95%以上。

2.2.2.3 優化生產組織模式

為減少轉爐—精煉—連鑄鋼水運行過程中的溫降，要求轉爐—精煉蹲鋼時間控制在20 min以內，精煉—連鑄待澆時間控制在15 min以內。減少鋼包周轉數量，由原來的15個減少至13個，優化了鋼包包況。

2.2.2.4 熱態渣循環利用

熱態鋼渣的循環利用，減少了LF造渣劑的消耗，提高了LF供電初期的穩定性和熱效率；有利于提高鋼包壽命，降低耐材消耗；提高了金屬收得率，目前熱態渣回收率已提高至93%以上。

2.2.3 LF冶煉工藝的優化

2.2.3.1 快速造渣工藝

對于無澆余或加灰較多爐次，進站加入部分復合脫氧造渣劑（見表1），調整渣中Al2O3含量，增加鋼渣流動性，增強鋼渣夾雜物吸附能力；采用新型鋁鈣復合脫氧劑對鋼渣進行脫氧，加快白渣形成速度；改善熔渣物料結構，以前主要使用螢石對鋼渣黏度進行調節，螢石不僅價格較高，且融化過程會造成大量的溫度損失，故引進新型熔渣物料：螢石面、熔渣劑，此新型物料價格便宜，CaF含量較高，且呈粉末狀分布，減少融化溫降的同時能有效加速鋼渣粘度的調節。

表1 復合脫氧造渣劑理化指標 %

2.2.3.2 強調一次性喂鋁脫氧工藝

根據現場情況要求精煉采用一次性喂鋁對鋼水進行脫氧，二次對鋼中鋁進行微調的方式，減少精煉鋁線喂入次數，要求精煉根據進站Als含量，一次性喂入鋁線，達到鋼中w（Als）≥230×10-6，減少或避免二次補鋁，加快了精煉脫氧節奏，為夾雜物上浮提供了有利條件，提高了鋼水質量。

通過LF快速冶煉的推廣，LF冶煉時間大幅降低，在保證鋼水質量的同時，精煉最短時間縮短至25 min，精煉電耗也顯著降低，由原來的28 kWh/t降低至26 kWh/t；通過一次性喂鋁工藝的推廣，目前冶煉SPHC一次喂鋁率達到40%，二次喂鋁以內爐數占總爐數的70%，減少了鈣處理前鋁線喂入量，加快了精煉脫氧節奏，為夾雜物上浮提供了有利條件，提高了鋼水質量；螢石面、熔渣劑使用量站全部調渣物料的65%，并逐步繼續提高所占比例，最終替代螢石。

2.2.4 終點成分控制能力優化與提升

1）控制轉爐下渣量，提升轉爐大包Als含硫量。

2）控制熱態鋼渣回收量，制定相應標準。

3）清理鋼包，保證鋼包潔凈。

4）控制合金物料計入時間，保證脫氧完畢后加入合金物料。

5）引用碳線、硼鐵線、鈦鐵線等包芯線提升控制精度。

LF處理鋼水成分合格率達到100%，w（C）、w（Mn）窄成分命中率99%以上。

2.2.5 鈣處理工藝的優化與創新

鈣處理就是把鈣線通過喂絲機喂入鋼水中，利用鋼包底吹氬系統，促進鋼水的均勻化，可以把脫氧產生的高熔點的脆性Al2O3夾雜物變為低熔點的鈣鋁酸鹽夾雜（如12CaO·7Al2O3），有效的促進夾雜物上浮，提高鋼水潔凈度。

鈣處理對LF精煉保證可澆性方面起到至關重要的作用，通過對精煉過程的嚴格控制基本杜絕了連鑄在澆鋼過程中的水口堵塞問題，但鈣處理成本較高，為進一步降低成本，我部對鈣處理工藝進行了逐步優化，提高了鈣線吸收率，降低了鈣處理成本。

2.2.5.1 鈣鋁包芯線優化

引進新型的復合鈣鋁包芯線，此種鈣線的生產工藝是用純鈣錠高壓熱拔抽拉成的純鈣棒，用鋼殼包裹而成，在鋼棒表面在包裹一層鋁粒，再排線。復合鈣鋁比鈣鐵線優勢明顯，如喂線時間短，喂線前后溫降小，鈣在鋼水臨界深度以下停留時間較長，收得率比不同鈣鐵線高，喂線量減少50%。

2.2.5.2 新型喂絲導管的使用

受轉爐出鋼量、鋼包包齡、回澆余量的影響，每爐鋼的凈空都有所區別，過大的鋼包凈空嚴重影響喂絲導管與鋼渣界面的距離。導管與鋼渣界面距離越大，鈣線的喂入深度也就越淺，鋼渣界面收鈣蒸汽影響翻騰就越劇烈，鈣線的吸收率就越低。根據實際生產情況設計新型升降式喂絲導管（見圖1），可根據不同的鋼水凈空進行上下調節，有效彌補了鋼包凈空對鈣線吸收率產生的影響。

通過以上優化措施，目前平均鈣線百米增鈣量（質量分數）10.87×10-6，吸收率 22.2%。

圖1 升降式喂絲導管

3 實施效果

鋼水質量得到明顯提升，各鋼種命中率達到100%，窄成分命中率達到99%以上，出站w（T[O]）基本控制在（20～30）×10-6之間，提高了產品潔凈度及穩定性；冶煉效率顯著提高，LF冶煉時間大幅降低，精煉最短時間縮短至25 min，已能滿足日產1.5萬t的生產任務；能源物料消耗成本降低，物料消耗累計減少1 489.4萬元，能源消耗累計降低400萬元。

4 結語

通過優化LF爐外精煉脫氧工藝、推行LF爐快速冶煉工藝、提升LF終點成分控制能力、改進創新鈣處理工藝等一系列改進關鍵工藝技術措施的實施與集成，熱軋部LF爐外精煉工藝得到全面優化與改進，最大程度的發掘了LF爐外精煉的潛力，提高了鋼水質量，為以后生產高品質鋼打下有力基礎。