LF爐在現代冶煉工業中的應用研究

楊 鑫

（酒鋼集團宏興鋼鐵股份有限公司鋼鐵研究院，甘肅 嘉峪關 735100）

1 LF爐發展及特點

LF爐精煉主要有以下幾個特點：第一，創造強還原氣氛。雖然爐自身沒有真空系統,但因為金屬外包裹物與爐蓋密封會將空氣隔離在外,加熱后石墨電極與爐渣中的FeO、MnO等生成反應，生成CO氣體,進而使LF爐內氣氛中氧含量降低到0.5%。冶煉產品在還原氣氛下精煉能夠進一步脫氧、脫硫，更好地出去非金屬夾雜。第二，氬氣攪拌。氬氣攪拌可以加速金屬—渣之間的物質傳遞,有利于脫氧、脫硫反應的進行[1]。吹氬攪拌還可以去除非金屬夾雜物，特別是對Al2O3類型的夾雜物上浮去除更為有利，能夠有效去除合金液體存留的絕大多數20μm以上夾雜Al2O3，提高產品質量。第三，埋弧加熱。LF精煉爐采用三根石墨電極進行埋弧加熱，這種方法輻射熱小，加熱的熱效率較高，升溫幅度可達3～5℃/min，可以大大降低初煉爐的出金屬品的溫度。

2 LF爐冶金理論原理

LF爐冶金理論原理以轉爐冶金理論為基礎，補充了微觀冶金理論的技術理論。主要體現在加熱與還原氣氛控制、LF脫氧、LF脫硫、夾雜物控制技術等幾個方面。

2.1 加熱與還原氣氛控制

LF爐通過電弧進行加熱，能夠準確控制終點溫度，其中浸入渣中的石墨與渣中氧化物反應，生成還原性保護氣體，防止合金液體攪拌水產生二次氧化：

2.2 LF脫氧

LF精煉爐中的脫氧過程一般更傾向于沉淀脫氧與擴散脫氧相結合的工藝，對于爐外精煉脫氧工藝而言，不僅要降低金屬中自由氧含量，更要控制全氧含量。全氧的降低速率可由下式表示：

Ln[(%O)-(%Oe)]/[(%Oo)-(%Oe)]=-Kot

式中：e表示穩定態時氧水平。Ko為一個包含渣合金物質之間氧化物傳質系數的常數。

2.3 LF脫硫

在LF爐工藝中，脫硫主要依靠堿性還原渣和金屬之間的相互反應而進行，因此脫硫受渣的化學和物理性能、堿度、FeO和MnO含量以及攪拌能的支配。表1對LF脫硫的熱力學、動力學的理論進行了分析。

表1 LF脫硫的熱力學、動力學的理論分析

3 LF爐在冶金過程中的效果分析

3.1 降低生產成本

由于LF精煉爐的強大冶金功能，可有效降低前道生產工序的工藝負荷，減少入爐鐵水脫硫比例，降低產品產出溫度，從而降低冶煉金屬損失、脫氧合金消耗以及補護爐耐火材料投入等。使金屬冶煉綜合成本與無LF精煉爐生產工藝路線相比，得到有效降低。

3.2 提高產品的質量

LF爐借助白渣精煉、底吹氬攪拌、喂絲和電弧加熱等有效方式，使得合金液體成份及溫度更為均衡，金屬中氣體和夾雜有效降低，并得到凈化。

4 LF爐精煉存在問題及優化

4.1 LF爐精煉目前存在的問題

當前，LF爐精煉工藝雖然應用范圍愈來愈廣，但是也存在一些問題，主要表現在以下幾點：①當前，大多數企業的精煉操作依然憑借經驗，尚未建立標準生產管理模型。由于人為操作的過多干預，造成工藝指標波動，影響產品質量，嚴重時甚至發生生產事故，導致產線停產。②關鍵操作參數控制不受控。由于未建立標準操作模型，絕大部分的工藝操作參數是手動控制，而每個操作人員的操作習慣也不盡相同，導致實際工藝控制參數頻繁變化，對產品質量造成較大的影響。③信息收集未完善。目前，冶煉過程的絕大部分生產信息主要靠人工傳遞，管理依靠人工盯控，及時性、有效性無法保障。人為因素造成的判斷誤差對生產總成一定的沖擊。

4.2 LF爐精煉問題優化策略

在現有LF精煉爐控制系統基礎上，新增一套二級工藝模型控制系統，包括硬件、系統軟件和由數據庫支撐的冶金工藝模型、生產管理模型的應用軟件，以及一、二級、數據庫之間的通訊。實現LF操作自動化控制，最大程度減少人為干預操作。

建立的二級自動化控制系統必須具備以下實用性、可靠性、先進性及可擴展性的應用功能：①生產計劃調度信息、處理時間、加熱指令、精煉方式等生產命令的接受與發布。②各類生產操作管理，定義產品生產的工藝步驟，自動控制系統依據定義的步驟進行生產過程控制。③實現本工序、相鄰工序及現場化驗室的網絡通訊指導生產。

5 LF爐優化升級后的效果

通過升級，LF爐在經濟效益和社會效益上均有所提升。

5.1 經濟效益

系統升級后，通過提高穩定性，可有效減少處理時間，提高生效率；減少因操作錯誤產生的人為因素影響；通過自動精確計算，可減少合金、耐輔材及能源消耗來降低生產成本，保障產品質量。

5.2 社會效益

借助對LF精煉爐自動控制模型的優化升級，對LF二級模型程序作出改進，構建LF自動精煉模型。優化過后，操作環境得到有效改善，同時也對一鍵式冶煉、綠色冶煉的推進奠定了基礎。

6 結論

本文基于LF爐的發展、特點及使用現狀，對LF爐精煉存在的問題進行了分析研究，有針對性的建立一套完備的自動化操作控制模型運用于生產管理的優化策略，并以此為基礎分析了LF爐優化升級后的效果，這對穩定LF精煉爐的生產，提高生產效率具有重要意義。