LF高效精炼技术的发展探讨

摘要：LF精炼工艺目前已经成为转炉炼钢的重要处理手段之一。发展至今，各大科研单位、高校和钢企都对其进行了研究，开发出了LF高效精炼技术。文章对转炉气动挡渣技术、出钢渣洗技术、LF造渣前移技术和空心电极技术进行了介绍。

关键词：LF炉；高效精炼技术；钢渣电极；转炉气动挡渣技术；出钢渣洗技术 文献标识码：A

中图分类号：TF703 文章编号：1009-2374（2016）24-0077-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.24.039

LF炉全称是Ladle Furnace，即钢包精炼炉，其主要作用是在还原气氛下对钢水脱氧、脱硫，调节钢水成分和温度，去除钢中夹杂物。1971年日本大同制钢的大森厂上线了第一台LF炉，我国于1981年上钢五厂第一台LF炉投产。目前LF精炼炉工艺已经成为了现代炼钢工艺中不可缺少的重要环节。随着现代科技的进步和工业的发展以及越来越严峻的市场形势，旧有的生产形式已经不能满足质量和成本的要求，本文就近年发展起来的LF炉生产相关新技术进行了阐述。

1 转炉气动挡渣技术

气动挡渣系统主要由兩部分组成：一是下渣检测系统；二是气动挡渣系统。下渣检测技术是利用红外摄像进行炉渣检测，原理是利用炉渣与钢水在红外频率范围内不同的辐射行为，通过摄像及显示评估装置实时监控出钢过程，当检测到下渣时，立即发出警报，同时启动气动挡渣设备。挡渣时，挡渣喷头可以对出钢口进行机械封闭，喷头端部喷射高压气体来防止炉渣流出。即使喷头与出钢口之间有缝隙，高速气流也能实现挡渣的效果。气动挡渣示意图如图1所示：

某钢厂实践表明，使用转炉气动挡渣技术能有效减少下渣数量，减少渣层厚度，提高合金收得率，防止钢水回磷，具有显著的经济效益。该技术能有效防止LF进站钢水表面结壳现象，提高LF炉化渣速度和效果，减少电极损耗，降低钢种夹杂物。

2 出钢渣洗技术

脱硫是LF精炼的主要任务之一，LF精炼后的钢水硫含量可稳定在0.005%左右，满足绝大多数品种的需求。但是部分钢种并不需要将硫脱到这个水平，从效率和效益角度来看，走LF精炼反而形成了“浪费”，出钢渣洗技术的产生很好地调解了这一矛盾。出钢渣洗技术需要使用脱硫剂，脱硫剂中需富含氧化钙（石灰提供）、电石（萤石提供）、金属铝（脱氧剂提供），可强化钢水脱氧，有利于钢水中硫的去除。确保良好的脱硫效果就是把脱硫剂事先投放在钢包底部（最好能随出钢过程加入），利用高温钢水强大搅拌动能以及出钢吹氩的搅拌动能，把高效脱硫剂与钢水快速混匀、熔化，发生液-渣间反应，获得良好的渣洗效果。

渣洗形成的夹杂物主要通过顶渣吸附和软吹氩搅拌上浮吸附进行去除。有研究表明：两工艺过程中各粒径颗粒夹杂物在总体上均减少，且粒径越小，其趋势越加明显；两工艺夹杂物总去除量分别为73.5%和72.3%，其中大部分夹杂物在转炉终点至LF前阶段被去除。转炉-渣洗-铸机工艺中夹杂物以Al2O3、FeS·MnS、CaO为主。两工艺过程中夹杂物演变规律相似，出钢渣洗效果明显，由此表明转炉-渣洗-铸机工艺生产可行。出钢渣洗技术能在部分钢种生产中替代LF工艺，降低生产成本，提高效率。需注意的是，转炉-渣洗-铸机工艺仅对部分要求相对较低的钢种上使用，在生产中还要注意风险防范，保证终点钢水合适的温度以供渣洗，确保脱氧脱硫效果，提高生产稳定性。

3 LF造渣前移技术

正常生产中，LF精炼炉在较短时间内要使精炼渣充分熔化、形成还原性白渣，达到脱硫和吸收脱氧产物的目的，存在的主要问题是化渣时间长、熔渣碱度低、生产节奏紧。这就需要充分利用出钢到精炼过程的各种条件为精炼创造良好的动力学和热力学条件，重视出钢过程脱硫及转炉-LF等待和运输过程造渣，实现LF造渣前移对于LF炉的高效率化生产非常有利。造渣前移技术是通过在出钢过程在钢包内提前造成高碱度、具备一定脱硫能力的顶渣，在出钢及转炉-LF倒运过程持续造渣，进LF后无需重新再造渣，直接加入铝质材料进行顶渣改质，达到节省LF处理时间，提高LF脱硫效率，提高顶渣去除钢中夹杂物的目的。某钢厂采用造渣前移技术后的对比数据如图2所示：

4 空心电极技术

LF精炼炉工艺普遍使用石墨电极，在加热过程中电极损耗造成钢水增碳不可避免，同时精炼过程钢水液面翻腾，会吸入空气中的氮气造成钢水增氮。而石墨电极加热时间长，升温速度慢的问题也难以与转炉及连铸的生产节奏相匹配，成为初炼炉与连铸之间的“瓶颈”。东北大学战东平、张慧书等将传统LF的实心石墨电极更换成中空石墨电极，并在实验室条件下进行了利用中空石墨电极内孔喷吹气体的实验研究，实验装置见图3。试验中，先后向内孔中吹入纯氩气、氩气混CO2、氩气混H2、氩气混CH4等不同气体，并根据结果调整各气体的比例。实验表明：在实验室条件下，通过优化通入电极的混合气体的比例，能有效减缓LF过程增碳速度，降低精炼过程吸氮，提高钢水升温速度。该工艺目前在实验室中取得了良好的效果，但还需要在实际生产中加以验证，笔者将继续关注此工艺的进展。

图3 实验炉示意图

5 结语

良好的初炼终点条件是高效精炼的前提条件，脱氧、搅拌、造渣则是目前高效精炼的关键环节。近年来，国内LF炉精炼技术得到了较大的发展，但生产技术经济指标距欧美、日本等国际先进水平还有差距，部分技术还仅存于实验室理论阶段，没有在工业生产中真正推行。随着钢铁行业发展的日益严峻，成本和质量压力不断加重，高效精炼技术的开发迫在眉睫，这就需要广大科研机构和工程技术人员不断开发创新，推动高效精炼技术进一步发展。

参考文献

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[4] 张慧书，陈兆平，战东平，等.LF中空电极喷吹氩氢混合气体对钢中氮含量的影响[A].第十五届全国炼钢学术会议文集[C].2008.

作者简介：张贺全（1981-），男，山钢股份济南分公司炼钢厂生产技术科工程师。

（责任编辑：王 波）