爐外精煉培訓(xùn)(LF爐)

LF爐的一些知識(shí)點(diǎn)交流22013年是鋼鐵行業(yè)失望的冬天世界特鋼供需態(tài)勢工業(yè)發(fā)達(dá)國家的發(fā)展實(shí)踐表明，當(dāng)鋼的人均總需求量開始逐漸減少時(shí)，特殊鋼的人均需求量卻在不斷增長；隨著全球工業(yè)化水平不斷提高和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，世界特殊鋼的生產(chǎn)和消費(fèi)正在不斷擴(kuò)大。世界特殊鋼發(fā)展動(dòng)向1.歐美、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國家在鋼產(chǎn)量達(dá)到最高點(diǎn)后，其繼續(xù)發(fā)展的共同點(diǎn)是：均以特殊鋼國際市場為目標(biāo)，尤其瞄準(zhǔn)各類高技術(shù)含量、高附加值的特殊鋼產(chǎn)品，加強(qiáng)研究開發(fā)，瓜分市場份額；2.特殊鋼生產(chǎn)向?qū)I(yè)化、規(guī)模效益化、質(zhì)量高級化方向邁進(jìn)；3.工業(yè)化強(qiáng)國當(dāng)前都致力于自主開發(fā)特殊鋼新技術(shù)和流程－工藝的創(chuàng)新研究，確保其成本競爭力的領(lǐng)先優(yōu)勢和繼續(xù)發(fā)展；目前國內(nèi)特鋼企業(yè)精品生產(chǎn)發(fā)展方向1.產(chǎn)品質(zhì)量上的“精”－內(nèi)在質(zhì)量達(dá)到高純凈、高均勻性、高性能，把高附加值的特種合金和高合金鋼精品進(jìn)一步做高做強(qiáng)；2.工藝結(jié)構(gòu)上的“精”－理順流程布局，精簡多余環(huán)節(jié)；通過工藝結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性調(diào)整和優(yōu)化，使流程布局更合理先進(jìn)，使特鋼生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)趕上或超過世界一流水平；3.社會(huì)需求上的“精”－鋼材更大程度地延伸加工和制品化；使精加工的、接近用戶使用形狀或使用性能的“近終型”產(chǎn)品，充分滿足市場需求，創(chuàng)造更大社會(huì)效益。市場需求度特鋼市場需求中，量大面廣的是中低合金鋼（如汽車結(jié)構(gòu)鋼、軸承鋼、易切削鋼等），高合金鋼總需用量并不大，且鋼種牌號(hào)多、品種規(guī)格多、合同批量小、工藝裝備及流程復(fù)雜。具備年產(chǎn)420萬噸鋼的生產(chǎn)能力。主導(dǎo)產(chǎn)品包括：優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、冷鐓鋼、彈簧鋼、齒輪鋼、軸承鋼等工業(yè)用鋼.鋼液的爐外精煉是把一般煉鋼爐中要完成的精煉任務(wù)，如脫硫，脫氧，除氣，去除非金屬夾雜物，調(diào)整鋼的成分和鋼液溫度等，移到爐外的“鋼包”或者專用的容器中進(jìn)行。這樣就把原來的煉鋼工藝分成兩步進(jìn)行，第一，在一般煉鋼爐中進(jìn)行熔化和初煉，稱為初煉爐；第二，在鋼包或?qū)Ｓ玫木珶捜萜髦羞M(jìn)行精煉，這些“鋼包”或者專用的容器稱為精煉爐。爐外精煉的定義LF爐精煉法的發(fā)展

1971年日本特殊鋼（現(xiàn)大同特殊鋼）公司開發(fā)并實(shí)際應(yīng)用LF爐外精煉法，其后在世界上許多國家地區(qū)的公司得到應(yīng)用。LF精煉法的發(fā)展是使其功能能適應(yīng)電爐生產(chǎn)率飛躍提高和用戶對高質(zhì)量，高可靠的要求。其最主要的原因之一是為適應(yīng)連鑄的要求。在連鑄工藝流程中，需建立在一定時(shí)間可供一定溫度鋼液的體制，因此其操作，質(zhì)量穩(wěn)定起著至關(guān)重要作用。LF精煉法在鋼液溫度嚴(yán)密調(diào)整和工序時(shí)間管理方面能發(fā)揮最大的效果。另外，LF精煉在鋼包內(nèi)保持非氧化性氣氛，從鋼包底部進(jìn)行吹氬攪拌，使鋼液連續(xù)循環(huán)流動(dòng)，鋼包內(nèi)鋼液成分偏差極小，可達(dá)到精確控制成分的目的，這種功能對特殊鋼連鑄發(fā)揮極大的效果，使連鑄相鄰爐間存在元素濃度差極小，有效控制產(chǎn)品質(zhì)量特性的波動(dòng)。這種精煉方法的加熱時(shí)間應(yīng)盡量縮短，以減少鋼液二次吸氣的時(shí)間。應(yīng)該在耐火材料允許的情況下，使精煉具有最大的升溫速率。在每次加熱過程中，鋼液的升溫速率不是恒定的，開始時(shí)由于鋼包爐爐壁吸熱快，鋼液升溫速率比較小。提高加熱前期的升溫速率，不能依靠增大變壓器的輸出功率來達(dá)到，這是因?yàn)闋t壁的燒損系數(shù)與電弧功率存在反比關(guān)系,當(dāng)用最高一級電壓和變壓器額定功率運(yùn)行時(shí)，距電弧最近處爐襯的燒損系數(shù)值，已超過了其安全值。LF爐精煉法就是常壓下電弧加熱的精煉方法，它由三相電極供電加熱。整套供電系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、檢測和保護(hù)系統(tǒng)，以及燃弧的方式相同于一般的電弧爐，所不同的是配用的變壓器單位容量（平均每噸被精煉鋼液的變壓器容量）較小，二次電壓分級較多，電極直徑較細(xì)，電流密度大，對電極的質(zhì)量要求高。為考慮到電效率,每個(gè)LF爐所配變壓器的額定單位容量一般是120kWA/t左右.LF爐的主要功能1.鋼液升溫和保溫功能。鋼液通過電弧加熱獲得新的熱能，這不但能使鋼包精煉時(shí)可以補(bǔ)加合金和調(diào)整成分，也可以補(bǔ)加渣料，便于鋼液深脫硫和脫氧。而且連鑄要求的鋼液開澆溫度得到保證，有利于鑄坯質(zhì)量的提高。2.氬氣攪拌功能。氬氣通過裝在鋼包底部的透氣磚向鋼液中吹氬，鋼液獲得一定的攪拌功能，

提高鋼液純凈度，可以熔煉材料性能要求較高各種冶金產(chǎn)品。。3.加快生產(chǎn)節(jié)奏，提高整個(gè)冶金生產(chǎn)效率。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在熔化爐后增加鋼包精煉爐裝置后，可使生產(chǎn)率提高25%以上。4.由于提供給連鑄機(jī)的鋼液溫度十分適中且具有可澆性的鋼液，可降低連鑄機(jī)的拉漏率，提高生產(chǎn)作業(yè)中的成品率。1.初期：以造渣為主。宜采用低級電壓，中檔電流加熱至電弧穩(wěn)定。2.升溫：采用較高電壓，較大電流。3.保溫：采用低級電壓，中小電流。4.降溫：停電，吹氬。LF爐冶煉過程溫度控制的供電制度（電力曲線）LF爐的埋弧精煉渣作用1.脫硫、脫氧、吸附夾雜；2.提高熱效率；3.減少對包襯的熱侵蝕；4.降低電極消耗；5.泡沫渣有利于渣鋼反應(yīng)，提高鋼的內(nèi)在質(zhì)量。發(fā)泡的爐渣使渣鋼界面擴(kuò)大，有利于脫硫反應(yīng)進(jìn)行。由于泡沫渣的屏蔽，電弧區(qū)氮分壓顯著降低，有利于減少吸氮量。對精煉渣的要求1.爐渣堿度；2.在精煉鋼液的過程中，渣子應(yīng)具有很大的脫氧能力；3.爐渣的流動(dòng)性；4.要有適合的渣量；5.要有足夠大的相互表面。LF爐的脫氧方式沉淀脫氧是指加入塊狀錳鐵、硅鐵或喂鋁與鋼液中的氧結(jié)合生成脫氧產(chǎn)物并分離上浮進(jìn)入爐渣，從而降低鋼中氧含量的方法。1沉淀脫氧擴(kuò)散脫氧，是指利用加在爐渣中的脫氧劑與FeO反應(yīng)，減少內(nèi)中FeO含量，破壞FeO在爐渣及鋼液中的濃度平衡，使鋼中FeO向渣中擴(kuò)散轉(zhuǎn)移。也稱間接脫氧，它的優(yōu)點(diǎn)是使鋼液純凈。2擴(kuò)散脫氧合成渣的運(yùn)用合成渣是為達(dá)到一定的冶金效果而按一定成分配制的專用渣料，其冶金效果：1.成渣快，減少鋼水溫度散失，防止鋼水吸氣；2.容易形成泡沫性渣，達(dá)到埋弧加熱的目的。3.強(qiáng)化脫氧，強(qiáng)化脫硫；4.加快鋼中雜質(zhì)的排除，部分改變夾雜物形態(tài)。爐渣物理性質(zhì)：

1.爐渣粘度一定時(shí)，隨著爐渣密度、表面張力的增大，爐渣起泡指數(shù)減小，爐渣起泡性能減弱；

2.當(dāng)爐渣密度、表面張力一定時(shí)，隨著爐渣粘度的增大，爐渣起泡指數(shù)增，爐渣起泡性能增強(qiáng)；

3.相對于密度、表面張力而言，爐渣粘度對爐渣起泡性能的影響更大。

精煉爐渣流動(dòng)性差的不良后果1.鋼包初渣流動(dòng)性差，會(huì)影響出鋼脫氧，脫硫效果。2.初渣流動(dòng)性差會(huì)影響出鋼增碳效果，導(dǎo)致碳元素控制的不溫度。3.精煉渣的流動(dòng)性差會(huì)引起電弧不穩(wěn)定，升溫速度慢。4.爐渣反應(yīng)動(dòng)力學(xué)條件差，導(dǎo)致脫氧，脫硫效果差，成分控制困難。5.粘稠的爐渣吸附夾雜物的能力差，達(dá)不到理想的凈化鋼液的目的。6.粘稠的爐渣表面容易結(jié)殼，導(dǎo)致喂線及合金化困難。7.鋼液澆注結(jié)束，鋼包底部粘渣使鋼包清理困難，影響鋼包的正常周轉(zhuǎn)，也影響下一爐鋼液的處理效果。LF爐脫硫的有利條件1.有良好的還原性氣氛；2.能造含Al2O3的高堿度渣；3.脫硫的動(dòng)力學(xué)條件優(yōu)越，通過包底吹氬攪拌捉進(jìn)渣鋼充分混合接觸，加速脫硫反應(yīng)和硫在渣中的擴(kuò)散速度。吹氬的精煉原理氬氣是一種惰性氣體，從鋼包低部吹入鋼液中，形成大量小氣泡，其氣泡對鋼液中的有害氣體（H2,N2）來說，相當(dāng)于一個(gè)真空室，使鋼中[H][N]進(jìn)入氣泡，使其含量降低，并可進(jìn)一部除去鋼中的[O]，同時(shí)，氬氣氣泡在鋼液中上浮而引起鋼液強(qiáng)烈攪拌，提供了氣相成核和夾雜物顆粒碰撞的機(jī)會(huì)，有利于氣體和夾雜物的排除，并使鋼液的溫度和成分均勻。在爐外精煉工藝中，如果沒有氣泡的參與，幾乎無法進(jìn)行有效的精煉，在鋼液中形成的氣泡主要是通過兩種途徑：一是由于過飽和溶液中形成氣相核，如鋼水的氧脫碳或碳脫氧過程形成的CO氣泡；二是由透氣元件吹入鋼水中的氣體形成的氣泡或與鋼水反應(yīng)生成的氣泡。吹入鋼水中的氣泡，有的直接參加化學(xué)反應(yīng)，如收入鋼水中的O2；有的不直接參加化學(xué)反應(yīng)，如吹入鋼水中的氬氣。但這些氣體都存在著氣泡的溶解或長大的問題。精煉的氣體攪拌缺點(diǎn)：1.耐材消耗多2.對耐火磚要求嚴(yán)格3.有底部漏鋼的危險(xiǎn)優(yōu)點(diǎn)：1.從中間開始攪動(dòng)，一致的攪拌；2.最大的鋼水靜壓力；3.很好的鋼渣接觸，有利于脫硫，脫磷；4.吸氮和吸氫不多，清潔鋼水；5.能夠在任何地點(diǎn)攪動(dòng)鋼水6.比電磁攪拌成本低。1.氬氣的攪拌作用：清除鋼中夾渣、夾雜，有利于氣體、夾雜物排除，促進(jìn)渣鋼之間的反應(yīng)，有利于脫硫；使鋼液成分和溫度均勻；減小鋼包底部沒有流動(dòng)的死區(qū)；2.氬氣發(fā)泡，氣洗作用：使鋼中[O][H][N]含量進(jìn)一步降低；。3.氬氣的保護(hù)作用：氬氣從鋼水中逸出后覆蓋在熔池面上，能使鋼水避免二次氧化和吸收氣體。精煉過程中鋼包鋼水吹氬（底吹氬）攪拌的目的鋼包精煉爐水冷件漏水的征兆1.陣發(fā)性地出現(xiàn)黃綠色火焰。2.渣面上可出現(xiàn)小斑點(diǎn)。3.爐渣難以還原造白，渣色變化極大。LF爐水冷件漏水的危害1.影響鋼的質(zhì)量，水冷件漏水后，漏出的水進(jìn)入熔池遇熱蒸發(fā)為水汽，就會(huì)增加水蒸汽的分壓。爐氣中水蒸汽的分壓越大，鋼液中含氫量越高。鋼中氫含量高是造成鋼材白點(diǎn)等冶金缺陷的主要原因。2.響還原和精煉氣氛。水冷件漏水會(huì)惡化脫氧效果，影響精煉的氣氛，無法造好精煉還原渣。3.導(dǎo)致澆注時(shí)冒漲或產(chǎn)生鋼液，鋼坯的皮下氣泡。水冷件漏水鋼液大量吸氣，在澆注后鋼液冷卻，氣體的溶解度下降，大量氣體析出，可能導(dǎo)致鋼錠冒漲，同時(shí)在鋼錠或鋼坯中出現(xiàn)皮下氣泡的缺陷。4.對安全生產(chǎn)構(gòu)成嚴(yán)重威脅。水冷件漏水后漏出的水如果被鋼液或爐渣覆蓋，則在高溫下會(huì)迅速被蒸發(fā)為氣體，其體積急劇膨脹而產(chǎn)生爆炸，對人身安全和設(shè)備安全構(gòu)成極大的威脅。精煉鋼包渣線部位MgO-C磚損毀主要原因1.氧化引起碳的消失。2.熔渣侵入脫碳層。3.熔渣成分與MgO-C磚中的MgO進(jìn)行反應(yīng)生成低熔物質(zhì)。由此而造成了反應(yīng)層蝕損。4.防氧化金屬添加物的氧化或膨脹，造成組織劣化以及間歇操作條件而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)疏松。5.在高溫下，MgO-C磚的強(qiáng)度不足而引起的破裂與脫落。MgO-C磚熔損機(jī)理MgO粗粒的熔損，是因?yàn)镕e成分向粗粒的侵入形成了主要成分鎂方鐵礦的固熔體，降低了燒結(jié)鎂砂耐火度，再與渣中的CaO，SiO2，接觸后，形成了低熔點(diǎn)的MgO-Fe2O3-CaO-SiO2物質(zhì)?；w的熔損則是由于渣中Fe2O3被MgO粗粒捕捉而進(jìn)行反應(yīng)，且在基體界面處的渣堿度以原來的3降為1，提高了對MgO的熔損。MgO-C磚的熔損機(jī)理可歸納為：渣中Fe2O3優(yōu)先侵蝕MgO粗粒，最終形成了易向渣熔出的低熔點(diǎn)物質(zhì)。殘余的Fe2O3使基體中石墨氧化消失，變質(zhì)為低堿度的渣，使MgO的熔出量增大近一倍。喂絲技術(shù)喂絲是指借助喂絲機(jī)將比較輕、易氧化、易揮發(fā)的合金元素制成包芯線快速輸入鋼液，在鋼液深處溶解，從而達(dá)到脫氧、脫硫、改變夾雜的形態(tài)，實(shí)現(xiàn)成份微調(diào)等冶金目的。喂絲有利提高元素得率，成份命中率，大幅度節(jié)約貴重元素加入量，降低精煉費(fèi)用。最早這種技術(shù)是運(yùn)用在鋼液的鈣處理上。

為什么要對鋼液進(jìn)行鈣處理？用鋁脫氧的鋼液中存在的氧化鋁夾雜物，熔點(diǎn)很高，在液態(tài)鋼中呈固態(tài)，在連鑄過程中很容易在中間包水口處聚集，引起堵塞。鋼材中的Al2O3在軋制過程中會(huì)被破碎，沿軋制方向連續(xù)分布，造成嚴(yán)重的缺陷。如何控制鋁脫氧產(chǎn)物，使之在鋼液中呈液態(tài)，大量上浮，不僅可以消除水口堵塞，保證連鑄順利進(jìn)行，而且有利于改善鋼的純潔度。向鋁脫氧的鋼液中喂入SiCa線，就能夠改變鋁氧化物夾雜的形態(tài)，鈣是強(qiáng)脫氧劑，進(jìn)入鋼液后很快成為蒸汽，在上浮過程中與鋼中氧作用生成鈣的氧化物，CaO與Al2O3結(jié)合生成低熔點(diǎn)的鈣鋁化合物，而且密度變小，在鋼液中集聚上浮排入爐渣，因而可以改善鋼液的澆鑄性能和鋼的質(zhì)量。各種鈣鋁酸鹽的性能化合物CaoAl2O3熔點(diǎn)℃密度,kg/m3Cao.Al2O3356516052980Cao.2Al2O3227817502980Cao.6Al2O3892185033803Cao.Al2O362381535304012Cao.7Al2O34852145528301）、鈣加人量不足，容易生成高熔點(diǎn)的鋁酸鈣，如CaO·6Al203，CaO·2Al203和CaO·Al203。2）、鈣加入量過多，則會(huì)在CaO·Al203和MnO·A1203的基體上產(chǎn)生更加難于解決的高熔點(diǎn)物質(zhì)CaS或(Ca，Mn)S。3）、為了使鈣處理過程中大部分Al203能轉(zhuǎn)變?yōu)榱鲃?dòng)性好的12CaO·7A12O3，同時(shí)又不生成高熔點(diǎn)的CaS。合適的喂入量建議：0.25>[A1]/[Ca]>0.14。鈣處理的選擇1喂線速度是決定喂線處理過程能否取得預(yù)想結(jié)果的關(guān)鍵或最重要因數(shù)。最佳速度能使包芯線的外皮在受鋼包