LF精煉工藝技術(shù)課件

1、LF精煉工藝技術(shù) 主要內(nèi)容1.概述LF爐的主要功能2.LF爐的設(shè)備和特點 3.LF爐精煉工藝制度4.LF爐熱效率的理論分析5.電極消耗研究6.LF精煉與鋼種LF（Ladle Furnace）鋼包精煉法開發(fā)：1971年日本大同制鋼的大森廠開發(fā)的我國：1981年上鋼五廠第一臺LF爐投產(chǎn)1、概述LF鋼包精煉爐設(shè)備示意圖 Ar電源鐵合金渣料LF爐作用：電弧加熱造渣：脫硫、脫氧、吸收夾雜物吹氬攪拌合金化和成分調(diào)整喂線和夾雜物變性處理LF實物照片LF爐的主要功能 （1）還原氣氛 LF爐本身不具備真空系統(tǒng)，但由于鋼包與爐蓋密封，隔離空氣，加熱時石墨電極與渣中FeO、MnO、Cr2O3等反應(yīng)生成CO氣體，使L

2、F爐內(nèi)氣氛中氧含量減少。 精煉過程通過擴散脫氧和沉淀脫氧造成鋼液的還原條件,可以進一步脫氧、脫硫及去除非金屬夾雜。 （2）氬氣攪拌 氬氣攪拌加速鋼渣之間物質(zhì)傳遞，有利于鋼液脫氧、脫硫反應(yīng)。 吹氬可以加速Al2O3夾雜物上浮速度，在密封的LF爐，吹氬15min后，可使鋼中大于20m的Al2O3夾雜基本清除。 （3）埋弧加熱 LF爐三根電極插入渣層中進行埋弧加熱，這種方法輻射熱小，對爐襯有保護作用，熱效率高，浸入渣中石墨與渣中氧化物反應(yīng)為： C+FeO=Fe+CO C+MnO=Mn+CO 2C+WO2=W+2CO 5C+V2O5=2V+5CO 上述反應(yīng)不僅提高了渣的還原性，而且還提高合金回收率，生

3、成CO使LF爐內(nèi)氣氛更具還原性。 （4）白渣精煉 LF爐操作中通過對爐渣強化脫氧形成白渣，由于渣對鋼液中氧化物的吸附和溶解，達到鋼液脫氧效果。(無污染脫氧方法) LF爐由于有溫度補償，吹氬強烈攪拌，隨渣中堿度提高，硫的分配比增大，可煉出低硫鋼或超低硫鋼。 目前國內(nèi)外冶煉低硫鋼和超低硫鋼時渣中（FeO+MnO）的理想控制范圍是小于0.5%。2、LF爐的設(shè)備和特點 A 爐體 LF爐的爐體是一個鋼包，但與普通的鋼包有所不同。 這種鋼包的上口有水冷法蘭盤，通過密封橡皮圈與爐蓋密封，以防止空氣的侵入。 當鋼包用于真空處理時，還要求其外殼用鋼板按氣密焊接條件焊成。 鋼包底部有出鋼用的滑動水口及吹惰性氣體的

4、透氣磚。 LF爐鋼包內(nèi)熔池深度H與熔池直徑D之比是鋼包設(shè)計時必須要考慮的因素。 一般精煉爐的熔池深度H都比較大。 從鋼液面至鋼包口的距離稱為鋼包爐的自由空間，對非真空處理用的鋼包，自由空間的高度小一些，一般為500600mm；在真空處理時必須達到10001200mm。 鋼包爐的H/D比值影響鋼液攪拌效率、鋼渣接觸面積、包壁渣線帶的熱負荷、包襯壽命及熱損失等。 日本不同容量LF爐的H/D值 LF爐容量/t20305060150實際裝入量/t13/2318/3345/5060100/150鋼包尺寸外徑/mm內(nèi)徑D/mm總高/mm內(nèi)高/mm220016762300201924001948250021

5、95292424303040277026002070315027403900316443304000熔池深度H/mm12601402134823402754H/D0.750.720.491.130.87B LF爐爐蓋 LF爐爐蓋是水冷的。這是為了保持鋼包內(nèi)的強還原性氣氛；防止鋼包散熱及提高加熱效率而設(shè)置的。 爐蓋內(nèi)層襯有耐火材料。為了防止鋼液噴濺而引起的爐蓋與鋼包包體的粘連，在爐蓋下還吊掛一個防濺擋板。 整個水冷爐蓋在四個點上，用可調(diào)節(jié)的鏈鉤懸掛在門形吊架上，吊架上有升降機構(gòu)，可根據(jù)需要，調(diào)整爐蓋的位置。 在爐蓋上還設(shè)有合金加料口、渣料加料裝置及測溫或取樣裝置。C 電弧加熱裝置 LF爐所用的電

6、弧加熱系統(tǒng)，與煉鋼電弧爐相同。 由三根石墨電極與鋼液間產(chǎn)生的電弧作為熱源。 故加熱設(shè)備也與電爐基本相同，其不同之處是LF爐內(nèi)無熔化過程，而且采用的是埋弧加熱方法，所以與電爐相比，可采用更低的二次電壓。 D 加料裝置 LF爐一般在加熱工位的爐蓋上設(shè)合金及渣料料斗，通過每個料斗下的導(dǎo)向閥，定量地加入所需的合金或渣料。 在有真空系統(tǒng)的LF爐，一般在真空蓋上設(shè)合金及渣料的加料裝置。 其結(jié)構(gòu)基本上同加熱時所用的，只是在各接頭處均需加上真空密封閥。E 除渣裝置 LF爐精煉功能之一，是靠還原性白渣精煉。為此，在LF爐精煉之前，將氧化性爐渣必須除掉。因此，LF爐必具備除渣的功能。除渣的方式有兩種： 1）當LF

7、爐采用多工位操作時，可在放鋼包的鋼包車上設(shè)置傾動、扒渣裝置。當鋼包車開到扒渣工位時，即可進行扒渣操作。 2）如果LF爐采用固定位置，爐蓋移動形式時，則需把鋼包傾動裝置設(shè)在LF爐底座上，在精煉前先扒渣，加新渣料，再加熱精煉。 F 噴粉裝置 LF爐精煉時常采用噴粉設(shè)備對鋼液進行脫硫、凈化及微合金化等操作。 噴粉設(shè)備包括鋼包蓋、一支噴粉用的噴槍和滑動行程為4m的粉料分配器。分配器接4個容量為500kg的粉料料倉。噴粉時對粉料先自動稱重及混合，然后通過螺旋給料器送至粉料分配器。 對于50t的LF而言，噴槍總長為4500mm，其中2500mm為可更換部分，噴槍插入距包底100150mm處進行噴粉處理。

8、噴粉時采用高純氬氣作載氣流，流量為200400L/min。通常處理時間為510min。 1）LF鋼包爐的容量 應(yīng)根據(jù)初煉爐最大容量來選擇。 LF鋼包爐的大小，還應(yīng)根據(jù)真空、吹氧與否及留有一定的自由空間； 2）變壓器額定容量 變壓器額定容量的大小主要取決于所要求的升溫速度及設(shè)備的水準（效率的高低）。 根據(jù)LF鋼包精煉爐的工作特點，由焦爾楞次定律，推導(dǎo)出LF鋼包精煉爐變壓器額定容量與鋼水的升溫速度的關(guān)系如下：LF鋼包爐幾個參數(shù)的選擇 ，kVA 式中： 變壓器額定功率，kVA ； 要求（設(shè)計）鋼液的平均升溫速度， /min，一般要求35/min； 加熱升溫時間，min； 鋼液的比熱，kJ/（kg），

9、一般為0.820.84kJ/ （kg）或820840 kJ/（t）； 6060s/min； 變壓器額定容量式中： 功率因素， ，一般為0.750.85 LF裝置的電效率， ，一般為0.80.9 LF裝置的熱效率，一般為0.3.5。最大升溫能力： 式中：1.2變壓器允許過負荷系數(shù) 國內(nèi)LF鋼包爐的變壓器一般按每公稱噸150200kVA選擇，在紅包出鋼的情況下，升溫速度為35/min；國外有的達到400kVA/t。 項目40tLF60tLF90tLF100tLF150tLF鋼包容量/t354555658010080120130170鋼包直徑/mm29003150330035003900鋼包高度/m

10、m23003000430048004850極心圓直徑/mm650650710750750電極直徑/mm350350350400450變壓器容量/kVA600010000150001600025000加熱速度/min343434343.54.5鋼包自由空間/mm6007008001000800100080010008001000處理周期/min40904090409040904070LF鋼包精煉爐主要技術(shù)參數(shù) LF爐操作的基本工藝3 LF的工藝操作制度 座包吹氬測溫取樣通電造渣停電測溫取樣合金化微調(diào)成分通電停電測溫取樣停氬吊包鋼包準備初煉爐出鋼鋼包運輸3.1鋼包準備 （1）檢查透氣磚的透氣性，清

11、理鋼包，保證鋼包安全；（2）鋼包烘烤至1200；（3）將鋼包移至出鋼工位，向鋼包內(nèi)加入合成渣料；（4）按照初煉爐最后一個鋼樣向鋼包內(nèi)加入合金及脫氧劑，以便進行初步合金化并使鋼水初步脫氧；（5）準備擋渣或無渣出鋼。 3.2 初煉爐出鋼 （1）根據(jù)不同鋼種、加入的渣料量和合金量確定出鋼溫度。 出鋼溫度應(yīng)當在液相線溫度基礎(chǔ)上考慮渣料、合金料的加入引起的溫降和LF的升溫能力，再根據(jù)爐容的大小適當增加一定的溫度，以備運輸過程的溫降；（2）注意要盡可能完全擋渣；（3）需要深脫硫的鋼種在出鋼過程中可以向出鋼鋼流中加入合成渣料；（4）當鋼水出至三分之一時，開始吹氬攪拌。 一般50t以上的鋼包的氬氣流量可以控制

12、在200L/min左右，使鋼水合成渣、合金充分混合；（5）當鋼水出至四分之三時將氬氣流量降至100L/min左右，以防過度降溫。 3.3 造渣 在爐外精煉過程中，通過合理地造渣，1）可以達到脫硫、脫氧、脫磷甚至脫氮的目的；2）可以吸收鋼中的夾雜物；3）可以控制夾雜物的形態(tài)；4）可形成泡沫渣（或稱為埋弧渣）淹沒電弧，提高熱效率，減少耐火材料侵蝕。 因此，在精煉工藝中，要特別重視造渣。 鋼包進站后，應(yīng)盡快造渣、通電升溫，促進盡快成渣。以加強精煉效果。 3.3.1埋弧渣 泡沫渣的作用： 1）提高功率因素，降低噸鋼電耗； 2）減少熱損失，提高熱效率（從30%提高到60%）； 3）減少電弧對爐襯的侵蝕，

13、提高爐襯使用壽命； 4）泡沫渣操作能改善冶煉條件，提高鋼液潔凈度。LF埋弧精煉有兩種方式： 1） 靠增大渣量、提高渣厚達到埋弧精煉的目的； 2）通過加入發(fā)泡劑，使基礎(chǔ)渣體積膨脹、厚度增加，達到埋弧精煉的目的。影響LF爐埋弧渣操作的因素電弧長度爐渣氣泡性能（氣泡指數(shù)：氣體在渣中的停留時間）氣源：化學反應(yīng)，發(fā)泡劑LF的弧長與弧電壓有關(guān) ,可由下式估算: Larc=(Uarc-)/ 式中: 電弧陰極區(qū)和陽極區(qū)電壓降的和，實測值是1020V，該值隨電極和爐渣的不同而改變； 弧柱中的電位梯度，V/mm，對LF精煉期可取1.1。 還有人提出1600時堿性渣情況下電弧長度可通過下式進行計算： Larc=(U

14、arc-9)/8.4 (1) 弧長 正常情況下，渣層厚度為弧長的兩倍時，熱效率較好。 LF的渣厚應(yīng)保持一定的厚度，通常渣厚達到電弧長的兩倍時可實現(xiàn)埋弧。 (2) 衡量爐渣泡沫化的指標爐渣泡沫化指數(shù)（foaming Index): ,s爐渣總高度減去未吹氣時爐渣的高度，cm；所吹氣體流量，cm3/s；容器截面積，cm2；氣體在爐渣中的表觀速度， cm/s；氣體在爐渣中的實際速度，cm/s；泡沫化爐渣的高度，cm；爐渣中起泡率 。式中：可見，爐渣泡沫化指數(shù)為氣體穿過泡沫層的平均停留時間。 圖 爐渣起泡指數(shù)與爐渣物性值之間的實驗關(guān)系=0.98634 要使爐渣泡沫化： 1）是要保證精煉基礎(chǔ)渣有適宜的物

15、理性質(zhì)，即較大的粘度，較小的表面張力，適宜的堿度。 2）要有足夠的氣源 A、電極與爐渣反應(yīng), 氬氣攪拌提供一部分氣源； B、可通過外加發(fā)泡劑產(chǎn)生氣體。(3)發(fā)泡劑的選擇： 發(fā)泡劑的選擇考慮要有良好氣源，同時又能促進精煉操作。發(fā)泡劑的種類： 1）碳酸鹽：常用的有石灰石、白云石和工業(yè)堿，在高溫下主要發(fā)生以下反應(yīng)： CaCO3=CaO+CO2 MgCO3=MgO+CO2 Na2CO3=Na2O+CO2 2）碳及含碳化合物： 常見的有焦碳、碳化硅和電石。由于LF爐開始階段鋼中氧和渣中（FeO）均較高，這些物質(zhì)將與爐渣起反應(yīng)： C+(FeO)=Fe+CO SiC+3(FeO)=3Fe+(SiO2)+CO

16、 CaC2+3(FeO)=3Fe+(CaO)+2CO 化合物CaCO3MgCO3Na2CO3SiCCaC2C體積20.426.721發(fā)泡劑產(chǎn)生的氣體體積比較 /NL 從實驗研究結(jié)果看，碳酸鹽在高溫下的分解速度快，反應(yīng)時間短，且產(chǎn)生的氣體體積也較少。 采用以SiC和CaC2為主的發(fā)泡劑發(fā)泡效果較好。但相對比較CaC2發(fā)泡效果更好。 以SiC和CaC2混合型的發(fā)泡劑具有最好的發(fā)泡效果。值得說明的是： 盡管CaC2具有良好的發(fā)泡效果，但運輸和保存比較困難。 且SiC和CaC2型的發(fā)泡劑在渣中氧化鐵含量較高時（LF通電造渣前期）發(fā)泡效果顯著，而當鋼、渣中氧含量較低（LF后期）

17、即到脫氧后期其發(fā)泡能力將受到明顯限制。 對于低硅鋼還要注意發(fā)泡劑中SiC及渣中SiO2被還原造成的鋼水增硅問題。渣厚隨時間的變化曲線 統(tǒng)計表明，某廠LF實現(xiàn)全程埋弧操作后，可使 LF處理的噸鋼電耗和電極消耗分別下降12.5%和26.6%，而鋼包的平均使用壽命可提高26.8%。 3.3.2 爐渣脫硫 脫硫的問題就目前水平而言已經(jīng)解決。 日本某廠通過爐外精煉的有關(guān)操作已可將鋼中的硫降到2ppm的水平。 脫硫應(yīng)保證爐渣的高堿度、強還原性即渣中自由CaO含量要高；渣中（FeO+MnO）%要充分低，一般小于0.5%是十分必要的。 從熱力學的角度講，溫度高有利于脫硫反應(yīng)的。而且較高的溫度可以造成更好的動力

18、學條件而加快脫硫反應(yīng)。 要使鋼水脫硫，首先必須使鋼水充分脫氧。 此時鋼中的鋁含量應(yīng)當高于0.02%。這時可以保證不高于24ppm。 經(jīng)常使用的脫硫合成渣是4550%CaO，1020%CaF2，515%Al，05%SiO2。 過多的SiO2會降低爐渣的脫硫能力，但是它卻可以降低爐渣的熔點，使爐渣盡快參加反應(yīng)，起到對脫硫有利的作用。只要不超過5%就不會對脫硫造成不利影響。 LF爐脫硫的熱力學及動力學分析 LF爐渣金脫硫反應(yīng)熱力學計算公式的導(dǎo)出 熱力學計算對應(yīng)的基本工藝條件 精煉終點渣金硫的平衡分配比及鋼水硫含量的計算與分析 LF精煉過程脫硫的動力學分析渣金脫硫反應(yīng)方程對于CaO基的精煉渣:爐渣的硫

19、容量及其與光學堿度的關(guān)系LF爐鋼水硫含量計算渣金硫的平衡分配比與硫容量的關(guān)系 可見，影響渣金硫的平衡分配比的因素包括爐渣堿度（）、鋼水中的活度系數(shù)（fS）、鋼水的平衡氧活度（ao）和溫度（T/K）。 其中爐渣光學堿度可根據(jù)爐渣成分計算得到，而活度系數(shù)（fS）可由鋼水成分計算得到（在低硫含量下fS1）。 鋼水的平衡氧活度可由下面兩種途徑來計算：（A）由與鋼水氧活度平衡的爐渣中（FeO）含量來計算，根據(jù)渣金氧平衡可得 ： 1873K下，CaO-SiO2-Al2O3-MgO四元精煉渣系中氧化鐵的活度系數(shù)(FeO)的實驗回歸方程為 ： 1873K下，CaO-SiO2-Al2O3-MgO四元精煉渣系中A

20、l2O3的活度由以下回歸方程表示 ：（B）對于鋁鎮(zhèn)靜鋼，鋼液中氧活度主要由鋁含量控制。由Al-O平衡反應(yīng)可得： 渣中（FeO）含量對渣金間硫的平衡分配比的影響 鋼中溶解鋁含量對鋼水平衡氧活度及渣金硫的平衡分配比的影響 爐渣成分對光學堿度和硫的平衡分配比的影響 渣量對LF精煉終點鋼水硫含量的影響 鋼水原始硫含量對精煉終點鋼水硫含量的影響 渣中原始硫含量對精煉終點鋼水硫含量的影響 （1）控制爐渣成分，提高爐渣堿度。 為此，爐渣中SiO2的含量要控制在10%以下，最好達到5%的水平。 為了對于特殊場合，可以添加BaO，Na2O，Li2O等堿度更高的組元。（2）強化對爐渣和鋼水的脫氧。 向爐渣中加入擴

21、散脫氧劑，使渣中（FeO+MnO）含量達到1%甚至0.5%以下。 控制鋼中酸溶鋁含量，使鋼水中氧活度控制在1.010-3以下。LF爐冶煉超低硫鋼的工藝條件 （3）較高的精煉溫度和良好的底吹氬攪拌工藝也是重要脫硫工藝條件。（4）對爐渣和鋼水的原始硫含量進行限制，同時也保證相應(yīng)的渣量，必要時可進行換渣操作。 LF爐冶煉超低硫鋼的工藝條件 渣金間脫硫反應(yīng)的動力學方程LF精煉過程脫硫的動力學分析提高 LF精煉過程脫硫速度的措施 提高精煉溫度 加強底吹A(chǔ)r攪拌 提高渣金界面硫的平衡分配比 高堿度爐渣 加強爐渣和鋼水的脫氧3.3.3 LF爐內(nèi)脫氧 LF爐過程中Al、Si、Mn等金屬脫氧劑與鋼液中氧作用，使

22、鋼中氧含量減少。此反應(yīng)進行得越徹底，則鋼的質(zhì)量越高。脫氧劑:Al、Si、Mn、Ca、Ba等元素及復(fù)合脫氧劑；脫氧方法：擴散脫氧、沉淀脫氧（塊狀、線狀或包芯線） 可見：在高鋁磚鋼包中，用鋁脫氧可使鋼中的氧含量降到12ppm；加入鋁30min、加入硅50min可以達到鋁-氧與硅-氧表觀平衡；從100ppm到表觀平衡、用鋁脫氧的速度為2.8ppm/min，高于硅的脫氧速度1.6ppm/min。 1高鋁磚 2氧化鋯磚 可見：鋼中總氧由45減至15ppm時鋼中氧化物夾雜的尺寸數(shù)量及評級都降低，當氧含量低于20ppm時，有希望可以完全去除大于12.5m的夾雜物。 夾雜物變形處理處理方法：喂CaSi線, 改

23、善夾雜狀態(tài)12Ca+11Al2O3(s)=12CaO.7Al2O3+8Al處理時間:精煉結(jié)束,上連鑄前控制參數(shù):Ca/Al 比新的處理劑: FeCa線; CaBaSi; MgAl線渣系與脫氧和鋼中夾雜物的關(guān)系爐渣與脫氧及其夾雜物的關(guān)系夾雜物的變形能力與其成分的關(guān)系爐渣與鋼液的平衡反應(yīng)鋼液與夾雜物的平衡反應(yīng)爐渣吸收夾雜物的能力爐渣與脫氧及其夾雜物的關(guān)系 轉(zhuǎn)爐終點鋼水低氧位控制技術(shù) 檔渣出鋼技術(shù) l 轉(zhuǎn)爐：檔渣帽，檔渣球，氣動檔渣，多棱錐檔渣 爐渣改性技術(shù) l 降低渣中（FeO）+(MnO)含量 l 提高爐渣吸收Al2O3夾雜物的能力 優(yōu)化脫氧工藝 l 碳脫氧技術(shù)，真空碳脫氧技術(shù) l 復(fù)合脫氧劑

24、l 優(yōu)化脫氧劑的加入順序 鈣處理夾雜物變性技術(shù) 鋼包、中間包和結(jié)晶器控流技術(shù) 鋼包、中間包和結(jié)晶器惰性氣體保護澆注 低氧位耐火材料的應(yīng)用 對于 MnO-Al2O3-SiO2 三元系夾雜物 ,具有良好變形能力的夾雜物組成分布在錳鋁榴石 (3MnOAl2O33SiO2 )及其周圍的低熔點區(qū) ,在該區(qū)域內(nèi) Al2O3/(Al2O3+SiO2 +MnO)變化在 15%30 %。 在CaO-Al2O3-SiO2三元系夾雜物中 ,鈣斜長石 (CaOAl2O3 2SiO2)與鱗石英和假硅灰石 (CaOSiO2)相鄰的周邊低熔點區(qū)有良好的變形能力。具有良好變形能力的夾雜物組成爐渣與鋼液的平衡反應(yīng)(CaO)=C

25、a+O(Al2O3)=2Al+3O(SiO2)=Si+2O(MnO)=Mn+O(MgO)=Mg+O光學堿度與全氧含量的關(guān)系 鋼液與夾雜物的平衡反應(yīng)3Ca+2Al+3O=3CaOAl2O3 (l)12Ca+14Al+33O=12CaO7Al2O3 (l)6Al+2 Si+13O=3Al2O32SiO2(S)Ca+Si+3O=CaOSiO2 (S)Ca+2Al+2Si+8O=CaOAl2O32SiO2(S)2Ca+2Al+Si+7O=2CaOAl2O3SiO2(S)CaO-Al2O3相圖 鋼液中Ca、Al含量與夾雜物組成的平衡關(guān)系3CaOAl2O3生成區(qū)12CaO7Al2O3生成區(qū)固態(tài)脫氧產(chǎn)物生成

26、區(qū) 爐渣與夾雜物之間的相互作用 熔渣吸收夾雜物的能力鋼液熔渣夾雜物s-im-im-s熔渣吸收夾雜物的能力取決于熔渣、鋼液和夾雜物三者之間的界面張力的大小鋼液和夾雜物之間的界面張力越大，熔渣和夾雜物之間的界面張力越小，則夾雜物越容易從鋼液中分離被熔渣所吸收 Al2O3夾雜物容易被鋁酸鈣熔渣所吸收，因為兩者之間的界面張力很小全氧含量隨Al2O3含量的變化情況舉例：重軌鋼Al2O3含量對夾雜物的總數(shù)的影響舉例：重軌鋼圖5.7 Al2O3含量對夾雜物的總面積的影響舉例：重軌鋼不同Al2O3含量下夾雜物的尺寸分布情況舉例：重軌鋼 精煉渣對夾雜物成分的影響 舉例：重軌鋼 精煉渣對夾雜物成分的影響舉例：重軌

27、鋼3.3.4 LF爐快速成渣和高效精煉 LF爐存在的主要缺點是精煉時間長，特別在BOF-LF-CC流程中，LF 爐已成為實現(xiàn)多爐連澆的瓶頸原因：出鋼時爐渣改質(zhì)或同時隨鋼流加入精煉渣，實現(xiàn)LF爐造渣和脫氧前移采用低熔點的預(yù)熔渣實現(xiàn)快速造渣高的鋼包溫度、良好的保溫和大功率供電措施：3.3.5 精煉渣成分設(shè)計與生產(chǎn) 精煉渣的成分和理化指標設(shè)計設(shè)計原則：精煉設(shè)備和功能要求鋼種及其質(zhì)量要求流程時間節(jié)奏要求成本要求環(huán)境要求LF精煉基本渣系及生產(chǎn)方法化學成分：CaO-CaF2基CaO-Al2O3基CaO-Al2O3-SiO2基物理狀態(tài)：機械混合燒結(jié)預(yù)熔型（豎爐法、電熔法）電熔法生產(chǎn)精煉渣設(shè)備國內(nèi)外幾種精煉渣

28、的組成（%）電熔鋁酸鈣渣系 用途用于鋼水爐外精煉脫硫處理，吸收鋼中Al2O3夾雜物等使鋼水得到凈化的效果。主要適合于鋁鎮(zhèn)靜鋼，如碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼和深沖鋼等?？梢栽贚F爐和RH精煉裝置上使用。若制成粉劑還可以用于鋼水噴粉脫硫。電熔鋁酸鈣渣系 成分品種CaOAl2O3SiO2TiO2Fe2O3MgOP、SCCaF2DRCA149-5440-453.52.82.02.00.060.1-DRCA247-5240-456.02.82.02. 00.060.1-DRCA350-5530-353-72.82.02. 00.100.152-5DRCAM547-5341-463.52.02.0520.06

29、.06-物理化學特征 物相前二種渣的物相以12CaO7Al2O3為主，少量3CaOAl2O3。后兩種同時具有12CaO7Al2O3和3CaOAl2O3，并有少量其它相。熔化溫度(熔點)在1300-1365范圍內(nèi)。粒度：通常為1-30mm。也可以根據(jù)用戶要求的粒度進行生產(chǎn)。 包裝采用塑料復(fù)合編織袋，每包1000kg包裝。也可以根據(jù)用戶需要采用其它形式包裝。電熔鋁酸鈣渣系主要特點爐渣的純凈度高，化學成分均勻、物相穩(wěn)定、熔點低，成渣速度快，可大幅度地縮短精煉時間，提高鋼水的潔凈度。脫硫和脫氧速度快，可有效迅速地吸收鋼水中的硫化物和氧化物夾雜物。不含氟或少量含氟、不侵蝕爐襯和鋼包，有效地防止氟對環(huán)境的

30、污染。結(jié)構(gòu)致密、不吸水、便于儲運倉貯。由于呈顆粒狀，不粉化，不揮發(fā)，可顯著減少對鋼鐵廠粉塵污染。與其它同類產(chǎn)品（燒結(jié)型和沖天爐產(chǎn)品）相比，本產(chǎn)品具有物相和化學成分穩(wěn)定，雜質(zhì)少（基本不含氫、氮、碳等雜質(zhì)），使用時爐渣的物理化學性能穩(wěn)定，從而保證穩(wěn)定的精煉工藝和良好的冶金效果，有利于提高鋼材品質(zhì)和降低生產(chǎn)成本。 在LF爐上的實際使用效果實現(xiàn)埋弧操作。大幅地提高了爐子的熱效率即升溫速度加快，同時大幅地減輕了電弧對爐襯的輻射，顯著提高了包襯壽命。高的脫硫率。平均脫硫率70%，最高為90%。而且可以實現(xiàn)超低硫鋼的冶煉。在原始硫含量小于0.01%時，可使鋼水硫含量可到達20ppm水平。良好的脫氧能力和吸收

31、非金屬夾雜物的能力，吸收率達95%以上。采用無氟渣和低氟渣配方有效地減輕了氟對環(huán)境的污染。顯著降低煉鋼生產(chǎn)成本。由于鋼包襯壽命顯著提高，熱效率增加，使得耐材消耗和電耗明顯降低。另外鋼的產(chǎn)品質(zhì)量提高進一步提高了產(chǎn)品的附加值。（1）成分的控制和微調(diào) LF具備合金化的功能，使得鋼水中的C、Si、Mn、Cr、Al、Ti等元素的含量都能得到控制和微調(diào)，而且易氧化元素的收得率也比較高。 LF控制鋼中元素的范圍如下： C Mn、Si、Al S Cr Ti N0.01 0.02 0.04 0.01 0.025 0.0053.4 成分和溫度微調(diào) （2）溫度的控制和微調(diào) LF的溫度可控制在2.5 。 LF爐加熱期

32、間應(yīng)采用低電壓、大電流操作。 在加熱初期，爐渣尚未熔化好，加熱速度應(yīng)該慢一些?？梢圆捎玫凸β使╇?。 爐渣熔化實現(xiàn)埋弧后，可以以較大的功率供電。 LF精煉期間攪拌的目的是： 1）均勻鋼水成分和溫度 2）加快傳熱和傳質(zhì) 3）強化鋼渣反應(yīng) 4）加快夾雜物去除3.5 攪拌脫硫期間： 為加強鋼渣混合和攪拌，應(yīng)采用大功率攪拌。 加熱后，從脫硫角度出發(fā)應(yīng)使用大的攪拌功率。 對深脫硫工藝，攪拌功率應(yīng)當控制在300500W/t之間。 脫硫后，應(yīng)采用弱攪拌，以利于去除夾雜物。脫氧期間： 過去采用大功率攪拌，目前為了降低全氧含量，通常在精煉結(jié)束后采用弱攪拌，將攪拌功率控制在3050W/t之間。LF爐加熱階段： 不采

33、用大功率。功率較大會引起電弧的不穩(wěn)定。攪拌功率可以控制在3050W/t。3.6 精煉鋼包耐火材料與壽命耐材品種1)渣線用鎂碳磚, 其它用高鋁磚;2)鎂白云石磚: 適合于潔凈鋼冶煉.提高耐火材料壽命的措施1) 合理供電(弧長控制, 合理工作點,提高升溫速度)2) 埋弧操作3) 合理渣系: CaO-Al2O3渣系4) 高效精煉5)耐材質(zhì)量4 LF爐熱效率的理論分析LF爐能量平衡示意圖Pe變壓器輸出的有功功率；Pr線路（短網(wǎng)）損失的電能；Parc電弧功率；Par損失的電弧功率；Qab進入渣鋼熔池中的電弧熱量；Qbath滯留在熔池中的熱能；Qch用于渣料、合金熔化升溫熱；Qm鋼水、爐渣的升溫熱；Qls

34、通過爐襯損失的熱量；Qln爐襯的蓄熱；Qsa由渣面損失的熱量；Qg爐氣帶走的熱量；Qsl由渣面散發(fā)出的熱量；Qshell由包殼與周圍大氣的熱交換而損失的熱量LF爐幾個能量利用率的定義 （1）LF爐的電效率E （2）LF爐電弧的傳熱效率arc （3）熔池的熱效率bath （4）LF爐總的熱效率或總的能量利用率LF 電弧埋入爐渣中的行為特征 電弧燃燒的穩(wěn)定性顯著提高爐渣的磁屏蔽效果 爐渣對電弧等離子體成分的影響 爐渣對電弧柱電位梯度的影響 電 弧 傳 熱 交流電弧傳熱機理(正半周 )交流電弧傳熱機理(負半周) LF爐電弧的傳熱行為 （1）電弧柱向鋼液的傳熱量 （2）弧柱向側(cè)面的傳熱量 （3）爐渣（

35、包括部分鋼液）吸收的熱量 ， 其中鋼液和爐渣總的吸熱量LF爐運行電抗模型運行電抗模型:二次側(cè)相電壓運行時為：150tLF爐13級電壓下的運行電氣特性曲線（Tap13，335V）1電效率，2功率因數(shù)cos 3表觀功率S4電弧電壓Uarc5操作電抗Xop6有功功率Pe 7電弧功率Parc8無功功率Q9耐材消耗指數(shù)RE10短路電抗Xs電弧功率隨運行電流的變化曲線合理供電制度的確定最快速升溫電流經(jīng)濟電流最快速升溫電流進入熔池的電弧熱量 Qarc最大熔池鋼水升溫速度最大最快速升溫工作點經(jīng)濟電流 在LF爐的能量平衡中，電效率和電弧的傳熱效率是相互關(guān)聯(lián)的。要使綜合效果達到最佳，必須使兩者效率的乘積達到最大：

36、 式中ea稱之為輸入熔池的電熱效率。 定義當電熱效率為最大時的電流為經(jīng)濟電流。經(jīng)濟電流工作點熱效率分析在新鋼包中，A=2.469，B=0.5871，C=10.86， E=-4.3791+0.0027T初始 （若E0.59則取E=0.59）；在周轉(zhuǎn)包中，A=2.569，B=0.3755，C=10.84， E=-4.3481+0.0027T初始（若E0.59則取E=0.59）。不同鋼包狀態(tài)及通電級數(shù)下的平均升溫速率：影響鋼水升溫的主要因素進入熔池中的電弧熱量鋼包狀態(tài)鋼水浸泡時間鋼水溫度表 實測鋼水溫升速度與計算鋼水溫升速度的比較提高LF爐熱效率的主要技術(shù)措施 （1）優(yōu)化供電制度，提高電效率和電弧的

37、傳熱效率 （2）加強鋼包烘烤和實施鋼包周轉(zhuǎn)的優(yōu)化 （3） 減少熱停時間，縮短精煉周期5 電極消耗研究LF爐電極消耗機理及模型研究1. 研究的目的和意義2. LF爐精煉過程電極消耗機理及模型研究3. LF爐電極消耗的計算4. 降低電極消耗的措施電極消耗分類電極消耗機理端部消耗 側(cè)面消耗折斷消耗電極端部消耗示意圖A1電弧行為引起端部消耗主要區(qū)域A2電弧行為引起端部消耗的次要區(qū)域E鋼、渣侵蝕區(qū)域 端部消耗由于電弧的高溫使前端部石墨升華即蒸發(fā)因熱應(yīng)力使其崩裂即熱剝落由于鋼水和爐渣的侵蝕使石墨溶解或發(fā)生化學反應(yīng)C +（FeO）= CO + Fe C +（MnO）=CO + Mn2C + （SiO2）=

38、2CO + Si 3C +（CaO）=CO + CaC2 側(cè)面消耗 石墨電極表面將與爐氣發(fā)生以下反應(yīng) 2C + O2 = 2CO C + CO2 = 2CO 大氣中石墨氧化消耗速度與溫度的關(guān)系 電極側(cè)面消耗影響因素 電極周圍的爐氣組成（特別是O2濃度）電極周圍的氣體流速電極表面溫度電極材質(zhì)（特別是密度）折斷消耗 電極斷裂是LF爐操作中突然發(fā)生的事故，可分為高位斷裂和低位斷裂兩種情況。高位斷裂通常發(fā)生在電極柱的最高接頭或接頭座處，也就是電極把持器的接續(xù)部位。低位斷裂是電極下端尤其在接頭處常由于局部氧化而變細，在外力作用下發(fā)生斷裂。在這種情況下，為了避免電極端頭無意中掉進熔池而增碳，通常先被人工打

39、掉。 同一電壓等級下電流大小對電極消耗的影響通電時間對電極消耗的影響非通電時間對電極消耗的影響6、 LF精煉與鋼種6.1 合金鋼的分類 調(diào)質(zhì)鋼 機械制造 表面硬化 合金結(jié)構(gòu)鋼 超高強度鋼 易切削鋼 彈簧鋼 冷塑性成型鋼 軸承鋼 高速工具鋼 刃具鋼 一般刃具鋼 用途 合金工具鋼 量具鋼 冷作模具鋼 模具鋼 熱作模具鋼 不銹耐熱鋼 耐熱鋼 特殊用途鋼 耐磨鋼 電工鋼 低溫用鋼6.2 轉(zhuǎn)爐+LF+VD工藝適宜的鋼種C0.05%, 通常在0.1%以上(LF爐易增碳);（如果采取特殊工藝也可冶煉超低碳鋼）N含量要求不嚴格的鋼種, 電弧加熱易增氮;合金含量5%的低合金鋼;對氧和硫及其夾雜物含量要求低的鋼種;對溫度、成分控制要求嚴格的鋼種；適用鋼種：碳結(jié)（冷鐓鋼）、合結(jié)鋼（齒輪鋼、彈簧鋼）、軸承鋼、塑料