LF的原理及工艺

LF精炼LF（LadleRefiningFurnace

）常称钢包精炼炉或钢包炉，概念最早是1964~1965年北京钢铁学院和瑞典皇家工学院提出，而由日本大同特殊钢公司于1971年研制成功的。开发初意是把EAF中的还原操作移到钢包中进行。LF炉特点LF炉是一种特殊的精炼容器，多采用埋弧精炼操作。其特点主要有：将初炼炉内熔炼的钢水送入钢包，再将电极插入钢包钢水上部炉渣内并产生电弧，加入合成渣，形成高碱度白渣，用氩气搅拌，使钢包内保持强还原性气氛，进行所谓埋弧精炼（如图1-1所示）。由于氩气搅拌加速了渣－钢之间的化学反应，用电弧加热进行温度补偿，可以保证较长的精炼时间，从而使钢中的氧、硫含量降低（硫大约最低可到10ppm，总氧可到25ppm以下）。LF特点LF功能LF钢包精炼炉能取代初炼炉进行还原操作，可对钢液实施升温、脱氧、脱硫、合金化，采用吹氩搅拌，使钢流成分温度均匀，质量（纯净度）提高，具体功能：

1、电弧加热升温；2、钢水成分微调（主要的合金仍在转炉出钢过程中加入钢包并将其成分控制在钢种要求的下限，钢包精炼炉再根据需要加入少量合金进行微调。少量易氧化的合金主要在钢包精炼炉添加调整）；3、脱硫、脱氧、去气、去除夹杂（需要强调的是，为了取得较好的脱硫效果，在脱硫前必须先对钢水进行脱氧，使钢中氧含量降到较低水平）；4、均匀钢水成分和温度；

5、改变夹杂物的形态；

6、作为初炼炉、连铸的缓冲设备，保证初炼炉、连铸匹配生产，实现多炉连浇。

LF精炼功能图LF设备认知炉盖是LF钢包精炼炉设计的关键部分，因为很多情况下钢包精炼炉的冶金效果在很大程度上取决于炉子内的气氛控制。为了避免空气从炉盖和钢包之间的间隙及炉盖开孔处进入炉内，采取了一些必要的保

护措施，包括使用过程中必须采取的包口清理和维护工作。

LF设备认知LF钢包耐火材料钢包衬寿命不高是影响炉外精炼发展的严重障碍，这种情况在具有加热手段的精炼炉上表现尤为突出。由于LF钢包精炼炉在精炼过程中要进行电弧加热，吹氩搅拌和渣精炼，因此钢包耐火材料受到连续的热冲击，化学腐蚀，机械磨损，侵蚀等损坏。所以，精炼炉钢包衬对精炼处理而言非常重要。精炼钢包用耐火材料具有的特点

1、高温耐蚀性能

精炼钢包在温度和时间方面都要求非常严格，最高温度往往达到1750℃以上。在精炼过程中，熔渣的

碱度在0.6~4范围内变化，内衬材料受到高温下浸透性强的酸性渣和碱性渣两者的侵蚀，损毁速度很快。

2、高温耐磨性

由于钢包精炼采用了强制搅拌，激起了钢液夹带熔渣的流动，对内衬产生洗刷而呈现磨损作用，它侵

入砖缝处，往往使之遭到严重损耗，并出现超前蚀损。

3、高温真空稳定性

对于有真空精炼手段的车间如RH、VD、VOD等，钢包的耐材必须考虑高温真空稳定性。

4、耐剥落性

钢包精炼的容器是钢包，所以急冷急热频繁，而且是间断操作，使用条件非常苛刻。为了适应这种严

酷的操作条件，一般选用具有再结合砖的耐蚀性又有提高耐剥落性的半再结合砖。

对于LF渣线部位一般选用的材质有：MgO-Cr2O3砖、MgO-C砖和MgO-CaO-C砖等碱性或复合耐火

材料来提高其使用寿命。MgO-Cr2O3砖也常用于RH插入管处。LF精炼钢包除渣线部位外，侧壁熔池通常

用高铝砖砌筑，底部用锆石英砖或高铝砖砌筑。如果考虑到冶炼钢种的洁净度，可采用高铝砖中添加Cr2O3的耐火材料，但是这种耐材价格太高。砌筑LF精炼钢包内衬（除渣线外）的高铝砖的Al2O3含量通常选用70%~80%以上的原料制造。现在，在LF钢包侧壁采用Al2O3-MgO-C砖、Al2O3-C砖也都获得了较好的效果。

总之，钢包衬使用碱性耐火材料具有一定的优越性，它很容易地使炼钢厂达到清洁炼钢工艺的目的。LF造渣技术目的：造泡沫渣以埋弧加热，造白渣以脱硫。途径：出钢造渣+精炼造渣。材料：石灰、萤石、预熔渣、调渣剂、发泡剂等。预熔渣，又称预熔型颗粒精炼渣，一般为CaO-Al2O3渣系，渣系熔点≤1400℃。它是将组成精炼渣的各种原料破碎后按一定比例机械混合后用化渣炉去杂质、水淬粉碎后制成，其成分均匀、性能稳定，储存时不吸水，在LF钢包精炼炉使用时成渣速度快、吸热小、粉尘少，对环境污染少；发泡剂常采用的是含碳类化合物，如CaCO3、MgCO3、SiC等。LF看渣技巧碱性渣随着炉渣氧化性的高低而呈现不同的颜色，所以渣色是炉渣与钢液脱氧程度的标志。炉渣氧化性强时，炉渣呈黑色，随着炉渣氧化性的减弱即渣的还原，颜色也逐渐变浅，由黑色→灰色→褐色→黄色→浅黄色→白色（此时（FeO+MnO）一般不大于1%）。黑色：FeO+MnO>2%。说明炉渣脱氧不良，需要进一步脱除渣中的氧，可使用铝粒、促进剂、调渣剂、多功能、复合脱硫剂等。灰色到褐色：FeO+MnO=1~2%。还需要一定的还原。黄色到白色：这种渣子还原得较好。黄色表明发生了脱硫，这种渣冷却下来后会碎裂成粉状。说明：

1)如果断面光滑、不易裂，说明碱度低；如果呈玻璃状，说明该渣略偏酸性。LF看渣技巧2)如果炉渣呈绿色，说明渣中有氧化铬存在(Cr被氧化成Cr2O3进入渣层中，RH渣或含Cr类不锈钢中有时可见)。3)采用电石脱渣中氧（脱氧效果、脱氧机理与多功能、促进剂类似），形成电石渣时，炉渣颜色逐渐转为灰白（CaC2＜2%)→灰色（CaC2≈2%）→深灰带色（CaC2＞2%），此时的灰渣则容易增碳。4)评定白渣好坏首先要注意渣色，不仅要看炉渣白的程度，而且要看白渣的保持时间。白渣颜色稳定或白色稍带一点灰色，而保持时间长，才能说明钢液脱氧良好。渣色反复变化，表明炉渣脱氧不良，此时需加入一定量适宜的脱氧剂如CaSi粉、SiC、CaC2、铝粒、铝粉等以加速炉渣脱氧。A.玻璃状薄片这表明SiO2、Al2O3或CaF2含量太高。在这种情况下，应加入石灰，每次加入量不超过0.4kg/t钢，溶解后再取渣样。B.渣面平滑、厚这种渣冷却后应会碎裂(较脆)，是比较理想的渣况。如果不碎裂，那么铝酸盐可能偏高。这种情况下脱硫可能不佳，可多加石灰。石灰量过大。可以发现未熔化的石灰颗粒，加入合成渣，每次加入量不超过0.1kg/t，化后再进行根据渣况调渣。

发泡和埋弧技术（1）造泡沫渣及埋弧技术的优点

－节电、提高热效率：减小电弧热量的对外辐射。

－提高钢包及炉盖的使用寿命。

－有利于快速脱O、S。

（2）发泡技术：在送电时加入发泡剂（含C类材料，如CaC2、碳酸盐等），以便于渣子

发泡，同时渣子不能太稀。

（3）埋弧加热

a)开始加热时，炉渣较死，不易埋弧，应采用低级电压。

b)渣形成后，根据埋弧情况，逐渐加大电压级数。

c)加合金、测温、取样期间应断电，抬起电极。

d)如果钢水温度较高，要求升温速度在2/min℃左右，此时采用中级电压。发泡和埋弧技术e)连续升温10min以上时，应停止加热。吹氩搅拌2~3min以使钢液温度上下均匀，不致造成渣面温度过高（渣面温度过高，易烧穿渣线部位）。

f)加热期间电弧不稳定时，要降低吹氩搅拌强度。

研究表明，当渣厚与弧长相等时，电弧表现为明弧燃烧；当渣厚为弧长的1.5-1.7倍时，

电弧表现为侵人式燃烧；当渣厚超过弧长2倍以上时，电弧才表现为埋弧燃烧(对流及传导传热)，才能实现电能的有效利用。若熔渣不起泡，难以很好地实现埋弧操作。

以前，人们习惯用R.I.（耐火材料烧损指数）来衡量电弧对钢包耐材衬的影响，但由于目前的LF钢包精炼炉普遍采用泡沫渣操作，所以R.I.指数已不再适用。

在通过电弧加热的过程中，为了提高热效率和保护钢包衬，需要进行埋弧操作。

交流电弧在不同时期，其弧长与弧电压的关系是不同的，表达式如下：

V=α+βl(电弧电压的大小是由弧长来决定。电弧长则电压高，电弧短则电压低)。

其中，V、l分别为弧电压和弧长，α、β为常数。

在钢包精炼的渣料熔化期，阴极电压降为10V，阳极电压降为30V，电弧柱电位梯度为

1.0~1.15V/mm；在钢包精炼的泡沫渣内，阴极电压降为10V，阳极电压降为10V，电弧柱电位梯度为0.5~0.7V/mm。故也可由下式进行估算：

渣料熔化期电弧长L＝（Varc-40）/1.0~1.15

泡沫渣内电弧长L＝（Varc-20）/0.5~0.7

一般情况下，渣层厚度至少应为电弧长度L＋15~20mm。有些文献认为当渣层厚度为弧长的两倍时，热效率较好。所以，在LF钢包精炼炉的操作中存在一个基本渣量（埋弧渣量），即无论是否考虑脱硫、脱氧，钢水表面均应保证埋弧渣量。要注意的是，渣层厚度不能单靠增加渣量来满足，现在钢包精炼炉中普遍采用的泡沫渣技术就可以在小渣量下实现埋弧操作。

LF实现全程埋弧操作后，可使LF处理的吨钢电耗和电极消耗分别下降12.5%、26.6%，

而钢包的平均使用寿命可提高26.8%。

LF供电技术主要有变压器电流、电压、功率供给技术。

供电技术比较复杂，变压器有多档供电曲线（如：13档，前5档恒功率供电，后8档恒电流供电；11档，前5档恒功率供电，后6档恒电流供电），具体供电工艺依各种具体情况确定。

三相视在功率是三相电的总的功率，它包含有功功率和无功功率。

有功电度应该称为有功功率，就是设备实际消耗的功率。

无功电度应该称为无功功率，就是被设备占用但并未消耗的功率。

有功功率=视在功率×功率因素。

无功功率=视在功率－有功功率。

注意：功率因素的数学表达式为cosφ，值在0.6~0.8之间。

通过变压器、二次侧短网将电能输送至电极，电极起弧将电能转化为热能传输到钢水，从而达到加热升温的目的。※一般在精炼初期采用短电弧、大功率，以快速熔化渣料；在渣料熔化后，适当拉长电弧，增大输入功率，快速升温。

供电时，严禁加含铝、含钛类合金，这是由于通电过程中会将空气中的氮气、氧气解离，加上通电过程中钢液的上部温度相对较高（尤其是渣面温度更高），加入的含铝、含钛类合金很快就熔解，此时氩气又处于软吹状态，因此上部钢液Al、Ti浓度高，易与O、N发生反应生成Al2O3、TiO2、AlN、TiN类物质，不但增加了钢液的夹杂物，还增加了钢液吸氮的趋势。因此，对氮有要求的钢种应严禁在通电时加入。LF脱硫技术脱S反应式：

[FeS]＋（CaO）＝(CaS)＋（FeO）

或[FeS]＋（MnO）＝(MnS)＋（FeO）

LF炉具有良好的脱S条件：

①渣碱度较高；②渣中氧含量低，无新的氧污染源，渣面上为还原性气氛；③通过底吹氩，

增加钢渣间的反应。

提高脱S效率的措施：

1、提高转炉的挡渣效果，减少到钢包的转炉终渣量，是提高脱硫率的有效方法。因为到LF炉的转炉终渣量少，