LF鋼包爐概述

LF鋼包爐設備主要有鋼包、爐蓋、電弧加熱系統(tǒng)、真空系統(tǒng)以及加料裝置。

鋼包 坐落在鋼包車上，它的熔池深度與池面直徑最佳比，即H/D為1.0～1.4，鋼包爐口外緣裝置水冷爐蓋的水冷法蘭圈，用于密封，底部裝有澆鋼用的滑動水口，距爐壁r/2～r/3（r為爐底半徑）處設有吹氬用的透氣磚。精煉過程中氬氣流量根據(jù)不同工位和鋼包容量等決定。氬氣流量高可達200L/min，以達到攪拌鋼液的目的。在真空處理時包內(nèi)鋼液面上留有高達1000mm的自由空間。包襯為鎂碳磚或者鎂鉻磚、高鋁磚、鋯鉻磚。根據(jù)精煉鋼種的工藝要求，采用綜合砌磚法。

爐蓋 用于鋼包口密封，以及保持爐內(nèi)強還原性氣氛和防止鋼液散熱，在鋼包口上設有水冷爐蓋。爐蓋內(nèi)側(cè)澆注耐火材料。爐蓋隨工藝要求設有升降機構(gòu)。

電弧加熱系統(tǒng) 以石墨電極與鋼液之間產(chǎn)生電弧光加熱鋼液。由于電極通過爐蓋孔插入泡沫渣或渣中，故稱埋弧加熱。此種加熱法散熱少，減少弧光對爐襯熱輻射和侵蝕并可穩(wěn)定電流。鋼液升溫速度可達4℃/min。

真空系統(tǒng) 由真空爐蓋、真空泵、真空排氣管道以及除塵設備組成。在真空排氣管道上設置空氣或氮氣進氣口，以調(diào)節(jié)爐內(nèi)真空度或精煉處理結(jié)束時充氣破壞真空。真空爐蓋頂部設置真空抽氣的排氣口和窺視孔，與鋼包口相結(jié)處設置密封水冷裝置，以及真空爐蓋升降機構(gòu)。真空泵采用多級蒸汽噴射泵。

加料裝置 在爐蓋和真空蓋上分別設置有造渣劑及合金加入口。在爐蓋或真空蓋上部配備料斗，通過電子秤稱量過的爐料，經(jīng)溜槽、加料口進入鋼包爐內(nèi)。為了冶煉超低碳不銹鋼，在真空爐蓋垂直中心處開一個供氧槍升降的孔，以便向鋼液吹氧降碳。

包括排渣、加熱、氬氣攪拌、爐渣成分調(diào)整、鋼液成分調(diào)整、真空處理及保溫等。初煉鋼液的質(zhì)量關(guān)系到精煉爐能否順利達到精煉目的，為此要求初煉鋼液的磷含量低于0.015%，從初煉爐出鋼時進行不同程度的終脫氧。

（1）排渣

初煉爐爐渣對精煉工藝影響很大，一是對精煉鋼包包襯的侵蝕，二是渣中（FeO）、（SiO₂）、（P₂O₅）等成分高會嚴重影響精煉工藝。為此，需將初煉爐爐渣排除，排除方法有：（1）電爐出鋼前扒掉爐渣，轉(zhuǎn)爐和平爐出鋼時投擋渣球擋渣。（2）精煉爐自動傾斜20°～30°時，用扒渣機扒掉覆蓋在初煉鋼液上的爐渣。（3）中間倒包避免初煉爐爐渣進入精煉爐。（4）使用壓力撇渣器，除掉初煉鋼液表面爐渣。

（2）加熱

采用電弧加熱和氬氣攪拌，造出還原氣氛和高堿度爐渣。爐蓋降下罩在鋼包爐口的同時，電極降下，插入爐渣中埋弧加熱。補充鋼液從初煉爐進入精煉爐中的溫降，精煉過程中加造渣劑、合金等的吸熱，底吹氬氣和真空抽氣帶走的熱量等造成的鋼包爐內(nèi)的鋼液熱損失，保證鋼液能夠順利地進行精煉和最終滿足出鋼要求的溫度。LF爐電極加熱功率可用下列公式確定，然后用爐子的熱平衡計算與鋼液升溫速度校正。

W_理=C_M△t S%W_s A%W_A

式中W理為精煉鋼液理論上所需要補償?shù)哪芰?，kW·h/t；CM為鋼液升溫1℃所需要的能量，kW·h/t；△t為鋼液的升溫數(shù)，℃；S%為造渣材料占鋼液重的百分比；Ws為熔化占鋼液總重1%的渣料所需要的能量，kW·h；A%為合金料占鋼液總重的百分數(shù)；WA為熔化占鋼液總重1%的合金料所需要的能量，kW·h。鋼包爐總的熱效率一般為η=30%～35%。故鋼包爐實際需要的能量W實=W理/η。加熱時間取決于初煉鋼液進入鋼包爐后的溫度和進入真空處理所允許的最低溫度（一般≥1600℃）。除電極加熱之外，也可以采用鋁熱法或者硅熱法加熱。

（3）氬氣攪拌

采用包底吹氬攪拌，對于脫硫、脫氧、脫氫、脫氮和夾雜上浮有很大影響。實際上吹氬在鋼包爐受鋼時即已開始。加熱時的底吹氬流量，一般為真空操作時的40%～45%（真空操作時底吹氬氣流量為最大）。

（4）造堿性精煉渣

造渣是精煉工藝中的重要環(huán)節(jié)。將石灰、螢石按不同比例（如5：1或4：1）分兩次加入鋼液面，加入量是鋼液量的1%～2%，造高堿度精煉渣脫硫；然后，用硅鐵粉、硅鈣粉和鋁粉或碳粉，按一定比例混合直接加入鋼液面或采取噴吹方法加入鋼液中，形成爐渣成分為CaO60%±5%、SiO₂10%±5%、Al₂O₃30%±5%的渣系或者CaO60%、Al₂O₃30%、CaF₂10%的渣系。影響脫硫反應的主要因素，除還原性氣氛下高堿度的爐渣之外，還有吹氬攪拌能的影響。包底吹氬攪拌，加速鋼液中的硫向渣—鋼界面擴散，可使脫硫率提高1.5～2.0倍，達到90%。

（5）鋼液成分調(diào)整

加熱升溫達到≥1600℃時，即可向鋼液中加入合金調(diào)整成分。鋼包爐精煉允許的合金成分調(diào)整范圍大，易均勻且收得率高。凡是在初煉爐合金化時易被氧化的合金，都可以移到爐外精煉過程中在鋼包爐內(nèi)進行。

（6）真空處理

鋼包爐在真空狀態(tài)下進行脫氣、去夾雜等精煉。按照鋼種要求，分為高真空處理（133Pa以下）和低真空處理（2666Pa以下）。高真空處理的鋼種有壓力容器、核電站、熱壁加氫反應器等用鋼。低真空處理的鋼種有汽輪機葉片、炮鋼、熱軋輥等用鋼。

在真空處理中，包底吹氬流量隨真空度高低而不同。高真空處理的氬氣流量達最大，低真空處理氬氣流量是最大流量的35%左右。在真空和底吹氬氣攪拌作用下，完成脫氧和去除非金屬夾雜，鋼包爐精煉非金屬夾雜物上浮分離比較徹底。最后經(jīng)測溫、取樣、化驗等均達到目標值（主要是氣體含量）后，即完成了真空處理的任務。一般真空精煉15～20min。

（7）保溫

完成保溫以及窄范圍合金微調(diào)。在此時仍需底吹適當流量的氬氣，以均勻溫度和成分。最后測溫（澆注方法不同，出鋼溫度也不同）、取樣作全分析（包括鋼、渣樣）等，均達到出鋼要求，即可出鋼。

（1）深度脫碳。對于一般鋼種，在LF爐中可進行常壓下的吹氧脫碳。對于低碳和超低碳不銹鋼和工業(yè)純鐵，在LF爐中進行真空吹氧脫碳。鐵素體不銹鋼類，可使碳降到0.008%，鉻的回收率在97%以上；對于奧氏體不銹鋼類，可使碳降到0.004%，而鉻的回收率在98%以上；對于工業(yè)純鐵，可使碳降到0.003%。

（2）脫氣和脫氧。LF爐采用的真空下吹氬攪拌，可使軸承鋼的[H]、[N]和∑[O]的含量分別達到2.68×10、38×10和 10×10的水平；精煉06CrMoV7鋼時[H]和∑[O]分別達到2.5×10和15×10-以下；精煉CK45鋼時[N]和∑[O]分別降到50×10-6和14×10-6以下，效果十分顯著。

（3）成分和溫度微調(diào)。在LF爐中鋼液的C、Mn、Si、S、Cr、Al、Ti、N等元素含量都能夠精確的控制和進行成分微調(diào)，加入易氧化元素時收得率也較高。

LF爐具有投資少，設備簡單，精煉技術(shù)組合合理，冶煉工藝操作靈活，精煉后鋼液中氣體含量低，有害雜質(zhì)少，夾雜物大幅度下降，成分穩(wěn)定，溫度均勻等一系列優(yōu)越之處，它與超高功率電爐，連鑄相配合，是一種最優(yōu)化的冶金流程。

鋼包爐精煉，爐外精煉用的鋼包由于添加輔助加熱功能而脫胎變成“爐子”，再進行純凈鋼冶煉的過程。

特點是精煉時間長，具有各種精煉功能，有補償鋼水降溫的加熱裝置。包括：低壓下電弧加熱、底吹氬的VAD爐；常壓下電弧加熱、電磁攪拌的ASEA–SKF爐；常壓下三相埋弧加熱、底吹氬的LF爐。在世界鋼包爐的總臺數(shù)中，最多的是LF爐（見圖）。LF爐精煉的工藝特點是初煉鋼水在LF爐內(nèi)加入造渣料后，通過鋼包蓋上的三根石墨電極插入渣層中埋弧加熱，促使還原渣的形成并對鋼水進行升溫；在整個精煉過程中鋼包底部的吹氬攪拌系統(tǒng)向鋼中吹入大量的小氣泡，在鋼水中上浮的氬氣氣泡引起鋼水強烈攪拌，從而有利于排除氣體和夾雜物、加速鋼渣間的反應、均勻鋼水的溫度和成分；從鋼水中逸出的氬氣覆蓋在熔池面上，維持LF爐內(nèi)的還原性氣氛，避免鋼水的二次氧化和吸收氣體，以此達到脫氧、脫硫、去除夾雜物并均勻鋼水溫度和成分等精煉目的。 2100433B

鋼包爐是用來對初煉爐（電弧爐、平爐、轉(zhuǎn)爐）所熔鋼水進行精煉，并且能調(diào)節(jié)鋼水溫度，工藝緩沖，滿足連鑄、連軋的重要冶金設備。鋼包爐是爐外精煉的主要設備之一。鋼包爐主要功能：

1、使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可以補加合金和調(diào)整成分，也可以補加渣料，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，有利干鑄坯質(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氛，鋼液獲得一定的攪拌功能。

3、真空脫氣功能。通過鋼包吊入真空罐后，采用蒸汽噴射泵進行真空脫氣，同時通過包底吹入氬氣攪動鋼液，可以去除鋼液中的氫含量和氮含量，并進一步降低氧含量和硫含量，最終獲得較高純凈度的鋼液和性能優(yōu)越的材質(zhì)。鋼包爐的應用對整個企業(yè)來看，至少可增加如下得益：加快生產(chǎn)節(jié)奏，提高整個冶金生產(chǎn)效率。應用領(lǐng)域：鋼包爐被廣泛用于工業(yè)、鋼鐵、冶金等行業(yè)。