鋼包爐精煉法

鋼包妒精煉(LF)爐是日本大同鋼鐵公司大森特殊鋼廠1971年開發(fā)成功的。因其投資少，并能顯著提高電弧爐鋼的產(chǎn)量，成為電弧爐與連鑄間匹配的主要設(shè)備。另外,LF 可提高鋼液的純凈度及滿足連鑄對鋼液成分及溫度的要求,使得轉(zhuǎn)爐配LF 法也得到迅速發(fā)展，許多鋼廠都配有LF 法。LF 法已在爐外精煉設(shè)備中占了主導(dǎo)地位，大大地提高了中國轉(zhuǎn)爐鋼和電爐鋼的爐外精煉比。不僅使中國軸承鋼的冶金質(zhì)量趕上了國際先進(jìn)水平,而且由于其冶金功能齊全、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、投資少等優(yōu)點(diǎn)，在國內(nèi)特殊鋼、普通鋼和鑄鋼等工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用,已經(jīng)成為中國純凈鋼的主要爐外精煉方法之一。

LF 法采用氬氣攪拌、大氣壓力下石墨電極埋弧加熱和有渣精煉，為了脫氣，也可采用真空系統(tǒng)。它是一種集電弧加熱、氣體攪拌于一體的鋼液精煉方法,通過強(qiáng)化熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件,使鋼液在短時(shí)間內(nèi)得到高度凈化和均勻，從而實(shí)現(xiàn)各種冶金目的。LF 爐具有加熱功能,可以為連鑄提供溫度合格的鋼液,保證連鑄生產(chǎn)的順行,是連接初煉爐與連鑄工序之間的韌性環(huán)節(jié)。2100433B

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(jìn)行純凈鋼冶煉的過程。

特點(diǎn)是精煉時(shí)間長，具有各種精煉功能，有補(bǔ)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(tái)數(shù)中，最多的是LF爐（見圖）。LF爐精煉的工藝特點(diǎn)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(jìn)行升溫；在整個(gè)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(qiáng)烈攪拌，從而有利于排除氣體和夾雜物、加速鋼渣間的反應(yīng)、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(dá)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

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(dá)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(shí)進(jìn)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(huì)嚴(yán)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(shí)投擋渣球擋渣。（2）精煉爐自動(dòng)傾斜20°～30°時(shí)，用扒渣機(jī)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(jìn)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(shí)，電極降下，插入爐渣中埋弧加熱。補(bǔ)充鋼液從初煉爐進(jìn)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(jìn)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(jì)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(bǔ)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?cái)?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?jǐn)?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(shí)際需要的能量W實(shí)=W理/η。加熱時(shí)間取決于初煉鋼液進(jìn)入鋼包爐后的溫度和進(jìn)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(shí)際上吹氬在鋼包爐受鋼時(shí)即已開始。加熱時(shí)的底吹氬流量，一般為真空操作時(shí)的40%～45%（真空操作時(shí)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(yīng)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(kuò)散，可使脫硫率提高1.5～2.0倍，達(dá)到90%。

（5）鋼液成分調(diào)整

加熱升溫達(dá)到≥1600℃時(shí)，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(shí)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(jìn)行。

（6）真空處理

鋼包爐在真空狀態(tài)下進(jìn)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(yīng)器等用鋼。低真空處理的鋼種有汽輪機(jī)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(dá)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(yàn)等均達(dá)到目標(biāo)值（主要是氣體含量）后，即完成了真空處理的任務(wù)。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(shí)仍需底吹適當(dāng)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(dá)到出鋼要求，即可出鋼。

根據(jù)對鎂質(zhì)量的要求，可以采用不同的精煉方法。鎂的精煉方法主要有鎂熔劑精煉、鎂沉降精煉、鎂真空蒸餾精煉和鎂添加難熔金屬精煉等。前兩種方法主要是脫除粗鎂中的非金屬氧化物和鐵等雜質(zhì)。后兩種方法主要除去金屬雜質(zhì)，用于生產(chǎn)高純鎂。鎂精煉產(chǎn)出的精鎂通稱商品鎂 。