LF炉精炼工艺机理优化研究与生产实践
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摘要：本文针对昆钢lf炉精炼工艺投入使用初期，出现精炼过程质量控制不理想、精炼效果不佳，限制着精炼冶金功能的发挥，钢水质量受到较大影响的突出问题，通过对LF炉精炼原理及冶金功能进行研究分析，对昆钢LF炉精炼工艺控制过程进行了优化，达到理顺精炼生产工艺，改善了钢水洁净度的冶金功能，实现品种钢铸坯实物质量改善和经济技术指标的提升。
随着我国钢铁工业的快速发展，要求钢材产品向品质优越、多功能、高技术含量和高附加值方向发展，传统的炼钢设备和工艺难于满足要求，因而以LF炉为代表的钢水炉外精炼处理技术在钢铁行业迅速发展[1，2]，精炼工艺成为优钢冶炼的关键控制过程。
近年来根据市场需求，昆钢为开发生产45～70中高碳硬线、ML35冷镦钢、K510L汽车大梁钢、X46～X65管线钢等附加值较高的钢铁产品（以下简称“品种钢” ），相继引入了LF炉精炼设备、工艺，如何发挥LF炉精炼冶金功能，保证品种钢冶炼质量，成为LF炉投入使用后重要的研究课题。
1、现状与问题
1.1 现状与问题
昆钢在LF精炼炉建成投产后，实现了在炼钢系统转炉冶炼和LF炉精炼配连铸的工艺流程，为高附加值品种钢研发生产奠定了基础。但经过对在生产初期在LF炉开发生产的60～70钢、ML35钢铸坯低倍组织抽样检验（见表1所示）与开发生产ML35、60、70、K510L钢铸坯低倍硫印夹杂物抽样检验情况（见表2所示）综合统计、分析来看，LF精炼炉的冶金功能未得到充分有效的发挥，钢水LF炉精炼效果及各项技术经济指标不理想，直接影响了品种钢铸坯质量，因此，对LF炉精炼开展工艺优化研究，提高铸坯质量成为亟待解决的突出问题。
1.2 LF精炼炉主要技术参数
炼钢系统LF精炼炉主要技术参数见表3所示。
2、LF炉精炼原理及冶金功能
2.1 精炼原理
LF炉具有较好的脱气去夹杂效果，当氩气通过底吹透气砖吹入钢水后，形成很多小气泡，在钢水较大的静压力作用下，气泡在上浮过程中钢水中的气体不断向气泡中扩散，最后排除钢水；此外，气泡在上浮中加速了非金属夹杂颗粒相互碰撞长大的几率，提高了非金属夹杂物的上浮速度。
LF炉也具有较好的脱氧及脱硫效果，其脱氧方式主要为扩散脱氧[3]，脱氧产物直接进入渣中，在其提供的还原渣精炼和大流量氩气强搅拌冶炼环境所形成的良好动力学条件下，可加速扩散脱氧中渣钢间氧的传输速度和转炉冶炼沉淀脱氧中脱氧产物的上浮速度和去除率，钢水中的氧含量可降低至5ppm以下[4]。在LF炉强还原性、高碱度渣精炼及充分的熔池搅拌过程中，钢水具有较强的脱硫能力，其脱硫效果可用分配系数Ls表示[5]：Ls=（S）/[S]
式中[S]-钢水中硫浓度；（S）-渣中硫含量。
当钢水中的溶解氧不变时，硫的分配系数因下列因素的变化而变化（见表4）。
由表4可知，脱氧效果对脱硫效果的影响很大，LF炉高碱度还原渣精练的脱氧效果良好，其（CaO）含量高，（SiO2）及（FeO）含量低，对脱硫反应的进行十分有利。
2.2 精炼冶金功能
（1）电弧加热功能
LF炉利用大电流通过三相石墨电极对钢水进行电弧加热，升温速度可达到4～7℃/min，通过泡沫渣实现埋弧加热，不仅提高了电弧加热效率，而且减少了高温电弧对钢包工作层耐火材料的热辐射。
（2）全程吹氩功能
LF炉利用钢包底吹氩的功能对钢水进行全程吹氩。精炼前期，调整合金及增碳时进行大氩气量强搅拌，使钢水成分温度均匀，保证取样的代表性，并使渣壳快速熔化，有利于渣子的还原和白渣的形成；中期采用中等氩气量搅拌，稳定电弧，提高加热效率；后期降低氩气量对钢水进行软吹氩，有利于夹杂物的进一步上浮排除。
（3）钢水脱氧、脱硫功能
转炉出钢进入钢包的炉渣氧化性强不利于脱氧脱硫，LF炉通过向钢包中加入脱氧剂对氧化渣进行脱氧，同时加入精炼渣和石灰造白渣，使渣中FeO含量降至1.0%以下，钢包底部吹入的氩气、电极加热产生的CO及炉盖隔绝空气的密封作用创造了较好的还原性气氛[6]，对钢水脱氧脱硫十分有利。
（4）缓冲和协调生产