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炉外精炼在冶金工业中的运用

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《江西冶金》2017年第3期

摘要:为了加强高钢的产量与质量,在现代钢冶炼期间,各个大钢厂全面使用各种新技术与设备,其中炉外精炼技术就是提高钢质量的新工艺之一。炉外精炼工艺是将转炉或电炉初炼的钢水转移到钢包中进行二次精炼的过程,也称“二次冶金”或炉外精炼。本文简单介绍了炉外精炼工艺的方法即LF法,以及炉外精炼技术的未来的发展趋势。

关键词:炉外精炼技术;LF;夹杂;合金

1引言

随着工业和科学技术的发展,对于钢的力学性能和工艺性能的要求越来越高。特别是一些重要零件,用一般的电炉熔炼得到的钢液质量不能满足要求。因此自20世纪30年代。冶金工作者们开始寻求进一步提高钢的质量的方法,并逐步形成了炉外精炼工艺。

在60年代中期,我国就开始在生产炼钢过程中,使用高碱度炉渣。在出钢期间,采用脱硫的办法冶炼轴承钢,还学会了钢包静态脱气的原始精练工艺,但目前没有精练的设备能够应用其中。在80年代时,我国自主研发的精炼设备也开始投入使用,如LF炉与电磁搅拌设备等,我国各冶金研究所等机构联合研发生产的喂丝机、钢包吹氩与合金芯线,并健全了炉外精炼技术的辅助工艺。并且炉外精炼技术在当前已经非常成熟,精炼工艺全面运用于国内的各钢铁企业,以核心炉外精炼技术为主,并在冶炼特殊的钢中取得了良好的效果和成果。

2炉外精炼(LF)的几个要点

2.1炉外精炼(LF)的介绍

所谓炉外精炼(简称LF)是指钢包中冶炼的全过程,它是真空处理、加热控温、喂线喷粉、吹氩搅拌和合金成分微调等工艺用不同方式组合起来的,并在钢包内二次造还原渣,让钢包内保持还原性气氛,让钢液更加精净。炉外精炼技术是以减少钢中的磷、硫、氧等有害物质在钢中含量,避免出现成分偏析以及有害参杂物。以此来提升钢材的拉伸强度、韧性、屈服强度、塑性、冲击性等机械力学性能。

2.2炉外精炼(LF)能改变冶炼时的液相反应环境

气体是冶炼期间的脱氧和脱碳的反应产物,炉外精炼(LF)是在真空环境下完成的,对化学反应的顺向操作比较有利,工作压力在≥50Pa时,加大真空度对钢液脱气的处理,降低钢中的气体含量。

2.3炉外精炼(LF)能快速完成钢液成分的传输

钢液的传质速度是冶金反应速度快慢的关键,冶炼期间所采用多种混合方式让系统内的钢液流动起来,让熔体内的传热、传质和对流的过程加快,强化钢液内的熔池搅拌,达到钢液化学成分均匀的目的。

2.4炉外精炼(LF)能增加渣-钢之间的反应面积

炉外精炼的各种设备都有搅拌功能、喷粉技术,搅拌的时候能够使渣-钢乳化,细小颗粒、气泡上浮,让冶炼时产生金属元素的熔化、熔解、碰撞等各种金属元素化学反应,增加渣-钢反应面积,提高反应速度,提高合金收得率,炉外精炼就是利用增大渣-钢反应面积提高精练效果。

2.5炉外精炼(LF)精确控制钢水温度、成分

炉外精炼设备有电极加热装置,能够准确的控制钢液温度,同时用吹氩技术把钢水内的含有多种化学元素搅拌均匀,完成合金成分的微调,对化学反应要精确控制,让各种反应保持平衡。并且转炉炼钢和连续铸钢之间有缓冲时间,与连续铸钢形成流畅的冶金生产流程。

2.6炉外精炼(LF)在冶金中的应用

钢厂在炉外精炼(LF)设备添加后,还需要水循环系统,除尘系统和人员投资等添加,让炼钢的冶炼成本不断增加。但钢液化学成分的稳定性也得到了控制,合金成分也精确了,减少了偏析现象。钢液中气体、夹杂物的含量降低。增加钢材的抗拉强度、韧性、屈服强度、塑性、冲击性等机械力学性能,由于上述各种原因,让炼钢成本与机物料的消耗持平。

应用炉外精炼(LF)的优点包括:

(1)使用钢包精炼工艺后,钢液中的有害化学元素和有害气体都有所降低,并使钢液中不易形成对钢坯有严重侵害的非金属夹杂物和金属夹杂物,从而提高了钢坯的机械性能和力学性能。

(2)电磁搅拌作用加快了钢-渣之间的化学反应,有利于钢液的脱硫、脱氧和脱气,使钢液中非金属杂物及各种夹杂物的上浮,提高了钢液反应速度,并使钢液中的各种化学成分均匀。

(3)与普通转炉炼钢、电炉炼钢联合冶炼,加快生产周期,提高了钢材产量、质量,使企业效益最大化。

使用炉外精炼(LF)还需解决的问题包括:

钢包倒包过程中,易使钢液吸气,为避免钢液二次氧化,目前的解决办法是精炼钢包直接上连铸,并实行保护浇铸。

2.7炉外精炼(LF)的未来发展趋势

(1)以钢包吹Ar为核心,加上喷粉、合金成分微调等技术相结合,主要与转炉一连铸生产相衔接。

(2)以真空处理为核心,加上喷粉、化学加热、合金成分微调等技术相结合,主要与转炉一连铸生产相衔接。

(3)以LF炉为核心,与上述技术相结合的精炼,主要与电炉一连铸生产相衔接。

(4)健全现场监测设施,对炉外精炼冶金过程实现自动化控制,保证终点温度和化学成分控制精度,提高钢材产品的质量。

3结语

国际炼钢工艺的水平主要表现在炼钢炉前、后操作的流程变化,如铁水预处理、炉外精炼技术以及相关的全新生产炼钢的最好工艺流程的研究发展。炉外精炼(LF)是提升钢材质量,减少生产成本的国际先进技术,也是当前炼钢技术中不能缺少的重要组成,它有微调化学成分和准确钢液温度的控制、夹杂物形态控制、真空脱气等冶金功能。在整个冶炼期间,还要考虑到技术上的灵活性与连续性。为了完成最好的精炼成果,准确地在线测定与最终快速测定是钢水中化学元素必须做的。所以说炉外精炼(LF)技术会在以后的冶炼中将会取得较快的发展,只有加大每项功能的环节作用,才能更好的发挥出炉外精炼(LF)优势,生产出品质高精度纯净的钢种。

可以预见,今后将有更多的精炼工艺和设备在我国的冶金行业得到应用,为冶金行业的发展做出更大的贡献。

参考文献:

[1]冯聚.钢水预处理和钢水炉外精炼[M].北京:冶金工业出版社,2006.

[2]陈建斌.炉外处理[M].北京:冶金工业出版社,2008.

[3]李晶.LF精练技术[M].北京:冶金工业出版社,2009.

[4]殷瑞钰.冶金流程工程学[M].北京:冶金出版社,2004.

[5]刘浏.炉外精炼工艺技术的发展[J].炼钢,2001.

作者:袁东颖;刘江涛;张文政 单位:涞源县奥宇钢铁有限公司

江西冶金杂志责任编辑:张雨    阅读:人次