LF精炼过程增碳研究

王超　姜成

摘 要：高品质钢的生产水平是一个企业综合竞争能力的表现，研究高品质钢又是一个系统的复杂过程，基础研究非常重要[1]。长材制造部高品质钢主要为焊丝焊条系列，该系列钢材要求C含量0.060%-0.090%之间，目标值为0.070%，转炉供精炼成分中C要求控制在0.060%以下，精炼炉要C按目标值控制则要求尽量缩小精炼过程增碳量。根据长材制造部生产焊丝钢统计数据显示第一次送电、变渣后平均增碳0.020%，第二次送电平均增碳0.007%。整个过程增碳接近0.03%。精炼过程接近0.03%的增碳量成为长材制造部冶炼低碳钢的主要限制性环节，为降低精炼过程增碳本人对LF炉送电原理进行分析，主要从送电制度和造渣制度方面进行分析，寻找降低精炼过程中增碳的主要原因，并制定相应措施。

关键词：LF炉；低碳钢；降低过程增碳；措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.20.006

1 研究背景

1.1 长材制造部炼钢工艺流程

长材制造部焊丝钢主要生产流程为：铁水→60t转炉→LF精炼炉→连铸→铸坯。目前转炉冶炼焊丝钢成品碳能够控制在0.060%以下，精炼炉过程增碳在0.027%-0.035%之间，且经常出现碳含量在0.090%以上情况，影响焊丝钢C的稳定性，对后续客户使用造成困难，造成质量异议。

1.2 LF精炼炉冶炼过程

目前长材制造部LF炉精炼过程为：转炉钢水→加顶仓灰100kg→精炼到位→开氩气加渣料→送电加脱氧剂造渣→取样化验→送电加脱氧剂造渣→调整成分→送电加脱氧剂造渣→白渣出钢→软吹→加覆盖剂吊包→连铸。此过程中增碳主要过程为送电加脱氧剂过程中。第一次送电过程增碳在0.020%，第二、三次送电过程增碳0.007%。整个过程增碳在0.03%左右。

2 电极增碳原因

2.1 LF炉电极工作原理

电极控制原理如图1所示：有一根位于中央的石墨阴极，两根位于阴极两侧的石墨阳极。三根电极位于同一平面由电极把持器夹持，通过液压系统控制分别沿导轨上下移动。

钢包炉控制系统电参数关系为：

P= UARC·IARC + UES1·IES1 + UES2·IES2

P——加热功率；

UARC——电弧电压；

IARC——阴极电流；

UES1——阳极1渣阻电压；

IES1——阳极1电流；

UES2——阳极2渣阻电压；

IES2——阳极2电流。

由钢包炉电参数关系式可以看出冶炼过程的热源主要为电弧加热和电渣加热两部分组成。精炼过程在无外加其他原料的情况下，引起增碳的主要原因是石墨电极熔人钢液中，为此首先要保证钢包内渣层要有一定的厚度。

计算机控制系统在精炼过程使阳极保持在渣层中的办法是：

（1）由于渣层具有一定的电阻，阳极电流流经渣层时要产生一定的压降，冶炼过程通过控制渣阻压降即可达到阳极不伸人钢液的目的；

（2）通过装在电极夹持臂上的电极定位系统，可使阳极精确定位在渣层中，以达到避免增碳的目的。根据直流电弧-电渣加热钢包炉的原理及冶炼工艺要求，计算机控制系统在精炼过程中通过对阳极电压、电流，阴极电压、电流的检测与调节，按适宜的控制模型以实现达到上述的指标。

2.2 LF炉电极增碳分析

根据查阅相关资料和现场造成点击增碳的主要原因可从以下几个方面进行分析。

（1）接触式增碳。LF 使用石墨电极升温，由于送电过程中基本上采取大电流短弧操作，电极与钢水表面的距离较近，由于底吹氩的作用，液面波动导致电极与钢水直接接触使钢水发生渗碳反应，导致钢水增碳。

（2）非接触式增碳。由于电弧的高温使石墨前端部升华即蒸发，因热应力使其崩裂即热剥落。升华的气体碳在电弧的电离作用下很容易使钢水增碳。而电极端部的热剥落直接使石墨碎片进入炉渣而使钢水增碳。而电极侧面的氧化消耗生成的CO 气体，进入电弧区被电离后也会引起钢水增碳。

（3）电极掉块直接增碳。LF 使用石墨电极升温降温过程中由于受到自身温度变化影响电极本身（尤其是接头处）造成脱落，进入钢水。造成增碳。根据电极碳含量计算吨钢仅需0.1kg电极，就会造成钢水增碳0.01%。

3 控制电极增碳措施

3.1 针对接触式电极增碳的措施

接触式增碳主要是由于钢水与电极的直接接触造成的渗碳，减少其直接接触是防止电极渗碳的根本办法。对此我们采取以下几种措施：

（1）送电过程适时调整氩气流量，防止钢水搅拌过重造成舔电极引起的增碳。

（2） 增加渣层厚度和电阻，针对这点我们主要采取以适量增加渣量为辅，以保持精炼渣发泡良好来增加渣厚和电阻为主的方式为主减少钢水和电极的直接接触。

（3）转炉加顶仓灰提前化渣，减少精炼第一次造渣过程中化渣难的问题，降低靠大氩气搅拌造成钢水舔电极的概率。

3.2 针对非接触式电极增碳的措施

非接触式电极增碳是由于电弧的高温使石墨前端部升华即蒸发，因热应力使其崩裂即热剥落。升华的气体碳在电弧的电离作用下很容易使钢水增碳。针对这种情况我们从两个方面考虑；（1）如何减少电弧区电极的蒸发；（2）如何减少由于电离CO引起钢水增碳。针对以上两个原因我们采取以下几个措施：

（1）精炼生产尽量保持连续，生产过程保证炉盖内良好的还原性气氛。减少由于电极表面氧化造成电极瘦身，瘦身后电极电阻增加，从而导致送电过程中分压增加，热效率增加最终导致电极本身和电弧区更易挥发和氧化，造成钢水增碳。

（2）采用较低档位进行送电减少电极分压，长弧操作，减少电极热效率。目前采取4档（230V）操作。

（3）减少送电时间，通过提高转炉供精炼温度，提高折渣率、控制精炼周期、连铸低温快拉等方式减少精炼炉送电周期通过减少精炼增碳时间控制增碳量。

3.3 针对电极掉块造成增碳的措施

电极掉块主要由以下几个：（1）电极接头处螺丝与螺母接触不良造成电阻增加，过热造成螺母脱落。（2）由于受到物理打击和热震冲击电极造成电极掉块。针对以上两个原因我们主要采取以下几个措施：

（1）联系电极厂家提升电极质量，避免电极存在裂纹，提高电极头、尾螺丝与螺母的咬合度。

（2）接电极对电极接头进行仔细清扫，避免接缝处空隙出现。

（3）加入合金物料时，暂停送电防止合金对电极造成打击引起电极脱落。

（4）规范吹氩操作减少钢水舔电极情况发生对于电极本身造成的物理冲击和热冲击。

4 减少电极增碳措施效果

经过对于以上措施的严格执行，制定合理的吹氩制度，改善电极质量。经过现场跟踪保持精炼渣良好的发泡性和良好的吹氩制度，生产过程中钢水舔电极情况明显减少，电极零碎掉块想想得到控制。精炼过程中增碳尤其是第一次送电变渣过程中增碳得到明显改善。目前在精炼第一次送电过程中增碳已经降低至0.015%，第二次送电增碳平均为0.05%较之前有明显改善。同时由于电极增碳得到有效控制电极千度电消耗、吨钢电耗等指标都有不同程度的降低。

5 结语

本文通過对电极增碳的分析，找出了LF电极增碳的主要原因，并制定行之有效的措施为LF炉冶炼完善了工艺，为降本提质提出来新的思路，更为本炼钢厂冶炼低碳钢、超低碳钢打下了良好的基础。

参考文献：

[1]姜周华，李花兵，董艳伍.电渣重熔高氮钢技术的进展[J].钢铁研究学报，2006，26（10）：1-4.endprint