LF精炼过程的钢水温度控制

Science &Technology Vision科技视界LF 炉具有投资少,功能强的特点,因此近年来被广泛采用。

LF 炉主要功能是在非氧化性气氛下,通过电弧加热制造高碱度还原渣,并从钢包底部吹入惰性气体,强化精炼反应,进行钢液的脱氧、脱硫、合金化等冶金反应,以净化钢液、调整钢液温度和合金成分、促进钢液温度和合金成分的均匀化,从而达到生产工艺和钢种质量的要求。

LF 炉精炼过程钢水温度模型是建立在对LF 炉精炼工艺和功能深入理解的基础上,结合现代自动控制技术,采用先进的算法,开发出钢包精炼炉温度预报模型。

可以有效地提高自动化水平,提高生产效率,降低劳动强度,减少生产成本,并获得优质的钢水。

1LF 温度模型简介LF 温度模型主要有如下功能:根据钢液温度已有的实际测量值与采取的工艺操作,实时推定钢液的当前温度和预报未来时刻钢液的温度,并根据所预报的在标准处理时刻钢液的温度与目标温度的差值计算需要的通电量。

操作人员根据模型所提供的信息,可以有效的对处理过程进行控制,减少通电升温的次数,提高处理终了温度的命中率,同时能够稳定操作,缩短处理周期。

为了计算方便,将所有事件的发生时刻,如加合金与脱硫剂时刻、通电加热开始结束时刻转化成相对时间。

相对时间即为事件的发生时间与LF 炉处理开始时间的差值,如处理开始时刻即为相对时刻0,处理开始1分钟为相对时刻1。

2LF 温度模型的基本构成2.1温度模型的基本结构假定钢液的温度随时间的变化函数为T(t),T(t)包括以下几部分:T (t )=Ts+T NATURAL (t )+T ALLOYS +T HEAT +T LASLEB (t )+T FW +T ELSE +T SELFTS :温度的实际测量值或者是由前工序温度计算出的钢水的初始温度;T NATURAL (t ):自然温降;T ALLOYS :合金及脱硫剂的加入对钢液温度的影响;T HEAT :通电加热对钢液温度的影响;T LASLEB (t ):钢包热状态及冷钢重量对钢液温度的影响;T FW :喂丝对钢液温度的影响;T ELSE :其它因素对钢液温度的影响,暂时预留;T SELF :温度模型中自适应量,暂时预留。

LF钢包精炼炉工艺技术操作规程编号：5-JA-LG-233 一、工艺流程精炼前的准备→转炉出钢加料→行车吊运→坐入钢包车→连接吹氩管→钢包开至精炼工位→下降炉盖→降电极加热→测温取样→加第一批脱氧剂及补充渣料→合金微调加第二批脱氧剂（渣白）→测温调整供电制定→精炼控制温度→喂丝→软吹氩→加保温剂→吊包至连铸二、精炼操作程序1、精炼前的准备（1）、按设备操作规程认真检查相关设备是否正常；（2）、检查各种渣料合金、脱氧剂的数量及质量是否符合要求（炼优质及合金钢时合金应烘烤干燥）；（3）、检查测温及取样系统仪器工具是否正常；（4）、检查喂丝机是否正常，各包芯线数量是否满足要求；（5）、检查水冷炉盖内部溅渣情况及是否漏水，炉盖升降是否正常，各气动阀门动作正常；（6）、检查电极的长度及侵蚀情况，升降是否正常；（7）、各种生产工具器具是否准备完备；（8）、氩气系统及各种能源介质系统的检查；（9）、加料系统的检查；（10）、各种仪表显示是否正常指示信号是否正常；（11）、了解当班的生产计划及品种安排；（12）、了解转炉的生产情况（包括出钢温度及成份、下渣情况）；（13）、了解钢包情况；（14）、了解连铸生产情况；2、出钢加渣料及合金为缩短精炼时间，转炉出钢时可加入部分合金及渣料，锰按中下线控制，硅按下线控制；3、行车吊运坐入LF炉钢包车，连接吹氩管；4、钢水精炼（1）、确认炉盖下降所具备的条件，降下炉盖；（2）、中高档电压送电2-5分钟后，测温取样及时送检；（3）、加第一批脱氧剂及部分渣料；（4）、化验结果报回成份微调，加入第二批脱氧剂；（5）、根据测温结果调整供电制度（过程温度控制按高于处理目标温度10℃左右控制，需深度脱硫的炉次可适当提高温度10-20℃）；（6）、渣量配比及造渣制度①．渣料配比：石灰：萤石=5-6：1（或加入专用精炼渣）；②．造渣制度：一般钢，渣料加入量：10-15千克/吨钢，深脱硫钢渣料加入量15-20千克/吨钢（全部渣量不超过25千克/吨钢，包括转炉下渣量）；（7）、白渣操作①．加料3-5分钟第一批融化良好，加入第一批脱氧剂（加入总量的三分之二），当加料成分微调后此时钢渣应变黄白色，同时泡沫渣已形成接着加入第二批脱氧剂（加入总量的三分之一）约3-5分钟后，钢渣应全部变为白渣（有些低碳钢种渣呈黄白色）；②．精炼期至渣料变白的时间约为10-15分钟，保持白渣时间应大于10分钟；（8）、合金调整①．合金成分调整应在黄白渣或白渣条件下进行；②．合金加入顺序应按元素活泼程度的先后顺序加入；③．合金加入量计算加入量=钢水量*（目标值-实际值）/合金元素含量*收得率；④．合金元素含量控制遵守以下原则：合金元素调整按规格中线控制，连浇炉次钢水成份要考虑上、下炉次间成份偏差，〔C〕≤0.02%，〔Mn〕≤0.10%，〔Si〕≤0.05%；（9）、在加入合金及增碳剂后要适当加大吹氩量（但钢渣不要破顶）。

LF精炼工艺和效果的研究摘要：炉外精炼技术能使传统炼钢法难以生产的许多高质量钢种、各种特殊用途钢都可以以非常经济的方法大量生产, 并使钢内气体含量、夹杂物含量与形态、成分偏差等影响质量的因素均达到前所未有的水平, 进而大大改善了钢的化学与机械性能, 取得巨大的经济效益, 发展极为迅速。

炼钢生产过程中，LF 炉精炼后的钢渣具有自由CaO 含量大、碱度高和还原性强的特点，回收LF 炉热态余渣用于脱硫，渣中硫含量会有所升高，说明LF 炉精炼后的热态钢渣硫含量仍可提高，仍具有一定硫容量。

本文分析了LF精炼工艺和效果。

关键词：LF；精炼工艺；效果；LF 炉由于工艺流程简便, 精炼成本相对较低,已成为开发品种、提高质量的主要精炼设备之一。

国内大量厂家采用转炉-LF 炉-连铸的生产工艺路线, 但发挥LF 炉精炼作用的却不多, 仅用其均匀成分和升温。

某钢厂结合自身生产工艺实际, 采用合理控制精炼周期、快速造白渣、精确调整成份等手段, 在较短的时间内使LF 炉充分发挥其精炼效果, 钢材实物质量达到国内先进水平, 有效的实现了转炉-LF 炉-连铸低成本生产优质钢的新生产模式。

一、LF 炉精炼工艺流程及周期控制1.工艺流程。

到精炼站、加第一批渣料、脱氧剂、送电7min 、取样、测温、加第二批渣料、脱氧剂、送电10～15 min 、取样、测温、调整成分、升温至合格温度、氧含量、出站钙处理、连铸。

2.LF 炉处理周期。

LF 炉的处理周期是指钢包进入加热位至精炼完毕钢包离站所用的全部时间。

处理周期不仅受钢水条件的影响, 同时也受上下工序的制约。

LF 炉的处理周期包括处理时间和缓冲时间目前, 国内LF 炉处理周期一般在40～60min 。

我厂由于LF 炉布局问题, 辅助时间较长,且连铸能力远远大于LF 炉, LF 炉周期必须控制在25～35min 以内, 才能使连铸拉速维持在正常水平。

因此, 为保证与连铸匹配和精炼钢水质量,就得采取各种措施来缩短LF处理周期:一是进站钢水的条件稳定, 温度和带渣量符合标准;二是控制好处理时间, 其关键是统筹兼顾、合理安排。

LF工艺操作LF 是一种拥有电弧加热装置的炉外精炼方法，于1971年由日本特殊钢公司提出，它也被叫做钢包加热炉。

LF主体是一个带有底吹氩的钢包，来自转炉或电炉的钢液(无渣)注入到该钢包内，然后钢包被吊车吊运到钢包车上，运往LF处理工位。

在水冷炉盖下方提供三相电极，盖上水冷炉盖，加入高碱度的复合渣，然后通电，那么常压下即可达到埋弧加热的效果。

由于LF处理方法提供电弧加热、复合渣精炼，吹氩搅拌和合金微调等功能，因此LF精炼可达到以下冶金目的：1）通过还原气氛中高碱度复合渣的精炼，LF有很高的脱硫和脱氧能力，钢液中硫含量和溶解氧可降低到20PPm以下，此外夹杂物也可有效的去除。

2) 钢液电弧加热调整钢液温度，加速复合渣熔化；3) 底吹氩方式达到钢液成分和温度的混匀；4) 依靠自动加料系统对钢液进行成分微调。

加热过程转炉出钢1) 钢包条件钢包应当干净，不附带任何残余炉渣；此外，换包周期不能多于4小时，否则钢包必须烘烤加热到1000-1200℃。

钢包内残余钢液或炉渣会引起钢包温降，失去的热量需LF处理补偿，这些因素在LF电脑模型中都需要考虑进去。

2) 挡渣转炉出钢需要进行挡渣，众所周知转炉顶吹终点，钢液中存在一定含量的溶解氧，它与渣中氧保持平衡。

渣中FeO 和 P2O5含量很高。

当还原剂加入钢包钢液中溶解氧含量降低，钢渣间的氧平衡被打破，渣中 FeO 含量减小。

因为炉渣的氧化性降低，发生回磷现象。

因此为了阻止钢液回磷和保证稳定的LF加热过程，转炉出钢要求挡渣。

3)合金和造渣剂的添加为保证钢液成分，出钢过程中需加入合金和还原剂。

LF加热过程钢包精炼工艺包括几个过程，彼此间相互关联。

对于不同钢种，加热操作不尽相同，且处理过程参数均有相关的标准计算模型。

步骤A：搅拌当钢包抵达LF处理位，接通自动快换接头向钢包提供氩气，根据钢种选择不同的吹氩模式。

a) 吹氩量： 150~300Nl/min步骤B：混匀依据钢种提供不同的混匀方法a) 吹氩量： 300~600Nl/minb) 还原剂：硅铁，铝丸不同混匀模式中，还原剂用量是一定的 (~TS).这个步骤分为两个加热阶段，第一阶段持续1分钟，加热速度越慢越好，温度上升大约3℃/mi n，这是起弧阶段。

120吨 LF钢包精炼炉短网及电气控制系统摘要: LF-120t钢包精炼炉采用还原气氛及微正压条件下的电弧加热，三臂式三相电极分别调节。

精炼炉变压器为28MVA，一次电压35KV，二次电压为425V-240V，使用MR调压开关13级有载调压，采用强制油循环水冷。

自动化系统由一套电极调节PLC控制系统和一套LF炉本体PLC控制系统、上料PLC控制系统及两台计算机操作站及工业以太网组成。

在冶炼过程中，需要向炉内输送几十千安的强大电流，这样大的电流就是靠短网输送的。

短网指从变压器二次出线端到电极的载流体的总称。

经多次新品种钢种开发，钢包精炼炉设备运行平稳，满足生产工艺技术需求。

关键词：短网；变压器；PLC1主要功能（1）电弧加热升温（2）钢水成分微调（3）脱硫、脱氧、去气、去除夹杂（4）均匀钢水成分和温度（5）改变夹杂物的形态（6）作为转炉、连铸的缓冲设备，保证转炉、连铸匹配生产。

2作业工序流程钢包吊至钢包车上→连接吹氩管、试气→钢包车开至加热工位→炉盖和电极下落到位→测温取样确定加热制度及成分微调→加渣料及合金料→送电加热精炼→测温取样→炉盖、电极升起→钢包车开出加热工位→喂丝→加保温剂→软吹氩及气洗→断开吹氩管及吊出钢包3短网从变压器二次端头到电极的二次母线设备总称短网。

短网的电参数对精炼炉的正常运行起作决定性的作用，精炼炉的生产率、炉衬寿命、功率损耗及功率因数等在很大程度上都取决于短网的电参数的选择。

短网主要由水冷补偿器、水冷电缆、导电横臂、电极、电极夹持器等部件组成。

3.1短网具有以下特点（1）电流大。

在短网导体中流过几十千安乃至上百千安的强大电流，必将在短网导体四周形成强大的磁场，在短网导体及其四周的钢铁构件中降产生很大的功率损耗，引起发热。

（2）长度短。

整个短网长度，大型炉子不超过20米，由于短网损耗非常大，在设计时，（3）结构复杂。

短网各段导体的结构，形状不同，并联导体根数不同，排列方式也不同，因此，在进行短网的设计时，既要考虑集肤效应和邻近效应的影响，按规定的电流密度选择导体截面，又要注意导体的合理配置，最佳换位，使有效电感尽量减小，各导体电流均衡及各相参数尽量接近。

lf炉精炼工艺流程
《lf炉精炼工艺流程》
LF炉（Ladle Furnace）是钢铁冶炼过程中的重要设备，用于
对钢水进行精炼处理，以提高钢水的质量和纯度。

LF炉精炼
工艺是通过控制冶炼过程中的温度、化学成分和气体成分，达到减少氧化物和非金属夹杂物的目的。

首先，钢水被倒入LF炉的中部容器中，然后通过底部的电极
加热钢水到一定温度。

在加热过程中，通入适量的吹气量，以氧化非金属夹杂物。

随着温度的升高，非金属夹杂物逐渐被氧化，减少对钢水质量的影响。

接着，通过对氧气的控制，调整钢水中的碳含量和氧化还原平衡。

在一定的氧气条件下，钢水中的碳含量可以得到控制和调整，以满足不同材质的需求。

最后，对钢水进行搅拌，促使温度、成分和气相的均匀分布，使钢水的质量得到进一步改善。

随后，再将精炼后的钢水倒出，用于连铸或其他下游生产工艺。

总的来说，LF炉精炼工艺流程通过对温度、化学成分和气体
成分的控制，实现了对钢水质量的精炼和提升，为后续钢材生产提供了更优质的原料。

LF 钢包精炼炉工艺技术操作规程编号：5-JA-LG-233 一、工艺流程精炼前的准备T转炉出钢加料T行车吊运T坐入钢包车T连接吹氩管T 钢包开至精炼工位T下降炉盖T降电极加热T测温取样T加第一批脱氧剂及补充渣料T合金微调加第二批脱氧剂（渣白）T测温调整供电制定T精炼控制温度T喂丝T软吹氩T加保温剂T吊包至连铸二、精炼操作程序1、精炼前的准备（1）、按设备操作规程认真检查相关设备是否正常；（2）、检查各种渣料合金、脱氧剂的数量及质量是否符合要求（炼优质及合金钢时合金应烘烤干燥）；（3）、检查测温及取样系统仪器工具是否正常；（4）、检查喂丝机是否正常，各包芯线数量是否满足要求；（5）、检查水冷炉盖内部溅渣情况及是否漏水，炉盖升降是否正常，各气动阀门动作正常；（6）、检查电极的长度及侵蚀情况，升降是否正常；（7）、各种生产工具器具是否准备完备；（8）、氩气系统及各种能源介质系统的检查；（9）、加料系统的检查；（10）、各种仪表显示是否正常指示信号是否正常；（11）、了解当班的生产计划及品种安排；（12）、了解转炉的生产情况（包括出钢温度及成份、下渣情况）；（13）、了解钢包情况；（14）、了解连铸生产情况；2、出钢加渣料及合金为缩短精炼时间，转炉出钢时可加入部分合金及渣料，锰按中下线控制，硅按下线控制；3、行车吊运坐入LF 炉钢包车，连接吹氩管；4、钢水精炼（1）、确认炉盖下降所具备的条件，降下炉盖；（2）、中高档电压送电2-5 分钟后，测温取样及时送检；（3）、加第一批脱氧剂及部分渣料；（4）、化验结果报回成份微调，加入第二批脱氧剂；（5）、根据测温结果调整供电制度（过程温度控制按高于处理目标温度10C左右控制，需深度脱硫的炉次可适当提高温度10-20 °C）;（6）、渣量配比及造渣制度①．渣料配比：石灰：萤石=5-6：1 （或加入专用精炼渣）；②.造渣制度：一般钢，渣料加入量：10-15千克/吨钢，深脱硫钢渣料加入量15-20千克/吨钢（全部渣量不超过25千克/吨钢，包括转炉下渣量）；（7）、白渣操作①.加料3-5分钟第一批融化良好，加入第一批脱氧剂（加入总量的三分之二），当加料成分微调后此时钢渣应变黄白色，同时泡沫渣已形成接着加入第二批脱氧剂（加入总量的三分之一）约3-5 分钟后，钢渣应全部变为白渣（有些低碳钢种渣呈黄白色）；②.精炼期至渣料变白的时间约为10-15分钟，保持白渣时间应大于10分钟；（8）、合金调整①.合金成分调整应在黄白渣或白渣条件下进行；②.合金加入顺序应按元素活泼程度的先后顺序加入；③.合金加入量计算加入量=钢水量*（目标值-实际值）/合金元素含量*收得率；④.合金元素含量控制遵守以下原则：合金元素调整按规格中线控制，连浇炉次钢水成份要考虑上、下炉次间成份偏差，〔C〕w 0.02%,〔Mn〕w 0.10%,〔Si〕w 0.05%;（9）、在加入合金及增碳剂后要适当加大吹氩量（但钢渣不要破顶）。

2006年2月　第一期浙江冶金LF钢包精炼炉电极调节器原理及应用肖勇(济南钢铁集团总公司第三炼钢厂　济南　250101)摘　要:济钢第三炼钢厂1号L F钢包精炼炉电极调节器为L F炉外精炼核心控制系统,该系统基于PLC 硬件、软件,以电弧阻抗为控制变量,实现钢水炉外温度及成分的精确、有效控制。

关键词:调节器;弧压;弧流;电弧阻抗0　概　述济钢第三炼钢厂1号L F钢包精炼炉电极自动控制系统采用单独的PLC,控制变量为电弧阻抗。

基于对每一相的电压值、电流值的计算,实现对电弧阻抗的充分校正、过滤。

电极调节系统通过工业以太网与L F炉本体PLC进行数据交换,以获取调节过程中本体PLC 的控制信号,并同时向本体PLC传送电极加热过程中的相关信号,实现与L F炉本体设备的连锁控制。

图1为数据交换的示意图。

1　操作模式电极调节器有两种操作模式。

1)自动模式:加热过程中的电弧阻抗调节;操作员在主操作台选择;在自动模式下电极的运行由数字电极调节器控制;任意时刻执行手动模式选择时,自动模式失效;结束手动模式时,重回自动模式。

2)手动模式:用于维修使用及电极的紧急动作,在主操作台进行选择。

2　电弧阻抗调节特性2.1　现场信号的获取一次侧电压:基于变压器有载调压探头位置的一次侧额定电压。

一次侧电流:一次侧电流通过PLC程序换算为二次侧电流。

二次侧电压:V T信号通过电压传感器校正、滤波后输入PLC。

2.2　调节阀控制PLC输出信号±10VDC,通过V/I转换板控制数字电极。

2.3　变量过程监控系统可监控以下信号:一次侧电压,一次侧电流,有功功率,无功功率,二次侧电压,二次侧电流,电极调节阀给定信号。

2.4　与LF本体PLC的数据交换2.4.1　输入信号手动/自动模式:信号为高电平时,电极使用自动模式进行控制。

此时调节阀的控制信号将基于电极电压及电极电流信号。

高速/低速(手动模式):通过软件可对电极上升和下降时的速度进行预设定,由操作员在操作面板上操作。

ＬＦ精炼工艺制度及钢水处理效果ＬＦ精炼工艺制度及钢水处理效果为保证生产连续快速进行，炼钢厂采用２座ＬＦ炉配１座连铸机的生产工艺，且本厂ＬＦ工艺的特点是精炼周期较短，这就给ＬＦ精炼造渣工艺带来了较大难度。

炼钢厂采取了多种造渣脱氧工艺，经过反复比较，最终形成了比较适合的一套工艺制度。

１转炉控制1.1出钢下渣控制转炉出钢过程中下渣时，炉渣受钢流的混冲乳化起到了充分氧化钢液的作用，这种原始渣氧化性强，炉渣氧势高且渣中ＳｉＯ２含量较高，碱度低，给精炼脱氧造成极大危害。

根据目前的转炉设备工艺状况，具有较好精炼效果的转炉下渣的渣层厚度不大于７０ｍｍ。

1.2转炉成分控制在转炉出钢脱氧合金化的过程中，由于加入增碳剂（碳粉），有部分碳粒混入钢渣中，且合金、脱氧剂、精炼渣的加入使出钢温降较大，使熔渣变稠甚至硬化结壳，导致精炼前期化渣困难、时间较长和就位成分碳含量不准确。

另外，由于ＬＦ炉加料口较小，精炼周期较短，我们采取了精炼过程不进行合金的成分微调，转炉按钢种中限控制合金成分，按钢种下限控制碳含量，减少转炉下渣的工艺措施，确保在ＬＦ炉合金和碳含量的准确控制。

1.3 出钢时加渣料研究表明，单独用脱氧剂如Ｆｅ－Ｍｎ脱氧，发生如下反应：［Ｍｎ］＋［Ｏ］＝（ＭｎＯ）［Ｆｅ］＋［Ｏ］＝（ＦｅＯ）生成Ｍｎ（Ｆｅ）Ｏ，并不能把氧脱到很低的程度。

但是随着脱氧产物Ｍｎ（Ｆｅ）Ｏ在渣溶解，其热力学活度降低，促进了脱氧反应的进行，使钢中溶解氧降低。

无渣的情况下脱氧产物为Ｍｎ（Ｆｅ）Ｏ，钢中溶解氧较高，故出钢前应将配好的渣料加入钢包中且放在钢流冲击处，充分利用出钢时钢水冲击的动能，加强渣———金属的混合，达到脱氧、脱硫的目的。

为此，我们采取了出钢过程加精炼渣的工艺制度，采取的精炼渣渣系为：ＣａＯ－Ａｌ２Ｏ３－ＭｇＯ，主要成分见表１：表１精炼渣系的主要成分成分W(CaO) W(Al2O3) W(MgO) W(Fe2O3) W(TiO2) 精炼渣% 45.9 29.5 1.9 1.3 1.6 钢包中的ｗ（Ｍｎ）／％２加热制度钢包精炼炉的二次测电压范围为１５０Ｖ～加热制度２１５Ｖ，分为４档，调方式为有载或无载。

lf炉工作原理LF炉工作原理。

LF炉是一种重要的冶炼设备，广泛应用于钢铁行业。

LF炉的工作原理是通过电磁感应加热，将金属材料加热至熔化温度，以实现钢水的冶炼和精炼。

下面将详细介绍LF炉的工作原理。

首先，LF炉主要由炉体、电磁感应线圈和电源系统组成。

在LF炉中，金属材料被放置在炉体中，而电磁感应线圈则被安装在炉体的周围。

当电源系统通电时，电磁感应线圈会产生交变磁场，金属材料在这个交变磁场的作用下会产生涡流，从而产生热量。

这种通过电磁感应产生热量的方式被称为感应加热。

其次，金属材料在感应加热的作用下逐渐升温，当达到熔化温度时，金属材料就会变成液态，形成钢水。

在这个过程中，LF炉可以通过控制电磁感应线圈的电流强度和频率来调节加热速度和温度，以满足不同工艺要求。

另外，LF炉还可以通过底吹氧气等方式进行精炼处理，去除钢水中的氧化物、硫化物和氮化物等杂质，从而提高钢水的质量。

这种精炼处理通常在钢水达到一定温度后进行，通过控制氧气的吹入量和位置，可以有效地改善钢水的成分和性能。

总的来说，LF炉的工作原理是利用电磁感应加热的方式将金属材料加热至熔化温度，然后通过精炼处理来提高钢水的质量。

LF炉具有加热速度快、能耗低、操作简便等优点，因此在钢铁生产中得到了广泛的应用。

综上所述，LF炉是一种重要的冶炼设备，其工作原理是通过电磁感应加热将金属材料加热至熔化温度，然后进行精炼处理。

LF炉的工作原理不仅具有一定的科学性，而且在实际应用中具有较高的经济效益和社会效益。

LF炉的发展将进一步推动钢铁行业的技术进步和产品质量的提高。