降低LF炉电极消耗实践

莱钢科技　２０１２年２月　

降低Ｌ　Ｆ炉电极消耗实践　

卢乃双　，赵圣功　

（１特钢事业部２炼钢厂）　

摘要：系统分析莱钢炼钢厂老区ＬＦ炉电极消耗机理，通过选择合理供电参数、优化造渣　制度、建立精准底吹氩模式、设计新型电极拧紧扳手等有效措施，大幅度降低了精炼电极消　耗，确保了精炼钢生产稳定顺行。　

关键词：电极消耗供电参数造渣制度底吹氩模式　

０前言　

莱钢炼钢厂老区现有２座５０　ｔ　ＬＦ精炼炉、１　

座６０　ｔ　ＬＦ精炼炉，随着可生产的钢材品种范围扩　大，钢水质量提升明显，主要生产４０Ｍｎ、６５Ｍｎ等　带钢及Ｑ３４５ｃ、Ｑ３４５　Ｄ、Ｑ３４５Ｅ、Ｑ４２０Ｃ、Ｑ４２０Ｄ　

等Ｈ型钢。　近段时间以来，电极在使用过程中经常出现断　

裂、接头自然脱落、电极滑丝、退扣等诸多问题，　使电极消耗大幅度升高（达到０．４０　ｋｇ／ｔ钢），加　

大了ＬＦ炉精炼生产成本，严重影响了工艺的生产　顺行。为确保ＬＦ炉设备的生产顺行，提高钢水成　

分、温度合格率和产品质量，有效控制生产成本，　在工艺操作及电极使用方面有进一步完善的必要。　

１　ＬＦ炉加热系统的主要参数　

表１　ＬＦ炉主要技术参数　

项　目　技术参数　１号、２号精炼炉　４号精炼炉　变压器额定容Ｉ／ＭＶＡ　６　

一次电　ｋＶ　３５　二次电　Ｖ　１ｌ０－２５０，１１级有载调压　二次电　Ａ　≤２５　０００　短网阻抗／ｌｎ【ｌ　＜３．０　三相功率不平衡常　％　≤８　ｌ￣ｔｌｌｌｌ：／（℃・Ｉ【Ｉｉｎ　）　３　１，Ｉｌｔ直　ｎｌｎｌ　２５４　￣，ｔｔｔｔｌｔ心圆直　啪　６００　平均精炼周期／ｎｌｉｎ　２５－３５　ｌ　２＝５　３５　１７０—２７０。１１级有载调压　≤３０　０００　＜３．Ｏ　≤４　８　４００　６５０　２５　３５　

作者简介：卢乃双（１９８２一），男，２００７年７月毕业于辽宁科技大　学冶金工程专业。助理工程师，主要从事炼钢技术研发工作。　２　ＬＦ精炼过程电极消耗机理分析　

随着精炼品种钢批量越来越大，电极在使用过　

程中经常出现断裂、接头自然脱落、电极滑丝、退　扣等诸多问题，使电极消耗大幅度升高，平均达到　０．４０　ｋｇ／ｔ钢。石墨电极通常是由石墨焦油和煤矿　研磨细粉制成，它将电能转化为热能对钢液升温。　

在ＬＦ炉加热期间，电极本身熔损、氧化，电极受　

热振还会脱落。电极消耗通常由电极端面消耗、侧　面消耗、折断消耗等构成。　２．１电极端面消耗　电极端面消耗主要包括由于电弧的高温使前端部　石墨升华即蒸发，因热应力使其崩裂即热剥落，由于　

钢水和炉渣的侵蚀使石墨溶解或发生化学反应。　

电极端面的热剥落是由于各部位的温差产生热应　力引起的，其随着电弧电流密度增加而急剧增大。　

ＬＦ炉一般采用低电压、大电流供电，因而弧　长较短，而且在大电流下电弧受磁场作用而向外偏　移，再加上炉渣起泡，电极要受到炉渣的冲刷，从　

而被炉渣侵蚀。另外，钢包底吹气体搅拌，使钢液　面波动，可能使钢水直接冲刷电极，而引起电极的　

溶解损失，见图１。　

钢水一　一　图１　电极被渣和钢水侵蚀　在炉渣氧化性较高时，电极与炉渣接触要与炉　渣中的（ＦｅＯ）、（ＭｎＯ）等氧化性较高的组分发生　

３】

　卢乃双。等：降低ＬＦ炉电极消耗实践　第１期（总第１５７期）　

反应，即石墨被氧化，这些都发生在精炼初期，而　在精炼后期电极中的碳将会溶解于炉渣使炉渣增　碳。影响石墨电极溶解的因素主要有钢水成分、温　

度及底吹气体搅拌工艺。　２．２电极侧面消耗　电极侧面消耗是指电极圆柱体表面被氧化消　耗。电极温度超过４００℃，氧气能渗过石墨表面发　生氧化反应，温度超过６００　ｏＣ时氧化加剧＿１ｊ。氧　

化速率对电极附近氧气浓度和气流速度较敏感。由　于ＬＦ炉内氧分压较低，故侧面氧化消耗小得多。　

在ＬＦ炉内由于碳酸盐分解会产生一部分ＣＯ　气体，ＣＯ　可与石墨发生气化反应。从热力学可　知，碳气化反应的开始温度在７１０℃以上，在实际　ＬＦ炉内，与碳氧化反应相比，碳的气化反应相对　

比较弱，因而不是电极氧化的主要原因。　２．３电极折断消耗　电极断裂是ＬＦ炉操作中突然发生的事故，可　分为高位断裂和低位断裂两种情况。高位断裂通常　

发生在电极柱的最高接头或接头座处，也就是电极　把持器的接续部位。低位断裂是电极下端尤其在接　头处常由于局部氧化而变细，在外力作用下发生断　

裂。在这种情况下，为了避免电极端头无意中掉进　熔池而增碳，通常先被人工打掉。　

电极在使用过程中可能受到电磁力、机械应力、　

电极内部的热应力以及突然的外力作用。当这些力总　和超过电极本身强度时，就会导致电极断裂。　

３降低精炼电极消耗措施　

３．１选择合理的供电参数　

３．１．Ｉ精炼炉供电不同档位　１）１号、２号精炼炉　表２　１号、２号ＬＦ炉配电档位　

档位　１　２　３　４　５　６　７　８　９　１０　１１　电　Ｖ　１１０　１２５　１４０　１５５　１７０　１８５　２００　２１５　２３０　２３５　２５０　

２）４号精炼炉　表３　４号ＬＦ炉配电档位　

焦　！　！　！　电压／ｖ　１７０　１８０　１９０　２００　２１０　２２０　２３０　２４０　２５０　２６０　２７０　

３．１．２优化配电工艺　本着采用适宜的电弧电压和电流值，保持电弧　的稳定性，减少电磁力的变化和冲击的原则，配电工　艺优化如下：　

１）１号、２号精炼炉化渣时选择给定功率为８５％，　

３２　采用１～３档；提温选择给定功率为９５％，采用９～１１　档；保温选择给定功率７０％，采用５～７档。　２）４号精炼炉化渣时选择给定功率为７５％，采　

用２～４档；提温选择给定功率为８５％，采用８～１Ｏ　档；保温选择给定功率５０％，采用５—７档。　３．２制定合理的造渣制度　

３．２．１合理的渣量选择　稳定埋弧的渣厚应≥１００　ｍｍ（因弧长７０—　

９０　ｍｍ），转炉下渣层厚度为３Ｏ～５０　ｍｍ左右，因此　要求新加渣料量厚度至少５０～７０　ｍｍ。钢包内熔渣　

面积３．５　ｍ　，熔渣密度２．６　ｇ／ｃｍ　，新加渣料量应为　４５０～６５０　ｋｇ，包括石灰、萤石、脱氧剂等。　

３．２．２泡沫渣快速生成工艺　为加速精炼前期化渣速度，稳定钢水氩气搅拌　

效果，确保一定渣层厚度和低氧化性炉渣，保持电弧　的稳定性，结合生产实际确定采用二次造渣制度。　

１）一批造渣料（渣况、温度正常情况下的操作：　

渣厚＜７０　１／ｌ／ｌｑ，温度在钢种要求范围）：石灰２Ｚ３，萤　石１／２，大氩气状态下搅拌１　ｍｉｎ，使其均匀的覆盖　

在钢水表面，防止在加料口处堆积和结坨。　２）脱氧剂的加入：根据钢包顶渣的粘度、颜色　

及泡沫化程度，判断钢水氧化性。在通电过程中，用　硅钙钡、碳化钙等脱氧剂调整炉渣。其中碳化钙需散　

加，将其破袋后，采用漂入方式从作业口进行脱氧。　

３）取第一样以后，根据炉渣情况，加入二批造　渣料（石灰、萤石），取样后根据炉渣的粘度、颜色及　

泡沫化程度分批次加入脱氧剂，对炉渣调整，以达到　持续泡沫化。　

３．３　建立精准底吹氩模式　利用智能吹氩系统对吹氩工艺进行优化，根据　精炼不同时间段的精炼目的，选择不同的吹氩模式，　

制定吹氩标准化操作，指导钢水吹氩操作，实现快速　化渣、提温，加速钢渣循环，保持钢水液面的平稳，减　

少电极振动幅度，延长电极寿命。　表４

不同冶炼目的氩气流量控制　莱钢科技　２０１２年２月　

３．４设计新型电极拧紧扳手　设计制造新型电极拧紧扳手，淘汰原来的钳工　扳手，加装能快速调节的夹齿，增大扳手的力臂，使　

电极接触良好，避免过大的接触电阻，从而降低电极　消耗。同时发现电极间接头处有缝，分析电极可会　

产生高位断裂时，立即用电极拧紧扳手重新拧紧，使　电极重新被利用。　

４　结语　来，断电极的频率明显减少，电极的氧化剥落及钢渣　侵蚀明显减轻，电极消耗大幅度降低，统计２０１１年　

１～９月份精炼电极消耗只有０．２２　ｋｇ／ｔ钢。同时，　确保了ＬＦ炉设备运行稳定，提高了钢水成分、温度　合格率和产品质量。　

参考文献　

［１］殷宝言．电炉电极消耗的机理及控制措施［Ｊ］．上海金　属，１９９１，１３（４）：８—１３．　自２０１０年对ＬＦ炉采取上述措施实施１年多　特邀编辑：张永青　

Ｐｒａｃｔｉｃｅ　ｔｏ　Ｒｅｄｕｃｅ　ｔｈｅ　Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ　Ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ　ｏｆ　ＬＦ　Ｆｕｒｎａｃｅ　

Ｌｕ　Ｎａｉｓｈｕａｎｇ　，Ｚｈａｏ　Ｓｈｅｎｇｇｏｎｇ　（１　Ｔｈｅ　Ｓｐｅｃｉａｌ　Ｓｔｅｅｌ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ；２　Ｔｈｅ　Ｓｔｅｅｌｍａｋｉｎｇ　Ｐｌａｎｔ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ　ｗａｓｔｅ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆ　ＬＦ　ｆｕｒｎａｃｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｔｅｅｌｍａｋｉｎｇ　ｐｌａｎｔ　

ｏｆ　Ｌａｉｇａｎｇ　ｗａｓ　ｃａｒｒｉｅｄ　ｅｕｔ，ｂｙ　ｓｅｌｅｃｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ　ｐｏｗｅｒ　ｓｕｐｐｌｙ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ　ｔｈｅ　ｓｌａｇｇｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ，ｓｅｔｔｉｎｇ　ｕｐ　ｔｈｅ　ａｃｃｕｒａｔｅ　ｂｏｔｔｏｍ　ｂｌｏｗｉｎｇ　ａｒｇｏｎ　ｍｏｄｅ　ａｎｄ　ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ　ｔｈｅ　Ｈｅｗ　ｓｔｙｌｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ　ｔｉｇｈｔｅ—　ｎｉｎｇ　ｓｐａｎｎｅｒ　ｅｔａｌ，ｔｈｅ　ｒｅｆｉｎｉｎｇ　ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ　ｗａｓｔｅ　ｗａｓ　ｒｅｄｕｃｅｄ　ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｔａｂｌｅ　ａｎｄ　ｓｍｏｏｔｈ　ｐｒｏ—　

ｄｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｒｅｆｉｎｉｎｇ　ｓｔｅｅｌ　ｗａｓ　ｅｎｓｕｒｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ；ｐｏｗｅｒ　ｓｕｐｐｌｙ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ；ｓｌａｇｇｉｎｇ　ｒｅｇｉｍｅ；ｂｏｔｔｏｍ　ｂｌｏｗｉｎｇ　ａｒｇｏｎ　

ｍｏｄｅ　

（上接第２１页）　小，中间包冶金效果未能充分发挥。　

２）优化方案钢液在中间包内流动稳定，夹杂　物沿钢液表面流动轨迹明显加长，利于夹杂物被渣　

层充分吸收，其总去除率大于其它方案。考虑中间　包中钢水上升流和夹杂物在此上升过程中的碰撞、　

黏附等其他去除因素，实际中间包冶金效果应更好。　

图６优化方案夹杂物轨迹　参考文献　

３　结语　［１］干勇，仇圣桃，萧泽强．连续铸钢过程数学物理模拟　

…．　苎度　北　凇础出　：许荣昌　

平均停留时间短，死区体积比例大，活塞区体积　一　。　一一　

Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｉｎｔｅｒｎａｌ　Ｆｌｏｗ　Ｆｉｅｌｄ　ｉｎ　Ｓｉｎｇｌｅ　Ｏｕｔｌｅｔ　Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｃａｓｔｉｎｇ　Ｔｕｎｄｉｓｈ　

Ｃｈｅｎ　Ｈａｏｗｅｉ，Ｗａｎｇ　Ａｉｍｉｎ　（Ｔｈｅ　Ｔｅｎｄｅｒ　Ｃｅｎｔｅｒ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｉｎｇ　ｔｈｅ　ｓｉｎｇｌｅ　ｏｕｔｌｅｔ　ｓｌａｂ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｃａｓｔｉｎｇ　ｔｕｎｄｉｓｈ　ａｓ　ｔｈｅ　ｓｔｕｄｙ　ｏｂｊｅｃｔ，ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｎｕｍｅｒｉ—　ｃａｌ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ，ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｄｉｓｔａｎｃｅ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｗｅｉｒ　ａｎｄ　ｅｎｔｒａｎｃｅ，ｔｈｅ　ｄｉｓｔａｎｃｅ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｗｅｉｒ　ａｎｄ　ｄａｍ，　ｔｈｅ　ｈｅｉｇｈｔｓ　ｏｆ　ｗｅｉｒ　ａｎｄ　ｄａｍ　ａｓ　ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｔｈｅ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｆｌｏｗ　ｆｉｅｌｄ　ｉｎ　ｓｌａｂ