LF炉外精炼技术和装备发展概述作者：刘景春摘要：我国钢包二次精炼技术之一LF精炼,初期市场需求少，不受重视，精炼产品主要集中在特钢行业；随市场对高端精炼产品的需求量快速提高,现LF精炼装置在钢厂被大量使用，LF装备、技术也在中国被逐步完善，LF精炼产品在品种质量、技术装备和节能减排等方面进步明显。
LF精炼未来发展方向：缩短LF精炼的周期，工艺、装备上技术更先进，更节能环保及降本。
关键词：LF精炼炉单工位LF双工位LF1概述回顾总结我国炉外精炼技术和装备的发展，在改革开放初期，此时，整个市场对需精炼要求的钢种不多，需求量很少。
国内钢厂大多不设精炼装置，转炉或电炉出钢后，钢水直接进行连铸或模铸。
现随着时代的发展，对钢的质量（钢的纯净度）的要求越来越高，用常规炼钢方法冶炼出来的钢液已难以满足其质量要求，另外随着连铸技术的发展，对钢液的成分、温度等提出了更严格的要求。
因此为提高生产率，提高产品质量，缩短冶炼时间，使冶炼、浇铸工序实现最佳衔接，于是产生了各种炉外精炼（钢包二次精炼）方法。
众知，在钢包内进行钢水二次精炼处理过程中,在进行吹氩搅拌、脱硫、合金化等作业时，不可避免均为引起钢水温度降低。
以往通常仅通过提高一次冶炼（转炉、电炉）出钢钢水温度（过热度）来补偿。
但提高一次冶炼出钢钢水过热度，引起如下的问题：增加一次冶炼时间，其结果引起相应的生产率下降；钢水吸收更多有害气体、减少耐材使用寿命等。
LF炉精炼法的一个突出特点是具有方便加热手段，可以在钢包内对钢液进行电加热，所有在精炼过程中所需的吸热与散热均可通过电加热得到补偿。
LF(Ladel Furnace)炉是上世纪70年代初期出现的新型二次精炼设备，世界上第一套以电加热、用吹氩为搅拌的LF装置，是1971年在日本大同钢铁公司大森特殊钢厂开发成功。
40多年来这项技术得到高度发展和广泛应用。
2我国LF钢包精炼炉的发展我国上世纪九十年代起，当电炉钢厂在引进大型电弧炉的同时也引进了与电炉相匹配的LF精炼炉装置，其目的在于增产扩产。
当时的电炉采用的传统工艺，冶炼时间过长，影响电炉生产能力和电炉厂的全连铸生产。
匹配LF以后，电炉的脱氧、脱硫、调温、合金化及去除夹杂物的五大任务，将由LF精炼炉完成，其结果缩短了一次冶炼时间，加快生产节奏，从而解放了电炉的生产力，为电炉厂采用全连铸生产创造了良好的工序协调条件。
由于LF精炼炉装置的精炼特点，在上世纪九十年代也引起了转炉炼钢厂的重视，大容量的、与大型转炉相匹配的LF装置在国内外转炉厂中应声而起，至今我国有300多台LF精炼炉,最大的LF精炼设备为300t。
3LF工艺特点LF精炼是在常压、炉内还原性气氛下进行钢包二次精炼的精炼装置，其工艺特点为：1）钢包上口良好还原气氛整个精炼过程钢包上口由炉盖罩住，使其处理过程密封隔离空气；全程吹氩逸出的氩气及渣料中碳及加热时的石墨电极与渣中氧化物作业生成CO气体，均为非氧化性气体；经过精炼过程控制炉内压力的控制，维持炉内微正压，由此避免了氧化性气体吸入，故在处理过程中使炉内(钢包上口)整个气氛保持为还原性。
2）深脱硫,冶炼超低硫钢由于脱硫反应为渣钢二相界面反应，介质扩散是脱硫反应速度控制环节。
LF精炼通过电加热，能熔化大量新加入的还原性合成渣；钢包底部设置双透气砖，创造良好吹氩搅拌条件，。
因此LF在还原气氛下，提供了良好的脱硫热力学与动力学条件，因此LF在钢水脱硫方面较其他精炼方法具有明显的优势，因而被广泛地用于要求低硫、超低硫的钢种3）采用电加热的物理升温方法相对于采用铝、氧化学反应的化学热的升温，LF电加热的物理升温方法其使钢水升温调整幅度范围较大；可增加渣、合金投入量，且加热升温不产生氧化物夹杂，不污染钢水。
众知，钢液真空处理可有效地脱除钢中的氢、氧等气体，但是，单纯的真空处理还不能解决优质钢生产中的去硫，更突出的问题是精炼过程中钢液温度不可避免地要降低，LF 精炼法的一个突出特点是具有加热升温手段，可在钢包内对钢液加热，由此，使精炼过程不依赖于初炼炉的出钢温度并配合RH冶炼出钢中五大有害杂质低于80ppm的超纯净钢。
4LF功能LF有上述工艺特点，故LF有如下功能：LF与电炉匹配，加快了电炉的生产周期并提高了电炉钢的质量LF与转炉匹配，可对初炼转炉钢进行还原精炼，因此能提高转炉钢质量并可生产高附加值的新钢种LF能对钢包内的钢液进行加热保温，使钢包能较长时间的存放钢液，方便调度灵活组织生产，能在炼钢生产中起到很好的缓冲作用，保证现代化钢厂全连铸生产顺利进行。
5LF钢包炉机械装备传统的一套LF钢包炉主要机械装备由：精炼炉炉盖、电极立柱、导电横臂、测温取样装置、钢包台车等，现主要设备简述如下：1）LF炉炉盖主要功能是防止炉内热量的散失（主要是辐射热）防止炉外冷空气的吸入，确保炉内非氧化性气氛的存在。
现炉盖设有排烟环，防止冷空气从炉盖与钢包接缝处进入LF炉内与其相关设备：炉压调节阀、炉盖冷却水分配器、炉盖提升装置等2）电极立柱电极立柱为钢板焊接框架结构，外焊有导轨，框架结构内装有电极升降液压缸，在立柱的外框上装有多个导向轮，导向轮的作用是使立柱框架沿导轨运动，防止电极臂升降时的振动，确保平稳移动。
电极立柱目前分单立柱和三立柱两种形式。
单立柱的结构是将三根电极横臂安装在单根立柱上，三根电极横臂同时随单立柱的升降而升降。
三立柱结构将三根电极横臂分别安装在三根立柱上，三根电极横臂可分别单独进行升降。
3）导电横臂导电横臂用于夹持石墨电极并向钢包中输入电能。
电极横臂可分为传统型电极横臂、铜钢复合型电极横臂及铝合金导电电极横臂。
电极横臂通常采用铜钢复合型电极横臂，铜钢复合导电横臂的特点是：刚性好、导电面积大、阻抗小。
三相导电横臂是由坚固的水冷式表层覆铜的钢件组成，铜和钢通过爆炸成形连接，电极横臂建立了电极和电极导柱之间的机械连接同时也建立了电缆和接触块之间的电气连接。
冷却方式包括了电极夹头和接触块的冷却。
电极夹紧装置安装在电极臂内部并通过电极夹头将电极压到接触块，由一组蝶形弹簧产生夹紧力，使用液压缸松开。
各相导电横臂的夹持器可以互换。
为满足钢包炉对大电流线路三相平衡度的要求，电极臂为三角形布置。
4）二次短网系统二次短网用于将电能从炉子变压器的二次侧传输到电极，在电极尖端和钢液面之间产生的电弧将电能转化成热能，二次短网整个过程在大电流及低电压下操作。
三角形连接装置设计成三角形布置的水冷铜排，它通过绝缘的支撑结构固定到变压器房的墙上，该支撑结构需要使用防磁材料。
并用垫木绝缘。
6存在主要问题一般说来，为充分发挥主生产线设备的能力，精炼的处理周期至少要低于连铸的浇注周期，才能使整条生产线有更大的弹性如上所述LF精炼有很多优点，也应看到LF存在着一些问题，值得关注的是，国内外高水平转炉厂采用LF炉外精炼工艺呈现减少趋势。
其存在的主要问题：1）能耗高LF处理的能耗较其他常压下钢包精炼要高。
2)环境保护差LF作业时，由于需加入的合金、增碳剂、造渣料及喂丝中包芯线芯粉等材料中有挥发粉，投入时这些挥发粉随热射气流逸出，故LF作业区域，环境较差。
3）精炼周期长LF工艺特点之一能冶炼低硫钢，如上所述，脱硫是在渣-钢反应，参与反应介质扩散是反应速度控制主要环节。
深脱硫需投入大量合成渣，加之调整成分也需投入大量合金，再是LF通过电弧加热，由于电弧产生的大量热量不可能快速地传递到钢包内各处，因此升温速度不宜太快，需分段加热，故造成LF精炼周期长。
LF处在冶炼炉---连铸中间位置，时间节奏衔接十分重要。
现钢厂均采用全连铸工艺，因此LF冶炼周期必须要能配合连铸，要保证连铸实行多炉连浇。
现LF精炼周期长，影响与连铸节奏的匹配。
需引起足够重视，并需改进解决。
7LF装备技术的发展为满足建立高效低成本洁净钢平台的要求,需解决LF存在的问题，1）降低能耗从如下措施降低能耗：z工艺上采用优化脱硫用合成渣的成分、造白渣精炼、控制总渣量、采用泡沫渣埋弧操作，以此改善加热升温效果，；z改善电极升降自动调节系统。
采用反应良好、灵敏度高、响应速度快的电极自动调节系统z按不同的阶段选择合理的二次电压、电流的供电制度，z采用长弧操作，提高功率因素z短网，导电系统设计优化，减少阻抗，减少三相不平衡度。
2）改善LF作业环境通过调节炉内压力，采取微正压控制；加顶罩等措施，提高烟气捕集效果最终，改善LF作业环境3）缩短精炼周期缩短精炼周期是LF精炼发展需解决的关键问题，无论从工艺、设备配置上均需采取措施，现在设备装备上，配置一套高效双工位LF装置，来缩短精炼周期。
本文就高效双工位LF装置给予重点阐述8高效双工位LF装置1）单工位与双工位处理周期的比较下表列出LF典型的几个处理钢种，单工位与双工位处理周期的比较钢种：一般轻处理钢种处理工序单工位处理时间[min]双工位处理时间[min]备注操作时间钢包放上台车 1.0钢包台车行走 2.0炉盖下降0.5LF处理时间强搅拌、测温取样 3.0合金及熔剂添加 2.0电极下降 1.0 1.0加热、化渣10.010.0加铁合金 2.0 2.0加热 5.5 5.5测温、取样 2.0 2.0加热 5.0 5.0合金精调 1.5 1.5搅拌 4.5 4.5测温、取样 2.0 2.0操作时间电极提升和旋转 1.5 1.5炉盖提升0.5钢包台车行走至吊包位 1.5总处理时间45.535.0钢种：深脱硫钢种处理工序单工位处理时间[min]双工位处理时间[min]备注操作时间钢包放上台车1钢包台车行走 2.0炉盖下降0.5LF处理时间测温取样 2.0合金及熔剂添加 2.5电极下降 1.0 1.0第一次加热12.012.0均匀化 5.0 5.0测温、取样 2.0 2.0等待分析结果 5.0 5.0脱氧和成分微调 2.0 2.0第二次加热、脱硫10.510.5强搅拌 6.0 6.0测温、取样、定氧 2.0 2.0操作时间电极提升和旋转 1.5 1.5炉盖提升0.5钢包台车行走至吊包位 1.5总处理时间57.047.0钢种：脱硫+喂丝钢种处理工序作业时间[min]双工位处理时间[min]备注操作时间钢包放上台车 1.0钢包台车行走 2.0炉盖下降0.5LF处理时间测温取样 2.0合金及熔剂添加 2.0电极下降 1.0 1.0第一次加热12.012.0均匀化 5.0 5.0测温、取样 2.0 2.0等待分析结果 5.0 5.0脱氧和成分微调 2.0 2.0第二次加热、脱硫10.510.5强搅拌 6.0 6.0测温、取样、定氧 2.0 2.0电极提升和旋转 1.5 1.5等待分析结果 3.0喂丝 4.0搅拌 2.5操作时间炉盖提升0.5钢包台车行走至吊包位 1.5总处理时间66.047.0通过上表分析可知，经第1炉处理，其后炉次作业处理工序，其中的钢包放上台车、钢包台车行走、炉盖下降、测温取样、合金及熔剂添加等处理前期作业;等待分析结果、炉盖提升、钢包台车行走至吊包位、如需喂丝增加的喂丝、搅拌等后期作业，均不需占用本炉次的处理工序时间，故缩短LF全程处理周期。