二、爐外精煉精加工和深加工

近30年來，科技進(jìn)步促進(jìn)爐外精煉的發(fā)展，同時，爐外精煉的產(chǎn)生和發(fā)展與國民經(jīng)濟(jì)的需要分不開，現(xiàn)在，對精煉鋼提出了更高更嚴(yán)的要求：

精確控制鋼的化學(xué)成份

鋼的成份決定性能，鋼的化學(xué)成份誤差越小，鋼的機(jī)械性能波動就越小?；瘜W(xué)成份控制不僅要達(dá)到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)合格，更要達(dá)到內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)合格，化學(xué)成份誤差越來越小，也是提高鋼的純凈度的要求之一。通?；瘜W(xué)成份誤差為：C±0.01%,Ni、Mo±0.02%，Si、Mn、Cr±0.03%，Al±0.003，S、P≤0.005%

2、脫C達(dá)到極低的程度，C≤0.03%，以提高鋼的深沖性能，電磁性能和耐腐蝕性能。

3、脫S、脫P(yáng)達(dá)到極低的水平，S、P≤0.003-0.005%，以提高鋼的沖擊韌性，減少鋼的熱脆性和冷脆性。

4、去除鋼中的有害氣體（H、O2、N），減少鋼中白點(diǎn)，發(fā)紋、裂紋及層狀斷口等。

5、去除鋼中非金屬夾雜物，提高鋼的純凈度，改善鋼的性能。

6、控制夾雜物的形狀，減輕夾雜物的危害性。如鋼中Al2O3,MnS夾雜物，通過Ca處理，變?yōu)榍驙願A雜物mcaOnAl2O3、CaS等，減少性能方向差別及連鑄水口堵塞絮死。

7、鋼水溫度，化學(xué)成份均勻一致，保證鋼材內(nèi)部、表面質(zhì)量均勻化。

8、防止或減少鋼水二次氧化、二次吸氣和二次污染，以免爐外精煉效果前功盡棄。

精確控制成份，去除有害元素H、O2、N、S、P等，去除夾雜物及夾雜物變性處理等，這一切都是為了提高鋼的純凈度。鋼的純凈度要求推動了爐外精煉的發(fā)展。要達(dá)到純凈鋼的標(biāo)準(zhǔn)，必須采用爐外精煉技術(shù)。真空處理可以降低鋼中的有害氣體，發(fā)展了真空爐外精煉，特鋼廠常用的有真空吹A(chǔ)r處理如VD爐、真空加熱處理如VHD爐、真空吹O2處理如VOD爐等。采用惰性氣體、降低有害氣體分壓，也可以達(dá)到同樣目的，由此而發(fā)展了非真空爐外精煉，如大氣下鋼包吹A(chǔ)r處理，大氣下鋼包加熱處理如LF爐，大氣下鋼包同時吹O2吹A(chǔ)r處理如AOD爐，以及在大氣下喂線處理，如喂Al、Ti、B、C線及CaSi等。

上述爐外精煉的共同特點(diǎn)是準(zhǔn)確控制溫度，精確控制成份，造渣脫O2脫S去夾雜物，去除有害氣體等提高鋼的純凈度。各特鋼廠根據(jù)品種、質(zhì)量要求，選擇相應(yīng)的爐外精煉方法。如北興公司主要品種是軸承鋼、齒輪鋼、彈簧鋼、工具鋼、結(jié)構(gòu)鋼等，選擇LF爐、VD爐、鋼包軟吹等爐外精煉三道工序，進(jìn)行精加工、深加工、分述如下：

（一）  LF爐精煉工藝技術(shù)

LF爐是七十年代初在日本發(fā)展起來的爐外精煉技術(shù)，由于設(shè)備簡單、投資費(fèi)用低，技術(shù)操作靈活，精煉效果好，得到廣泛應(yīng)用和發(fā)展，LF爐與普通電弧爐一樣，都是非真空電弧爐，但LF爐的功能、工藝技術(shù)和設(shè)備組成與普通電弧爐確有很大不同：

a、LF爐爐體是鋼包、熔池面積小，深度大。

b、LF爐不能化鐵、不能氧化去C，不能脫P(yáng)。

c、LF爐必須用Ar氣攪拌，不能人工攪拌。

d、LF爐自動化程度高，勞動條件好。

e、LF爐精煉終了，鋼包直接澆注，鋼水溫度，化學(xué)成份，鋼水純凈度等變化很小，基本穩(wěn)定。而電爐必須出鋼到包中，然后由鋼包再澆注，鋼水質(zhì)量不穩(wěn)定，出鋼前后變化很大。

LF爐具有埋弧加熱、Ar氣攪拌、白渣精煉、還原氣氛保護(hù)，以及化學(xué)成份控制五大特殊功能，操作簡便靈活，容易做到技術(shù)操作精細(xì)、穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量比電爐鋼高，現(xiàn)將LF爐五大精煉功能分述如下：

1、埋弧加熱

所謂埋弧加熱，就是三根電極插入渣層中加熱，埋弧加熱的作用：一是輻射熱小，二是保護(hù)包襯渣線，三是熱效率高，四是加熱速度快，五是電極中的C與渣中氧化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)：

C+FeO→Fe+CO

C+MnO→Mn+CO

減少渣中氧化物，提高渣子還原性，節(jié)省脫氧劑。生成CO氣體充滿爐內(nèi)自由空間，保護(hù)精煉渣，防止氧化，有利脫氧脫S。

（1）埋弧加熱的條件

A、供電制度

LF爐沒有熔化、塌鐵過程，鋼水比較穩(wěn)定，沒有電流沖擊，可以采用低電壓、大電流、短電弧供電制度（１＃LF爐變壓器），為埋弧加熱創(chuàng)造有利條件。LF爐變壓器容量為７０００－8000KVA,電壓低、電流大，可以過載20%，有利埋弧加熱。有人認(rèn)為，LF爐電壓低，用哪一檔都可以，高電壓、低電壓都行，這個觀點(diǎn)是不對的。

B、造埋弧渣

造埋弧渣有兩個條件，一是渣量，鋼水面上沒有渣，或渣量很少，渣層很薄，不可能埋弧或埋弧不好。渣量較大，渣層較厚，才能埋弧。渣量應(yīng)≥2%。二是精煉渣活潑性好，渣發(fā)泡、渣層變厚，有利更好埋弧。用C粉脫氧，勤加少加C粉，保持渣還原性，并生產(chǎn)Co氣泡，保持渣活潑性，三是溫度，包中合金化后溫度夠高，渣流動性好，才能埋弧。溫度低，渣面結(jié)殼，不可能埋弧。LF爐到位送電、噪音大、時間長，就是埋弧不好的表現(xiàn)，其原因一是渣量小，渣過稀，或渣面結(jié)殼所致。二是埋弧程度不同，有的電極插入渣層較深，埋弧較好，有的電極在渣面之上，埋弧不好，弧光外露。

（2）供電的原則

LF爐埋弧加熱供電原則是：

A、全程供電。不準(zhǔn)隨意中途停電，在精煉過程中經(jīng)常停電降溫，渣變稠變粘、流動性變差，降低渣脫氧能力。

B、供電功率先大后小。LF到位包中鋼水溫度較低，鋼水粘度大，不易脫氧，應(yīng)用較大功率快速升溫。隨溫度不斷升高，功率逐漸變小（降低電壓）。不能使用先小后大的功率，渣子不好保持。C、勤測溫、勤調(diào)整供電曲線，防止后期大功率供電，防止后期溫度過高，停電降溫，浪費(fèi)能源，損壞爐壁。

（3）準(zhǔn)確控制出鋼溫度，LF爐出鋼溫度按公式（4）控制

TL出=TL+ΔT+ΔTi+ΔTbi…（4）

TL出—LF爐出鋼溫度

TL—鋼種液相線溫度

ΔT—澆鑄鋼種大包過熱度

Ti—精煉過程降溫為10０-130℃。包括倒渣過程，VD處理過程、軟吹過程

鋼水液面的壓力為一個大氣壓，壓力最小。

鋼包底部鋼水壓力P=P大氣壓+Hr，壓力最大

如果沒有Ar氣攪拌，埋弧加熱時只能加熱液面一層鋼水。

鋼水下部分鋼水不可能加熱，溫度極不均勻。而且大包鋼水上部和下部溫度、中部和包壁鋼水溫度也不同，必須Ar氣攪拌使鋼包加熱溫度均勻。

（1）Ar氣攪拌的作用

A、使鋼水溫度均勻化

B、鋼水化學(xué)成份均勻化

C、通過Ar氣攪拌，促進(jìn)鋼中酸溶Al與溶解氧反應(yīng)，產(chǎn)生Al2O3，脫掉鋼中溶解氧。

D、通過Ar氣攪拌，使鋼中夾雜物互相碰撞，聚集長大上浮，去除夾雜物，特別有利于Al2O3夾雜物的排除。

E、Ar氣泡在鋼水中上升過程受熱膨脹，相當(dāng)于一個小真空室，去除部份鋼水中有害氣體。

F、Ar氣攪拌加快鋼包中鐵合金和脫氧劑熔化。

G、Ar氣攪拌，加快渣鋼介面更新，加速冶金反應(yīng)，有利于脫氧、脫S。

H、Ar攪拌在爐中產(chǎn)生保護(hù)氣體，Ar氣是惰性氣體，比重大，防止氧化。

（2）Ar氣攪拌強(qiáng)度的控制

Ar氣攪拌是LF爐的特殊功能，有重要作用。Ar氣攪拌強(qiáng)度低，起不到攪拌作用，Ar氣攪拌強(qiáng)度太大，效果也不好，所以，必須控制好Ar氣攪拌強(qiáng)度，充分發(fā)揮Ar氣攪拌功能。

A、控制Ar氣壓力。Ar氣壓力大小與鋼水靜壓力相適應(yīng)。Ar壓力大小以克服鋼水靜壓力，使鋼水液面波動，以不露鋼水面為宜。Ar氣壓力過大，沖破渣層，使鋼水裸露，甚至噴濺，造成鋼水降溫，吸氣，二次氧化，危害質(zhì)量。

B、控制Ar氣流量。Ar氣流量大小的控制與鋼水量相適應(yīng)。鋼水量大、流量應(yīng)大，鋼水量少、流量減小。Ar氣流量過小，起不到Ar氣攪拌作用，攪拌不均勻。Ar氣流量過大，鋼水降溫也大，沖刷包壁，卷入鋼渣，反而不利。所以流量應(yīng)當(dāng)控制。在Ar氣管路上應(yīng)安裝流量計和開關(guān)閥門。北興公司LF爐Ar氣流量控制是用開關(guān)閥門和一個壓力表代替流量計。開關(guān)閥門開大、壓力也大、流量也大。Ar氣壓力和流量都難控制，應(yīng)當(dāng)改進(jìn)。

C、透氣塞數(shù)量及安裝位置也影響攪拌強(qiáng)度，透氣塞子安在大包包底中心，攪拌不均，效果不好，但VOD爐透氣塞又必須按在中心，與氧槍相對應(yīng)。透氣塞按在靠近包壁，攪拌均勻，效果最好，但沖刷包壁嚴(yán)重，降低大包使用壽命，現(xiàn)在一般都安裝在包底半徑1/2處。

透氣塞數(shù)量與鋼包容量有關(guān)，一般≤60t大包只按一個透氣塞，70-100t大包一般按兩個透氣塞，才能保證攪拌強(qiáng)度。北興公司LF爐90t大包，按兩個透氣塞?，F(xiàn)在有時一個透氣塞堵塞不透氣，另一個透氣，還可照常精煉，如果兩個透氣塞都不透氣，要進(jìn)行倒包處理，另換大包。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，大包兩個透氣塞有一個堵塞，Ar氣攪拌強(qiáng)度下降50%，脫氧脫S效果受到很大影響，脫S率大幅度下降，應(yīng)盡量保證兩個透氣塞都好用。按高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求，有一個透氣塞堵塞，也應(yīng)當(dāng)?shù)拱幚?。一煉鋼一個透氣磚，必須透氣。

Ar氣攪拌強(qiáng)度控制，應(yīng)有專責(zé)專管，根據(jù)工藝要求標(biāo)準(zhǔn)控制Ar氣管路閥門。儀表失靈，不能控制Ar氣攪拌強(qiáng)度（壓力和流量）的應(yīng)及時更換修復(fù)。

    3、白渣精煉

總結(jié)百年電爐煉鋼的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，煉鋼工作者有一句名言“煉鋼就是煉渣”，(可參考三元渣系相圖，可只用什么脫氧劑產(chǎn)生什么夾雜物)可見煉渣的重要性。隨著科技進(jìn)步，對鋼的純凈度要求日益提高，爐渣在精煉鋼水方面的作用，不僅沒有削弱，而且更加突出，更加重要。沒有爐渣精煉，要生產(chǎn)出低S、低P的鋼是不可能的；沒有泡沫渣，超高功率電弧爐的作用難以充分發(fā)揮；沒有埋孤渣LF爐精煉能力也會受到很大限制；沒有白渣精煉，LF爐脫氧、脫S的效果不佳。

認(rèn)為現(xiàn)代化爐外精煉造渣技術(shù)簡單、容易、渣量大小、渣子黑黃、渣子稀稠等無關(guān)緊要，隨便造渣，誰都可以造渣，這種不重視造渣的觀點(diǎn)是非常錯誤的。造渣是一種技藝，是最重要的基本功，要靠長期經(jīng)驗(yàn)積累，造好渣并不容易。（到位后必須先加脫氧劑、增碳，達(dá)到先脫、脫硫，后調(diào)整成分的觀念，這樣才能煉出好鋼）

（1）精煉渣的作用

LF爐精煉渣是由CaO、SiO2、Al2O3、MgO、MnO等氧化物所組成的堿性渣，其作用是：

A、穩(wěn)定電弧燃燒。

b、保持鋼水溫度，減少降溫。

c、保護(hù)鋼水防止或減少二次氧化和吸氣。

D、吸收和容納鋼水中非金屬夾雜物。

E、通過造渣控制煉鋼過程物理化學(xué)反應(yīng)的方向，速度和完全的程度，做好脫氧、脫硫。

（2）LF爐白渣精煉

LF爐白渣精煉，才能更有效的發(fā)揮爐渣上述五方面的作用。很多實(shí)驗(yàn)證明，堿性白渣具有很強(qiáng)的脫氧能力，具有很好的還原性。這是堿性白渣的主要作用。所謂堿性白渣是指堿度達(dá)到3-4之間，渣中CaO≥60%、FeO≤0.5%，渣殼厚度3-4mm，渣發(fā)泡活潑，渣冷卻后變成白色粉沫狀，這就是白渣。白渣所以變成粉沫狀，是因?yàn)樵姓杷猁}（2CaO•SiO2），冷卻至850℃時，發(fā)生同素異形轉(zhuǎn)變，由α晶格轉(zhuǎn)變?yōu)?gamma;晶格，體積增大，自動粉化。

堿性白渣的主要功能是擴(kuò)散脫氧。擴(kuò)散脫氧的基本原理是在一定溫度下，鋼水和鋼渣氧的濃度比是一個常數(shù)，用脫氧劑將渣中氧脫掉，渣中氧濃度下降，為保持平衡常數(shù)不變，鋼中氧不斷向渣中擴(kuò)散，從而達(dá)到脫氧目的。脫氧同時也脫硫。

LF爐堿性白渣本身具有很強(qiáng)的脫氧能力，由于埋孤加熱，電極中的C還原渣中氧化物，產(chǎn)生的CO氣體具有還元性氧氛，Ar氣攪拌，不斷更析渣鋼介面，加速脫氧脫S反應(yīng)，白渣不污染鋼水，因而白渣精煉效果更佳。

（3）堿性白渣的性能

為了充分發(fā)揮堿性白渣擴(kuò)散脫氧的還原性，對堿性白渣提出以下性能要求：（可適當(dāng)講一下還原性及氧化性，最外層電子數(shù)）

a渣量

要有足夠的渣量才能發(fā)揮白渣的作用。渣量太少，限制了Ar氣攪拌的效果；渣子忽白忽黃不穩(wěn)定，還原性不易保持；對脫氧、脫硫不利，吸咐夾雜物效果不好。渣量太大，造成白灰和能源的浪費(fèi)，一般要求渣量要達(dá)到鋼水重量2％以上，我們的渣量太少，僅1.5％。

b堿度

白渣是堿性渣，高堿性白渣具有很強(qiáng)的脫氧能力，堿度是白渣的重要特性，通常白渣堿度應(yīng)≥2.5，白渣冷卻后才能粉化，白渣不粉化，表明堿度還不高。白渣堿度主要渣料合理配比來保證。

c流動性

流動性良好的白渣，才能更有效的發(fā)揮擴(kuò)散脫氧作用。渣子過稠，渣鋼介面化學(xué)反應(yīng)速度慢，擴(kuò)散脫氧脫硫不好。渣子過稀，液面像水一樣，孤光反射強(qiáng)烈，熱利用率低，加熱速度慢，鋼包渣線浸蝕嚴(yán)重，鋼水易進(jìn)C。流動性良好的白渣，渣殼厚度為3－4mm。

d活潑性

用C粉保持白渣，埋孤加熱都會產(chǎn)生CO氣泡，保持白渣的活潑性，白渣發(fā)泡，渣層變厚，透氣性好，有利埋孤加熱，升溫快，鋼水不易增C，擴(kuò)散脫氧能力強(qiáng)，對脫氧脫S有利。

我們所以要求LF爐白渣精煉，是因?yàn)榘自鼔A度高，還元性強(qiáng)，流動性、活潑性好，吸收鋼水夾雜物能力強(qiáng)，白渣易于鋼水分離，不污染鋼水。要造好白渣，發(fā)揮爐渣作用。

（4）造白渣的基本方法

在LF爐精煉過程中，爐中物理化學(xué)反應(yīng)不停的進(jìn)行，通過造渣觀察爐渣的顏色，可以了解爐中物理化學(xué)反應(yīng)的方向，速度和完全的程度，為造好白渣提供依據(jù)。

a爐渣顏色的互相轉(zhuǎn)化

爐渣有以下幾種顏色互相轉(zhuǎn)化，參見原創(chuàng)圖（1）

 黑色氧化渣逐漸被還原

  原創(chuàng) 圖（1）中的箭頭為爐中物理化學(xué)反應(yīng)的方向。在正常情況下，包中合金化后，爐渣顏色為白渣，脫氧較好。當(dāng)電爐出鋼出部分氧化渣時，爐渣可能由白色轉(zhuǎn)變?yōu)榈S色或黃白色，黃渣中有一定的Feo  MnO等，電爐出氧化渣較多時，渣中Feo  MnO含量較高，爐渣可能由黃色轉(zhuǎn)變?yōu)楹谏：谏趸l(fā)亮，渣內(nèi)有孔洞。黃渣和黑渣都呈氧化性，沒有脫氧能力，是不希望出現(xiàn)的。

向氧化性渣中加入脫氧劑后，渣中氧化物被還原，黑色氧化渣逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)辄S白渣，繼續(xù)還原，由黃白渣轉(zhuǎn)變?yōu)榘自楸３职自?，如加C粉較多，在電弧高溫下，渣中發(fā)生    Cao+3C→CaC2+Co↑化學(xué)反應(yīng)，這是吸熱反應(yīng)，產(chǎn)生灰白渣，即由白渣轉(zhuǎn)變?yōu)槿蹼娛–aC2≤1.5%）。如果加C粉過多，則由灰白渣轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)電石渣（CaC2≥2.5%），電石渣也是黑色，無光澤，黑渣表面有白色條紋，渣放入水中，發(fā)生Cao+H2O→CaC2+C2H2↑（乙炔氣），乙炔氣有臭味。弱電石渣（灰白渣）和強(qiáng)電石渣（黑色），因渣中有CaC2是強(qiáng)脫氧劑，有很強(qiáng)的脫氧能力。但電石渣粘度大、渣發(fā)死、不活潑、擴(kuò)散脫氧能力差。電石渣與鋼水濕潤性好，渣易沾附鋼水，污染鋼水，增加鋼中夾雜。渣中含CaC2鋼水容易增C。因此，弱電石渣和強(qiáng)電渣雖有很強(qiáng)的還原性，因有上述缺點(diǎn)，LF爐也不用。所以，用白渣精煉是最佳選擇。

當(dāng)白渣保持一定時間，渣鋼之間氧濃度平衡，由于鋼水氧含量較高，由于脫氧劑作用已盡，或由于空氣進(jìn)入熔池，渣由白變黃，失去脫氧作用，為了維持爐內(nèi)還元性氣氛，為了繼續(xù)保持白渣的還元性，要及時向爐中加入脫氧劑，如C粉、Fei  粉、Al粉等，保持白渣。

b造渣方法

為了造好精煉白渣，必須堅持兩條基本方法：

一是勤探渣、勤看渣、勤調(diào)渣。在精煉期內(nèi)，要有專用探渣棍，每隔3～5分鐘向爐內(nèi)各部位探渣，觀察渣顏色和渣殼厚薄。如果渣稠或稀，應(yīng)及時加入少量白灰或CaF2，Al釩土（或白灰）調(diào)整渣子流動性。如果渣黃或綠，應(yīng)及時加入脫氧劑。

是勤加、少加、均勻加脫氧劑。根據(jù)渣顏色的變化加脫氧劑，脫氧劑要加在熔池的整個渣面上，才能脫氧均勻，發(fā)揮白渣脫氧作用。如只加在某一點(diǎn)上，其它渣面沒加到脫氧劑，則大部分渣面沒有脫氧作用，而加入脫氧劑在某一點(diǎn)上過多，還容易增C、增Si、增Al。

F爐一般操作基本上違背這兩條造白渣原則。基本上不探渣、不看渣、不及時調(diào)渣。加入脫氧劑是集中加大量一次加，加在熔池一個點(diǎn)上。有人還認(rèn)為，不用探渣，看爐內(nèi)冒出煙氣顏色就知道了。爐內(nèi)煙氣是漸變的，當(dāng)渣變黃時冒黃煙，當(dāng)看到冒黃煙時，爐內(nèi)黃渣已經(jīng)很嚴(yán)重了，再加脫氧劑晚了。所以，LF爐精煉終了，開出LF位，取渣樣觀察，有黑色的、綠色的、黃色的，很少有白色的，這是不足為奇的。必須堅持白渣出鋼的原則。

(來源：煉鋼)