專利名稱：一種利用氬等離子防止鋼水在lf爐內(nèi)增碳的精煉方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用氬等離子防止鋼水在LF爐內(nèi)增碳的精煉方法，屬于冶金行業(yè)煉鋼精煉技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
采用實(shí)心石墨電極供電的常規(guī)LF是鋼鐵冶金過(guò)程中重要的爐外精煉手段之一，由于其精煉功能強(qiáng)大，冶煉周期靈活，是煉鋼與連鑄的有效緩沖環(huán)節(jié)。但是，在冶煉低碳鋼和超低碳鋼時(shí)，LF精煉過(guò)程普遍存在增碳現(xiàn)象。有文獻(xiàn)稱，在冶煉低碳鋼(C :0. 04%-0. 07%)時(shí)，LF精煉過(guò)程平均增碳量最高可達(dá)0. 033%,因此，在冶煉低碳鋼和超低碳鋼時(shí)，通常需要借助RH或者VD等真空脫碳設(shè)備進(jìn)行脫碳處理，增加了煉鋼工序成本。并且，由于LF的增碳問(wèn)題，不僅造成LF電極消耗高，還要求煉鋼出鋼終點(diǎn)碳必須控制在較低水平，縮短了初煉爐的壽命和增加了冶煉成本。造成LF精煉過(guò)程增碳的主要原因是石墨電極增碳，石墨電極在加熱過(guò)程中與空氣、爐渣和鋼水接觸，容易氧化和脫落進(jìn)入鋼水，導(dǎo)致鋼水增加0.01 — 0.035%的碳。因此，控制石墨電極增碳將是抑制LF精煉過(guò)程增碳的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。針對(duì)LF精煉過(guò)程的增碳問(wèn)題，目前采取的主要手段有(I)將底吹氬流量控制到最低限度；(2)縮短加熱時(shí)間；(3)優(yōu)化加熱方式及加熱次數(shù)，提高升溫速度。上述三種方法均不能從根本上解決鋼水與石墨電極接觸導(dǎo)致的增碳問(wèn)題，只能對(duì)增碳問(wèn)題有所減輕。中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?00810118717.0，提供了一種LF防增碳的方法，該方法采用在精煉位大氬氣攪拌進(jìn)行化渣，待渣料化好后再下電極進(jìn)行加熱，可減輕LF精煉過(guò)程增碳量到0. 023% ;但是，該方法只是減少電極與鋼水的接觸時(shí)間，并不能根本解決增碳問(wèn)題。東北大學(xué)博士張慧書學(xué)位論文“采用中空電極噴吹氣體的新型LF爐內(nèi)冶金行為的基礎(chǔ)研究”，在實(shí)驗(yàn)室IOOKg直流感應(yīng)爐上，研究采用電極噴吹A(chǔ)r-H2氣體的方法來(lái)防止鋼水增碳，其機(jī)理是利用電離的H離子與鋼中的C發(fā)生脫碳反應(yīng)來(lái)減輕增碳，結(jié)果表明，與實(shí)心電極相比，采用中空電極噴吹含氫氣體鋼液增碳量明顯降低，增碳速率也明顯降低。此工藝可導(dǎo)致鋼水增氫現(xiàn)象和增加電極消耗，同時(shí)，考慮到H對(duì)鋼材質(zhì)量和力學(xué)性能會(huì)導(dǎo)致氫脆等不利影響，是有害氣體元素，該方法僅限于實(shí)驗(yàn)室研究，很難在實(shí)際生產(chǎn)中獲得應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種利用氬等離子防止鋼水在LF爐內(nèi)增碳的精煉方法，采用空心石墨電極作為L(zhǎng)F的加熱電極，利用電極的中心孔向鋼包吹氬，在電弧高溫下產(chǎn)生氬等離子體包裹電極，利用等離子弧進(jìn)行加熱，可實(shí)現(xiàn)LF的惰性氣氛冶煉，并避免電極與鋼水的直接接觸，降低電極消耗，減少鋼水增碳。同時(shí)由于等離子弧加熱效率更高，還可縮短加熱時(shí)間，進(jìn)一步減少增碳，解決背景技術(shù)存在的上述問(wèn)題。本發(fā)明技術(shù)方案是一種利用氬等離子防止鋼水在LF爐內(nèi)增碳的精煉方法，將LF的實(shí)心石墨電極更換為空心石墨電極,利用空心石墨電極的中心孔通入氬氣，形成氬等離子弧，形成保護(hù)性氣氛，避免電極與空氣、鋼水的直接接觸；利用產(chǎn)生的等離子弧進(jìn)行加熱，縮短加熱時(shí)間，降低空心石墨電極消耗，減輕精煉過(guò)程中鋼水的增碳，鋼水增碳量能控制在0. 005% 以下。更具體的工藝步驟如下
a)氬氣稱為載氣，開(kāi)始精煉時(shí),通過(guò)空心 石墨電極的中心孔通入100-1000NL/min的載氣，排除鋼包蓋與鋼液面之間的空氣；
b)將空心石墨電極插入鋼液面與渣面之間，載氣流量調(diào)至噸鋼0.5-2NL/min，接通電源使空心石墨電極起弧，待電弧穩(wěn)定后，增大載氣流量至噸鋼5-12NL/min，載氣在電弧作用下產(chǎn)生等離子體，并利用等離子源進(jìn)行鋼水加熱，在等離子氣體的保護(hù)氛圍下完成各種精煉任務(wù)；
c)精煉結(jié)束后，當(dāng)空心石墨電極抬起時(shí)，空心石墨電極中心孔IS氣流量調(diào)至50-500NL/min，始終保持精煉氣氛為惰性氣氛。所述的空心石墨電極的電源為低電壓大電流三相交流電源，電壓范圍24(T390V，電流范圍3500(T50000A。所述的空心石墨電極中心孔直徑為9_20mm。在空心石墨電極的載氣管路上安裝電磁閥和流量計(jì)來(lái)控制和檢測(cè)載氣流量，并通過(guò)可編程控制器PLC控制載氣流量，實(shí)現(xiàn)開(kāi)啟和關(guān)閉。本發(fā)明的積極效果
I)氬等離子LF能兼容現(xiàn)有LF工藝的所有精煉功能，將LF改造成Ar等離子爐比較容易實(shí)現(xiàn)，只需要更換中空電極和連接氣源裝置。2)產(chǎn)生的氬等離子體具有能量集中、加熱效率高、利于化渣等優(yōu)點(diǎn)，可縮短加熱時(shí)間與冶煉周期，節(jié)約電能。3)利用氬等離子體的惰性氣氛保護(hù)，可避免石墨電極與空氣的接觸，防止由于電極氧化和脫落造成的鋼水增碳，鋼水增碳量能減輕到0. 005%以下。4)通過(guò)控制LF精煉過(guò)程的增碳量，可部分取代RH或VD的脫碳功能，減少煉鋼工序,節(jié)約生產(chǎn)成本。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。一種利用氬等離子防止鋼水在LF爐內(nèi)增碳的精煉方法，將LF的實(shí)心石墨電極更換為空心石墨電極，利用空心石墨電極的中心孔通入氬氣，形成氬等離子弧，形成保護(hù)性氣氛，避免電極與空氣、鋼水的直接接觸；利用產(chǎn)生的等離子弧進(jìn)行加熱，縮短加熱時(shí)間，降低空心石墨電極消耗，減輕精煉過(guò)程中鋼水的增碳，鋼水增碳量能控制在0. 005%以下。實(shí)施例一
120t交流LF精煉爐，將原先所用的實(shí)心石墨電極更換為空心石墨電極，電壓360V，電流48000A，空心石墨電極中孔直徑為9mm;空心石墨電極通過(guò)管道與Ar氣源裝置連接，在管路上安裝電磁閥和流量計(jì)來(lái)控制和檢測(cè)載氣流量，并能通過(guò)PLC控制實(shí)現(xiàn)氣體流量的控制和開(kāi)關(guān)關(guān)閉；開(kāi)始精煉時(shí)，通過(guò)空心石墨電極中心孔通入1000NL/min氬氣，排除鋼包蓋與鋼液面之間的空氣，之后將空心石墨電極插入鋼液面與渣面之間，氬氣流量調(diào)至噸鋼2NL/min,接通電源使空心石墨電極起弧，待電弧穩(wěn)定后，增大氬氣流量至噸鋼10NL/min，載氣在電弧作用下產(chǎn)生等離子體，并利用等離子源進(jìn)行鋼水加熱，在等離子氣體的保護(hù)氛圍下完成各種精煉任務(wù)。本實(shí)施例利用上述方法冶煉SPHD，11021爐次LF進(jìn)站鋼液C :0. 034%,出站 C :0. 035%，增碳 0. 001%。實(shí)施例二
150t三相交流LF精煉爐，將原先所用的實(shí)心石墨電極更換為空心石墨電極，電壓390V，電流50000A，空心石墨電極中孔直徑為20mm ;空心石墨電極通過(guò)管道與Ar氣源裝置連接，在管路上安裝電磁閥和流量計(jì)來(lái)控制和檢測(cè)載氣流量，并能通過(guò)PLC控制實(shí)現(xiàn)氣體流量的控制和開(kāi)關(guān)關(guān)閉；開(kāi)始精煉時(shí)，通過(guò)空心石墨電極中心孔通入1000NL/min 1 氣，排除鋼包蓋與鋼液面之間的空氣，之后將空心石墨電極插入鋼液面與渣面之間，氬氣流量調(diào)至噸鋼2NL/min，接通電源使空心石墨電極起弧，待電弧穩(wěn)定后，增大氬氣流量至噸鋼、12NL/min，載氣在電弧作用下產(chǎn)生等離子體，并利用等離子源進(jìn)行鋼水加熱，在等離子氣體的保護(hù)氛圍下完成各種精煉任務(wù)。本實(shí)施例利用上述方法冶煉SPHD，1101456爐次LF進(jìn)站鋼液 C :0. 028%,出站 C :0. 030%,增碳 0. 002%。實(shí)施例三
60t三相交流LF精煉爐，將原先所用的實(shí)心石墨電極更換為空心石墨電極，電壓240V，電流35000A，空心石墨電極中孔直徑為12mm ;空心石墨電極通過(guò)管道與Ar氣源裝置連接，在管路上安裝電磁閥和流量計(jì)來(lái)控制和檢測(cè)載氣流量，并能通過(guò)PLC控制實(shí)現(xiàn)氣體流量的控制和開(kāi)關(guān)關(guān)閉；開(kāi)始精煉時(shí)，通過(guò)空心石墨電極中心孔通入100NL/min氬氣，排除鋼包蓋與鋼液面之間的空氣，之后將空心石墨電極插入鋼液面與渣面之間，氬氣流量調(diào)至噸鋼0. 5NL/min，接通電源使空心石墨電極起弧，待電弧穩(wěn)定后，增大氬氣流量至噸鋼5NL/min，載氣在電弧作用下產(chǎn)生等離子體，并利用等離子源進(jìn)行鋼水加熱，在等離子氣體的保護(hù)氛圍下完成各種精煉任務(wù)。本實(shí)施例利用上述方法冶煉SPHD，1504223爐次LF進(jìn)站鋼液C
0.025%,出站 C :0. 030%,增碳 0. 005%。實(shí)施例四
IOOt三相交流LF精煉爐，將原先所用的實(shí)心石墨電極更換為空心石墨電極，電壓320V，電流42000A，空心石墨電極中孔直徑為15mm ;空心石墨電極通過(guò)管道與Ar氣源裝置連接，在管路上安裝電磁閥和流量計(jì)來(lái)控制和檢測(cè)載氣流量，并能通過(guò)PLC控制實(shí)現(xiàn)氣體流量的控制和開(kāi)關(guān)關(guān)閉；開(kāi)始精煉時(shí)，通過(guò)空心石墨電極中心孔通入800NL/min 1 氣，排除鋼包蓋與鋼液面之間的空氣，之后將空心石墨電極插入鋼液面與渣面之間，氬氣流量調(diào)至噸鋼2NL/min，接通電源使空心石墨電極起弧，待電弧穩(wěn)定后，增大氬氣流量至噸鋼12NL/min，載氣在電弧作用下產(chǎn)生等離子體，并利用等離子源進(jìn)行鋼水加熱，在等離子氣體的保護(hù)氛圍下完成各種精煉任務(wù)。本實(shí)施例利用上述方法冶煉SPHD，1801236爐次LF進(jìn)站鋼液C :0. 035%,出站C :0. 035%, LF精煉過(guò)程無(wú)增碳。實(shí)施例五
80t三相交流LF精煉爐，將原先所用的實(shí)心石墨電極更換為空心石墨電極，電壓280V，電流38750A,空心石墨電極中孔直徑為9mm ;空心石墨電極通過(guò)管道與Ar氣源裝置連接，在管路上安裝電磁閥和流量計(jì)來(lái)控制和檢測(cè)載氣流量，并能通過(guò)PLC控制實(shí)現(xiàn)氣體流量的控制和開(kāi)關(guān)關(guān)閉；開(kāi)始精煉時(shí)，通過(guò)空心石墨電極中心孔通入700NL/min氬氣，排除鋼包蓋與鋼液面之間的空氣，之后將空心石墨電極插入鋼液面與渣面之間，氬氣流量調(diào)至噸鋼
I.5NL/min，接通電源使空心石墨電極起弧，待電弧穩(wěn)定后，增大氬氣流量至噸鋼10NL/min ，載氣在電弧作用下產(chǎn)生等離子體，并利用等離子源進(jìn)行鋼水加熱，在等離子氣體的保護(hù)氛圍下完成各種精煉任務(wù)。本實(shí)施例利用上述方法冶煉SPHD，1404566爐次LF進(jìn)站鋼液C 0. 025%,出站 C :0. 026%，增碳 0. 001%。
權(quán)利要求
1.一種利用氬等離子防止鋼水在LF爐內(nèi)增碳的精煉方法，其特征是將LF的實(shí)心石墨電極更換為空心石墨電極，利用空心石墨電極的中心孔通入氬氣，形成氬等離子弧，形成保護(hù)性氣氛，避免電極與空氣、鋼水的直接接觸；利用產(chǎn)生的等離子弧進(jìn)行加熱，縮短加熱時(shí)間，降低空心石墨電極消耗，減輕精煉過(guò)程中鋼水的增碳，鋼水增碳量能控制在O. 005%以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種利用氬等離子防止鋼水在LF爐內(nèi)增碳的精煉方法，其特征在于具體的工藝步驟如下 a)氬氣稱為載氣，開(kāi)始精煉時(shí),通過(guò)空心石墨電極的中心孔通入100-1000NL/min的載氣，排除鋼包蓋與鋼液面之間的空氣； b)將空心石墨電極插入鋼液面與渣面之間，載氣流量調(diào)至噸鋼O.5-2NL/min，接通電源使空心石墨電極起弧，待電弧穩(wěn)定后，增大載氣流量至噸鋼5-12NL/min，載氣在電弧作用下產(chǎn)生等離子體，并利用等離子源進(jìn)行鋼水加熱，在等離子氣體的保護(hù)氛圍下完成各種精煉任務(wù)； c)精煉結(jié)束后，當(dāng)空心石墨電極抬起時(shí)，空心石墨電極中心孔IS氣流量調(diào)至50-500NL/min，始終保持精煉氣氛為惰性氣氛。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述一種利用氬等離子防止鋼水在LF爐內(nèi)增碳的精煉方法，其特征在于所述的空心石墨電極的電源為低電壓大電流三相交流電源，電壓范圍24(T390V，電流范圍3500(Γ50000Α。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述一種利用氬等離子防止鋼水在LF爐內(nèi)增碳的精煉方法，其特征在于所述的空心石墨電極中心孔直徑為9-20_。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述一種利用氬等離子防止鋼水在LF爐內(nèi)增碳的精煉方法，其特征在于在空心石墨電極的載氣管路上安裝電磁閥和流量計(jì)來(lái)控制和檢測(cè)載氣流量，并通過(guò)可編程控制器PLC控制載氣流量，實(shí)現(xiàn)開(kāi)啟和關(guān)閉。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用氬等離子防止鋼水在LF爐內(nèi)增碳的精煉方法，屬于冶金行業(yè)煉鋼精煉技術(shù)領(lǐng)域。技術(shù)方案是將LF的實(shí)心石墨電極更換為空心石墨電極，利用空心石墨電極的中心孔通入氬氣，形成氬等離子弧，形成保護(hù)性氣氛，避免電極與空氣、鋼水的直接接觸；利用產(chǎn)生的等離子弧進(jìn)行加熱，縮短加熱時(shí)間，降低空心石墨電極消耗，減輕精煉過(guò)程中鋼水的增碳，鋼水增碳量能控制在0.005%以下。本發(fā)明的積極效果氬等離子LF能兼容現(xiàn)有LF工藝的所有精煉功能，容易實(shí)現(xiàn)，產(chǎn)生的氬等離子體加熱效率高、利于化渣等優(yōu)點(diǎn)，可縮短加熱時(shí)間與冶煉周期，節(jié)約電能。通過(guò)控制LF精煉過(guò)程的增碳量，可部分取代RH或VD的脫碳功能，減少煉鋼工序，節(jié)約生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)C21C7/00GK102732677SQ201210181528
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月5日
發(fā)明者李博斌, 王義芳, 聶玉珠, 胡志剛, 趙英利 申請(qǐng)人:河北鋼鐵股份有限公司