一种利用氩等离子防止钢水在LF炉内增碳的精炼方法

摘要

本发明涉及一种利用氩等离子防止钢水在LF炉内增碳的精炼方法，属于冶金行业炼钢精炼技术领域。技术方案是将LF的实心石墨电极更换为空心石墨电极，利用空心石墨电极的中心孔通入氩气，形成氩等离子弧，形成保护性气氛，避免电极与空气、钢水的直接接触；利用产生的等离子弧进行加热，缩短加热时间，降低空心石墨电极消耗，减轻精炼过程中钢水的增碳，钢水增碳量能控制在0.005%以下。本发明的积极效果：氩等离子LF能兼容现有LF工艺的所有精炼功能，容易实现，产生的氩等离子体加热效率高、利于化渣等优点，可缩短加热时间与冶炼周期，节约电能。通过控制LF精炼过程的增碳量，可部分取代RH或VD的脱碳功能，减少炼钢工序，节约生产成本。

权利要求

1.一种利用氩等离子防止钢水在LF炉内增碳的精炼方法，其特征是：将LF的实心石墨电极更换为空心石墨电极，利用空心石墨电极的中心孔通入氩气，形成氩等离子弧，形成保护性气氛，避免电极与空气、钢水的直接接触；利用产生的等离子弧进行加热，缩短加热时间，降低空心石墨电极消耗，减轻精炼过程中钢水的增碳，钢水增碳量能控制在0.005%以下，具体的工艺步骤如下：a)氩气称为载气，开始精炼时，通过空心石墨电极的中心孔通入100-1000NL/min的载气，排除钢包盖与钢液面之间的空气； b)将空心石墨电极插入钢液面与渣面之间，载气流量调至吨钢0.5-2NL/min，接通电源使空心石墨电极起弧，待电弧稳定后，增大载气流量至吨钢5-12NL/min，载气在电弧作用下产生等离子体，并利用等离子源进行钢水加热，在等离子气体的保护氛围下完成各种精炼任务；

c)精炼结束后，当空心石墨电极抬起时，空心石墨电极中心孔氩气流量调至

50-500NL/min，始终保持精炼气氛为惰性气氛；

所述的空心石墨电极的电源为低电压大电流三相交流电源，电压范围240~390V，电流范围：35000~50000A。

2.根据权利要求1所述一种利用氩等离子防止钢水在LF炉内增碳的精炼方法，其特征在于所述的空心石墨电极中心孔直径为9-20mm。

3.根据权利要求1或2所述一种利用氩等离子防止钢水在LF炉内增碳的精炼方法，其特征在于：在空心石墨电极的载气管路上安装电磁阀和流量计来控制和检测载气流量，并通过可编程控制器PLC控制载气流量，实现开启和关闭。

说明书

一种利用氩等离子防止钢水在LF炉内增碳的精炼方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种利用氩等离子防止钢水在LF炉内增碳的精炼方法，属于冶金行业炼钢精炼技术领域。

背景技术

[0002] 采用实心石墨电极供电的常规LF是钢铁冶金过程中重要的炉外精炼手段之一，由于其精炼功能强大，冶炼周期灵活，是炼钢与连铸的有效缓冲环节。但是，在冶炼低碳钢和超低碳钢时，LF精炼过程普遍存在增碳现象。有文献称，在冶炼低碳钢（C：0.04%-0.07%）时，LF精炼过程平均增碳量最高可达0.033%，因此，在冶炼低碳钢和超低碳钢时，通常需要借助RH或者VD等真空脱碳设备进行脱碳处理，增加了炼钢工序成本。并且，由于LF的增碳问题，不仅造成LF电极消耗高，还要求炼钢出钢终点碳必须控制在较低水平，缩短了初炼炉的寿命和增加了冶炼成本。

[0003] 造成LF精炼过程增碳的主要原因是石墨电极增碳，石墨电极在加热过程中与空气、炉渣和钢水接触，容易氧化和脱落进入钢水，导致钢水增加0.01－0.035%的碳。因此，控制石墨电极增碳将是抑制LF精炼过程增碳的关键环节。针对LF精炼过程的增碳问题，目前采取的主要手段有：(1) 将底吹氩流量控制到最低限度；(2) 缩短加热时间；(3) 优化加热方式及加热次数，提高升温速度。上述三种方法均不能从根本上解决钢水与石墨电极接触导致的增碳问题，只能对增碳问题有所减轻。中国专利申请号200810118717.0，提供了一种LF防增碳的方法，该方法采用在精炼位大氩气搅拌进行化渣，待渣料化好后再下电极进行加热，可减轻LF精炼过程增碳量到0.023%；但是，该方法只是减少电极与钢水的接触时间，并不能根本解决增碳问题。东北大学博士张慧书学位论文“采用中空电极喷吹气体的新型LF炉内冶金行为的基础研究”，在实验室100Kg直流感应炉上，研究采用电极喷吹Ar-H2气体的方法来防止钢水增碳，其机理是利用电离的H离子与钢中的C发生脱碳反应来减轻增碳，结果表明，与实心电极相比，采用中空电极喷吹含氢气体钢液增碳量明显降低，增碳速率也明显降低。此工艺可导致钢水增氢现象和增加电极消耗，同时，考虑到H对钢材质量和力学性能会导致氢脆等不利影响，是有害气体元素，该方法仅限于实验室研究，很难在实际生产中获得应用。

发明内容

[0004] 本发明目的是提供一种利用氩等离子防止钢水在LF炉内增碳的精炼方法，采用空心石墨电极作为LF的加热电极，利用电极的中心孔向钢包吹氩，在电弧高温下产生氩等离子体包裹电极，利用等离子弧进行加热，可实现LF的惰性气氛冶炼，并避免电极与钢水的直接接触，降低电极消耗，减少钢水增碳。同时由于等离子弧加热效率更高，还可缩短加热时间，进一步减少增碳，解决背景技术存在的上述问题。

[0005] 本发明技术方案是：一种利用氩等离子防止钢水在LF炉内增碳的精炼方法，将LF的实心石墨电极更换为空心石墨电极，利用空心石墨电极的中心孔通入氩气，形成氩等离子弧，形成保护性气氛，避免电极与空气、钢水的直接接触；利用产生的等离子弧进行加热，缩短加热时间，降低空心石墨电极消耗，减轻精炼过程中钢水的增碳，钢水增碳量能控制在0.005%以下。

[0006] 更具体的工艺步骤如下：

[0007] a)氩气称为载气，开始精炼时，通过空心石墨电极的中心孔通入100-1000NL/min的载气，排除钢包盖与钢液面之间的空气；

[0008] b)将空心石墨电极插入钢液面与渣面之间，载气流量调至吨钢0.5-2NL/min，接通电源使空心石墨电极起弧，待电弧稳定后，增大载气流量至吨钢5-12NL/min，载气在电弧作用下产生等离子体，并利用等离子源进行钢水加热，在等离子气体的保护氛围下完成各种精炼任务；

[0009] c)精炼结束后，当空心石墨电极抬起时，空心石墨电极中心孔氩气流量调至50-500NL/min，始终保持精炼气氛为惰性气氛。

[0010] 所述的空心石墨电极的电源为低电压大电流三相交流电源，电压范围：240~390V，电流范围：35000~50000A。

[0011] 所述的空心石墨电极中心孔直径为9-20mm。

[0012] 在空心石墨电极的载气管路上安装电磁阀和流量计来控制和检测载气流量，并通过可编程控制器PLC控制载气流量，实现开启和关闭。

[0013] 本发明的积极效果：

[0014] 1）氩等离子LF能兼容现有LF工艺的所有精炼功能，将LF改造成Ar等离子炉比较容易实现，只需要更换中空电极和连接气源装置。

[0015] 2）产生的氩等离子体具有能量集中、加热效率高、利于化渣等优点，可缩短加热时间与冶炼周期，节约电能。

[0016] 3）利用氩等离子体的惰性气氛保护，可避免石墨电极与空气的接触，防止由于电极氧化和脱落造成的钢水增碳，钢水增碳量能减轻到0.005%以下。

[0017] 4）通过控制LF精炼过程的增碳量，可部分取代RH或VD的脱碳功能，减少炼钢工序，节约生产成本。

具体实施方式

[0018] 以下结合实施例对本发明作进一步说明。

[0019] 一种利用氩等离子防止钢水在LF炉内增碳的精炼方法，将LF的实心石墨电极更换为空心石墨电极，利用空心石墨电极的中心孔通入氩气，形成氩等离子弧，形成保护性气氛，避免电极与空气、钢水的直接接触；利用产生的等离子弧进行加热，缩短加热时间，降低空心石墨电极消耗，减轻精炼过程中钢水的增碳，钢水增碳量能控制在0.005%以下。

[0020] 实施例一：

[0021] 120t交流LF精炼炉，将原先所用的实心石墨电极更换为空心石墨电极，电压360V，电流48000A，空心石墨电极中孔直径为9mm；空心石墨电极通过管道与Ar气源装置连接，在管路上安装电磁阀和流量计来控制和检测载气流量，并能通过PLC控制实现气体流量的控制和开关关闭；开始精炼时，通过空心石墨电极中心孔通入1000NL/min氩气，排除钢包盖与钢液面之间的空气，之后将空心石墨电极插入钢液面与渣面之间，氩气流量调至吨钢2NL/min，接通电源使空心石墨电极起弧，待电弧稳定后，增大氩气流量至吨钢10NL/min，载气在电弧作用下产生等离子体，并利用等离子源进行钢水加热，在等离子气体的保护氛围下完成各种精炼任务。本实施例利用上述方法冶炼SPHD，11021炉次LF进站钢液C：
0.034%，出站C：0.035%，增碳0.001%。

[0022] 实施例二：

[0023] 150t三相交流LF精炼炉，将原先所用的实心石墨电极更换为空心石墨电极，电压390V，电流50000A，空心石墨电极中孔直径为20mm；空心石墨电极通过管道与Ar气源装置连接，在管路上安装电磁阀和流量计来控制和检测载气流量，并能通过PLC控制实现气体流量的控制和开关关闭；开始精炼时，通过空心石墨电极中心孔通入1000NL/min氩气，排除钢包盖与钢液面之间的空气，之后将空心石墨电极插入钢液面与渣面之间，氩气流量调至吨钢2NL/min，接通电源使空心石墨电极起弧，待电弧稳定后，增大氩气流量至吨钢12NL/min，载气在电弧作用下产生等离子体，并利用等离子源进行钢水加热，在等离子气体的保护氛围下完成各种精炼任务。本实施例利用上述方法冶炼SPHD，1101456炉次LF进站钢液C：0.028%，出站C：0.030%，增碳0.002%。

[0024] 实施例三：

[0025] 60t三相交流LF精炼炉，将原先所用的实心石墨电极更换为空心石墨电极，电压240V，电流35000A，空心石墨电极中孔直径为12mm；空心石墨电极通过管道与Ar气源装置连接，在管路上安装电磁阀和流量计来控制和检测载气流量，并能通过PLC控制实现气体流量的控制和开关关闭；开始精炼时，通过空心石墨电极中心孔通入100NL/min氩气，排除钢包盖与钢液面之间的空气，之后将空心石墨电极插入钢液面与渣面之间，氩气流量调至吨钢0.5NL/min，接通电源使空心石墨电极起弧，待电弧稳定后，增大氩气流量至吨钢5NL/min，载气在电弧作用下产生等离子体，并利用等离子源进行钢水加热，在等离子 气体的保护氛围下完成各种精炼任务。本实施例利用上述方法冶炼SPHD，1504223炉次LF进站钢液C：0.025%，出站C：0.030%，增碳0.005%。

[0026] 实施例四：

[0027] 100t三相交流LF精炼炉，将原先所用的实心石墨电极更换为空心石墨电极，电压320V，电流42000A，空心石墨电极中孔直径为15mm；空心石墨电极通过管道与Ar气源装置连接，在管路上安装电磁阀和流量计来控制和检测载气流量，并能通过PLC控制实现气体流量的控制和开关关闭；开始精炼时，通过空心石墨电极中心孔通入800NL/min氩气，排除钢包盖与钢液面之间的空气，之后将空心石墨电极插入钢液面与渣面之间，氩气流量调至吨钢2NL/min，接通电源使空心石墨电极起弧，待电弧稳定后，增大氩气流量至吨钢12NL/min，载气在电弧作用下产生等离子体，并利用等离子源进行钢水加热，在等离子 气体的保护氛围下完成各种精炼任务。本实施例利用上述方法冶炼SPHD，1801236炉次LF进站钢液C：0.035%，出站C：0.035%，LF精炼过程无增碳。

[0028] 实施例五：

[0029] 80t三相交流LF精炼炉，将原先所用的实心石墨电极更换为空心石墨电极，电压280V，电流38750A，空心石墨电极中孔直径为9mm；空心石墨电极通过管道与Ar气源装置连接，在管路上安装电磁阀和流量计来控制和检测载气流量，并能通过PLC控制实现气体流量的控制和开关关闭；开始精炼时，通过空心石墨电极中心孔通入700NL/min氩气，排除钢