專利名稱：一種利用氬等離子防止鋼水在lf爐內增碳的精煉方法
技術領域：
本發明涉及一種利用氬等離子防止鋼水在LF爐內增碳的精煉方法，屬于冶金行業煉鋼精煉技術領域。
背景技術：
采用實心石墨電極供電的常規LF是鋼鐵冶金過程中重要的爐外精煉手段之一，由于其精煉功能強大，冶煉周期靈活，是煉鋼與連鑄的有效緩沖環節。但是，在冶煉低碳鋼和超低碳鋼時，LF精煉過程普遍存在增碳現象。有文獻稱，在冶煉低碳鋼(C :0. 04%-0. 07%)時，LF精煉過程平均增碳量最高可達0. 033%,因此，在冶煉低碳鋼和超低碳鋼時，通常需要借助RH或者VD等真空脫碳設備進行脫碳處理，增加了煉鋼工序成本。并且，由于LF的增碳問題，不僅造成LF電極消耗高，還要求煉鋼出鋼終點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精煉過程增碳的主要原因是石墨電極增碳，石墨電極在加熱過程中與空氣、爐渣和鋼水接觸，容易氧化和脫落進入鋼水，導致鋼水增加0.01 — 0.035%的碳。因此，控制石墨電極增碳將是抑制LF精煉過程增碳的關鍵環節。針對LF精煉過程的增碳問題，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)縮短加熱時間；(3)優化加熱方式及加熱次數，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致的增碳問題，只能對增碳問題有所減輕。中國專利申請號200810118717.0，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行化渣，待渣料化好后再下電極進行加熱，可減輕LF精煉過程增碳量到0. 023% ;但是，該方法只是減少電極與鋼水的接觸時間，并不能根本解決增碳問題。東北大學博士張慧書學位論文“采用中空電極噴吹氣體的新型LF爐內冶金行為的基礎研究”，在實驗室IOOKg直流感應爐上，研究采用電極噴吹Ar-H2氣體的方法來防止鋼水增碳，其機理是利用電離的H離子與鋼中的C發生脫碳反應來減輕增碳，結果表明，與實心電極相比，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。此工藝可導致鋼水增氫現象和增加電極消耗，同時，考慮到H對鋼材質量和力學性能會導致氫脆等不利影響，是有害氣體元素，該方法僅限于實驗室研究，很難在實際生產中獲得應用。

發明內容
本發明目的是提供一種利用氬等離子防止鋼水在LF爐內增碳的精煉方法，采用空心石墨電極作為LF的加熱電極，利用電極的中心孔向鋼包吹氬，在電弧高溫下產生氬等離子體包裹電極，利用等離子弧進行加熱，可實現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。同時由于等離子弧加熱效率更高，還可縮短加熱時間，進一步減少增碳，解決背景技術存在的上述問題。本發明技術方案是一種利用氬等離子防止鋼水在LF爐內增碳的精煉方法，將LF的實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，形成保護性氣氛，避免電極與空氣、鋼水的直接接觸；利用產生的等離子弧進行加熱，縮短加熱時間，降低空心石墨電極消耗，減輕精煉過程中鋼水的增碳，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，開始精煉時,通過空心 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，載氣流量調至噸鋼0.5-2NL/min，接通電源使空心石墨電極起弧，待電弧穩定后，增大載氣流量至噸鋼5-12NL/min，載氣在電弧作用下產生等離子體，并利用等離子源進行鋼水加熱，在等離子氣體的保護氛圍下完成各種精煉任務；
c)精煉結束后，當空心石墨電極抬起時，空心石墨電極中心孔IS氣流量調至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來控制和檢測載氣流量，并通過可編程控制器PLC控制載氣流量，實現開啟和關閉。本發明的積極效果
I)氬等離子LF能兼容現有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現，只需要更換中空電極和連接氣源裝置。2)產生的氬等離子體具有能量集中、加熱效率高、利于化渣等優點，可縮短加熱時間與冶煉周期，節約電能。3)利用氬等離子體的惰性氣氛保護，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)通過控制LF精煉過程的增碳量，可部分取代RH或VD的脫碳功能，減少煉鋼工序,節約生產成本。
具體實施例方式以下結合實施例對本發明作進一步說明。一種利用氬等離子防止鋼水在LF爐內增碳的精煉方法，將LF的實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，形成保護性氣氛，避免電極與空氣、鋼水的直接接觸；利用產生的等離子弧進行加熱，縮短加熱時間，降低空心石墨電極消耗，減輕精煉過程中鋼水的增碳，鋼水增碳量能控制在0. 005%以下。實施例一
120t交流LF精煉爐，將原先所用的實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;空心石墨電極通過管道與Ar氣源裝置連接，在管路上安裝電磁閥和流量計來控制和檢測載氣流量，并能通過PLC控制實現氣體流量的控制和開關關閉；開始精煉時，通過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，氬氣流量調至噸鋼2NL/min,接通電源使空心石墨電極起弧，待電弧穩定后，增大氬氣流量至噸鋼10NL/min，載氣在電弧作用下產生等離子體，并利用等離子源進行鋼水加熱，在等離子氣體的保護氛圍下完成各種精煉任務。本實施例利用上述方法冶煉SPHD，11021爐次LF進站鋼液C :0. 034%,出站 C :0. 035%，增碳 0. 001%。實施例二
150t三相交流LF精煉爐，將原先所用的實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 ;空心石墨電極通過管道與Ar氣源裝置連接，在管路上安裝電磁閥和流量計來控制和檢測載氣流量，并能通過PLC控制實現氣體流量的控制和開關關閉；開始精煉時，通過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，氬氣流量調至噸鋼2NL/min，接通電源使空心石墨電極起弧，待電弧穩定后，增大氬氣流量至噸鋼、12NL/min，載氣在電弧作用下產生等離子體，并利用等離子源進行鋼水加熱，在等離子氣體的保護氛圍下完成各種精煉任務。本實施例利用上述方法冶煉SPHD，1101456爐次LF進站鋼液 C :0. 028%,出站 C :0. 030%,增碳 0. 002%。實施例三
60t三相交流LF精煉爐，將原先所用的實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 ;空心石墨電極通過管道與Ar氣源裝置連接，在管路上安裝電磁閥和流量計來控制和檢測載氣流量，并能通過PLC控制實現氣體流量的控制和開關關閉；開始精煉時，通過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，氬氣流量調至噸鋼0. 5NL/min，接通電源使空心石墨電極起弧，待電弧穩定后，增大氬氣流量至噸鋼5NL/min，載氣在電弧作用下產生等離子體，并利用等離子源進行鋼水加熱，在等離子氣體的保護氛圍下完成各種精煉任務。本實施例利用上述方法冶煉SPHD，1504223爐次LF進站鋼液C
0.025%,出站 C :0. 030%,增碳 0. 005%。實施例四
IOOt三相交流LF精煉爐，將原先所用的實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 ;空心石墨電極通過管道與Ar氣源裝置連接，在管路上安裝電磁閥和流量計來控制和檢測載氣流量，并能通過PLC控制實現氣體流量的控制和開關關閉；開始精煉時，通過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，氬氣流量調至噸鋼2NL/min，接通電源使空心石墨電極起弧，待電弧穩定后，增大氬氣流量至噸鋼12NL/min，載氣在電弧作用下產生等離子體，并利用等離子源進行鋼水加熱，在等離子氣體的保護氛圍下完成各種精煉任務。本實施例利用上述方法冶煉SPHD，1801236爐次LF進站鋼液C :0. 035%,出站C :0. 035%, LF精煉過程無增碳。實施例五
80t三相交流LF精煉爐，將原先所用的實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 ;空心石墨電極通過管道與Ar氣源裝置連接，在管路上安裝電磁閥和流量計來控制和檢測載氣流量，并能通過PLC控制實現氣體流量的控制和開關關閉；開始精煉時，通過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，氬氣流量調至噸鋼
I.5NL/min，接通電源使空心石墨電極起弧，待電弧穩定后，增大氬氣流量至噸鋼10NL/min ，載氣在電弧作用下產生等離子體，并利用等離子源進行鋼水加熱，在等離子氣體的保護氛圍下完成各種精煉任務。本實施例利用上述方法冶煉SPHD，1404566爐次LF進站鋼液C 0. 025%,出站 C :0. 026%，增碳 0. 001%。
權利要求
1.一種利用氬等離子防止鋼水在LF爐內增碳的精煉方法，其特征是將LF的實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，形成保護性氣氛，避免電極與空氣、鋼水的直接接觸；利用產生的等離子弧進行加熱，縮短加熱時間，降低空心石墨電極消耗，減輕精煉過程中鋼水的增碳，鋼水增碳量能控制在O. 005%以下。
2.根據權利要求I所述一種利用氬等離子防止鋼水在LF爐內增碳的精煉方法，其特征在于具體的工藝步驟如下 a)氬氣稱為載氣，開始精煉時,通過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，載氣流量調至噸鋼O.5-2NL/min，接通電源使空心石墨電極起弧，待電弧穩定后，增大載氣流量至噸鋼5-12NL/min，載氣在電弧作用下產生等離子體，并利用等離子源進行鋼水加熱，在等離子氣體的保護氛圍下完成各種精煉任務； c)精煉結束后，當空心石墨電極抬起時，空心石墨電極中心孔IS氣流量調至50-500NL/min，始終保持精煉氣氛為惰性氣氛。
3.根據權利要求I或2所述一種利用氬等離子防止鋼水在LF爐內增碳的精煉方法，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.根據權利要求I或2所述一種利用氬等離子防止鋼水在LF爐內增碳的精煉方法，其特征在于所述的空心石墨電極中心孔直徑為9-20_。
5.根據權利要求I或2所述一種利用氬等離子防止鋼水在LF爐內增碳的精煉方法，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來控制和檢測載氣流量，并通過可編程控制器PLC控制載氣流量，實現開啟和關閉。
全文摘要
本發明涉及一種利用氬等離子防止鋼水在LF爐內增碳的精煉方法，屬于冶金行業煉鋼精煉技術領域。技術方案是將LF的實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，形成保護性氣氛，避免電極與空氣、鋼水的直接接觸；利用產生的等離子弧進行加熱，縮短加熱時間，降低空心石墨電極消耗，減輕精煉過程中鋼水的增碳，鋼水增碳量能控制在0.005%以下。本發明的積極效果氬等離子LF能兼容現有LF工藝的所有精煉功能，容易實現，產生的氬等離子體加熱效率高、利于化渣等優點，可縮短加熱時間與冶煉周期，節約電能。通過控制LF精煉過程的增碳量，可部分取代RH或VD的脫碳功能，減少煉鋼工序，節約生產成本。
文檔編號C21C7/00GK102732677SQ201210181528
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月5日 優先權日2012年6月5日
發明者李博斌, 王義芳, 聶玉珠, 胡志剛, 趙英利 申請人:河北鋼鐵股份有限公司