劉界鵬，危光全，方縣委

（青島特殊鋼鐵有限公司，山東 青島 266000）

自古以來，金屬就是十分寶貴的資源，被廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，其中鋼鐵是最基礎(chǔ)的金屬材料之一，應(yīng)用也最為廣泛，我國煉制鋼鐵的歷史已逾千年，煉鋼工藝也在不斷發(fā)展和進(jìn)步。如今隨著科技的發(fā)展，許多行業(yè)對(duì)鋼鐵制品的要求逐漸提升，為了生產(chǎn)出純度更高、性能更好的鋼鐵，必須提升冶金技術(shù)，例如爐外精煉技術(shù)，它是對(duì)鋼鐵進(jìn)行除雜、增加純度和硬度的重要環(huán)節(jié)，能夠決定鋼鐵成品的質(zhì)量，本文詳細(xì)介紹爐外精煉在冶金工業(yè)中的應(yīng)用并分析其未來發(fā)展方向。

1 爐外精煉（LF）簡介

爐外精煉，顧名思義，指的就是將平爐、電爐等當(dāng)中的鋼液轉(zhuǎn)移到其它容器再完成精煉的過程，它將煉鋼過程分為爐內(nèi)初煉和爐外精煉兩個(gè)過程，能夠有效避免爐內(nèi)一些雜質(zhì)對(duì)于煉鋼過程的影響，提高鋼材精度和質(zhì)量，并節(jié)約能源，降低生產(chǎn)過程所需成本。爐外精煉分為許多種形式，其中最常用的是鋼包精煉爐法，簡稱LF。

LF爐的結(jié)構(gòu)組成如下圖中所示。

圖1 LF爐的結(jié)構(gòu)組成

其爐體實(shí)際上是帶有吹氣裝置的鋼包，底部帶有出鋼用的滑動(dòng)水口和通入惰性氣體的透氣磚。

2 爐外精煉（LF）的要點(diǎn)

2.1 溫度的控制

一般來說，升溫有助于脫硫、脫氫等各個(gè)精煉過程主要反應(yīng)的進(jìn)行，但有一個(gè)臨界點(diǎn)，超過該溫度后，溫度就不再是影響反應(yīng)速率的主要因素。過高的溫度會(huì)導(dǎo)致能源消耗量增加，卻不會(huì)大幅度加快反應(yīng)速率，因此在使用爐外精煉技術(shù)時(shí)，尋找溫度臨界值、確定生產(chǎn)效率最高且能夠節(jié)省能源的溫度十分重要。此外，在反應(yīng)過程中做好對(duì)溫度的控制也至關(guān)重要。

2.2 均勻攪拌，避免鋼液裸露

攪拌過程對(duì)于爐外精煉而言十分重要，反應(yīng)過程應(yīng)當(dāng)注意控制攪拌速率，過快會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)不完全，且增加能耗，過慢則會(huì)降低反應(yīng)速率，減緩精煉過程。此外，在吹氬攪拌時(shí)還要注意防止鋼液裸露與空氣接觸，增加雜質(zhì)。

2.3 采用氬氣攪拌

采用氬氣攪拌能夠加速鋼和渣之間的物質(zhì)傳遞，加快鋼液的脫氧和脫硫過程，同時(shí)去除非金屬雜質(zhì)，提高鋼的純度，尤其是對(duì)氧化鋁類型的雜質(zhì)具有較好去除效果，如下圖所示。

圖2 攪拌對(duì)鋼中Al203粒子上浮速度的影響

3 爐外精煉（LF）的優(yōu)缺點(diǎn)

3.1 優(yōu)點(diǎn)

3.1.1 增大反應(yīng)面積，減少反應(yīng)時(shí)長

在爐外精煉所使用的容器中，都有攪拌裝置，能夠均勻地對(duì)鋼液、鋼渣進(jìn)行攪拌，增大接觸面積，從而加快反應(yīng)速率，并且能夠使其充分反應(yīng)，去除雜質(zhì)。此外，攪拌還可以使氣泡溢出，提高鋼材的穩(wěn)定性，并防止鋼材中含有氣泡，降低強(qiáng)度。

3.1.2 加快反應(yīng)速度

冶金速度的快慢直接取決于液相傳質(zhì)速度，在自然反應(yīng)狀態(tài)下鋼液的傳質(zhì)速度較為緩慢，而爐外精煉可以通過攪拌加快鋼液運(yùn)行速度，從而提升精煉速度，提高冶煉效率。

3.1.3 改變反應(yīng)環(huán)境，提高鋼材質(zhì)量

在過去的工業(yè)模式中，鋼鐵的冶煉在爐中進(jìn)行，爐內(nèi)含有大量空氣，其中有二氧化硫、氧氣、二氧化碳等多種雜質(zhì)，能夠在煉鋼的環(huán)境條件下與鋼材中的成分發(fā)生反應(yīng)，增加雜質(zhì)，降低冶煉效率。而將其轉(zhuǎn)移到其它容器，可以減少雜質(zhì)干擾，此外，煉鋼的脫硫、脫氧等過程產(chǎn)生的都是氣體，爐外精煉能夠方便地將氣體排出，促進(jìn)反應(yīng)向著有利方向進(jìn)行，提高鋼材的純度。

3.2 缺點(diǎn)

目前的爐外精煉技術(shù)仍然不夠成熟，在轉(zhuǎn)移鋼液的過程中容易出現(xiàn)失誤，導(dǎo)致鋼液中混入雜質(zhì)或是與空氣中的成分發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致鋼液氧化，此外，精煉過程不能實(shí)現(xiàn)真空環(huán)境，影響精煉效果。

4 爐外精煉（LF）的未來發(fā)展情況

4.1 自動(dòng)化方向——電氣自動(dòng)化主導(dǎo)下的爐外精煉

爐外精煉主要應(yīng)用于冶金工業(yè)的鋼鐵工業(yè)分支，它是具有代表性的傳統(tǒng)重工業(yè)，雖然對(duì)于國計(jì)民生而言具有十分重要的意義，能夠?yàn)槠渌袠I(yè)提供原材料和產(chǎn)品，但同時(shí)也具有工作環(huán)境惡劣、對(duì)人體健康損害大的特點(diǎn)，現(xiàn)場的粉塵對(duì)于呼吸道具有強(qiáng)烈刺激，不適宜人類長期工作。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國每年新增的癌癥患者和肺結(jié)核患者有半數(shù)以上都是從事鋼鐵、冶金工業(yè)的人員。經(jīng)濟(jì)的發(fā)展決不能犧牲國民的健康，因此自動(dòng)化成為冶金工業(yè)未來發(fā)展的必經(jīng)之路。

我國電氣自動(dòng)化技術(shù)經(jīng)過了多年發(fā)展，已經(jīng)逐漸成熟，其由來可以追溯到第二次世界大戰(zhàn)時(shí)期，在德國戰(zhàn)敗后，他們將這門技術(shù)作為補(bǔ)償傳授給我國，如今歷經(jīng)改造和升級(jí)的電氣自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)能夠應(yīng)用于許多領(lǐng)域，其中包括冶金行業(yè)。采用電氣自動(dòng)化技術(shù)可以使?fàn)t外精煉的整個(gè)過程都在計(jì)算機(jī)的嚴(yán)密監(jiān)控下進(jìn)行，可隨時(shí)監(jiān)測容器中的反應(yīng)情況并作出響應(yīng)。

4.1.1 即時(shí)檢測功能

采用電氣自動(dòng)化系統(tǒng)后，在爐外精煉的整個(gè)過程中，爐料的轉(zhuǎn)移過程、熔化情況、反應(yīng)容器內(nèi)的溫度、氧氣含量等，都時(shí)刻處于系統(tǒng)的監(jiān)測之下，系統(tǒng)能夠及時(shí)給出反饋，對(duì)于不正常的運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)出警報(bào)，提醒管理人員處理突發(fā)事件。

4.1.2 及時(shí)斷開故障元件

爐外精煉所需的大量熱能和真空環(huán)境，一般由燃燒熱值較高的燃料和使用電能的轉(zhuǎn)化來提供，當(dāng)精煉體系出現(xiàn)故障時(shí)，再繼續(xù)通過高電流、高電壓和提供大量熱能便會(huì)產(chǎn)生設(shè)備過熱等狀況，嚴(yán)重時(shí)可能融化電線外皮，引發(fā)聯(lián)電與火災(zāi)、爆炸事故，嚴(yán)重影響工廠內(nèi)工作人員的生命安全，甚至威脅附近建筑的安危。

若是等待專人前往切斷體系的線路，一則會(huì)耽誤寶貴的搶修時(shí)間，可能釀成巨大的災(zāi)禍，二來也具有較高的危險(xiǎn)性，可能會(huì)造成搶修人員受傷甚至犧牲。而采用電氣自動(dòng)化技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)事故的自動(dòng)化處理，能夠用電子設(shè)備對(duì)精煉系統(tǒng)進(jìn)行全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)測和分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)其運(yùn)轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)的問題，并且具備一定的分析和處理能力，對(duì)于一些不嚴(yán)重的問題，它都能夠自行處理，無需勞動(dòng)工作人員；而某些較為復(fù)雜的故障問題，它能夠及時(shí)斷開能源的供給，及時(shí)止損，避免造成更大的損失。待專家前往現(xiàn)場進(jìn)行檢查和維修并確認(rèn)無誤后，又能夠第一時(shí)間恢復(fù)生產(chǎn)，減少企業(yè)誤工的損失。

4.2 智能化方向——PLC控制技術(shù)主導(dǎo)下的爐外精煉

PLC控制系統(tǒng)是一種即時(shí)系統(tǒng)，專為工業(yè)生產(chǎn)而誕生，其結(jié)構(gòu)類似微電腦，具備比較基礎(chǔ)的部件，但又與電腦存在很大差異。近年來，智能化的概念在我國廣為流傳、逐漸深入人心，因此PLC控制系統(tǒng)發(fā)展迅猛，帶來了許多工業(yè)方面的變革。

將其應(yīng)用在爐外精煉流程中，可實(shí)現(xiàn)空氣質(zhì)量、溫度等的自動(dòng)控制，并自動(dòng)根據(jù)反應(yīng)速度調(diào)整攪拌速率，智能操控加料、加熱等流程，使得整個(gè)精煉流程井然有序，不需工作人員進(jìn)行管理和操控，解放大量人力資源。

4.3 高端化

追求高質(zhì)量的產(chǎn)品是我國工業(yè)的發(fā)展趨勢，在精煉時(shí)營造真空環(huán)境能夠提高鋼材的純凈度，減少空氣中雜質(zhì)的影響，從而提升鋼材質(zhì)量。因此未來爐外精煉技術(shù)的發(fā)展可與真空技術(shù)相結(jié)合，從而生產(chǎn)出高質(zhì)量的鋼鐵。

5 結(jié)語

爐外精煉是一種十分高效和節(jié)能的金屬處理方法，但目前我國國內(nèi)對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的掌握還未達(dá)到爐火純青的地步，未能實(shí)現(xiàn)整個(gè)過程的自動(dòng)化和智能化生產(chǎn)，很多時(shí)候都需要借鑒國外相關(guān)行業(yè)的經(jīng)驗(yàn)和引進(jìn)外來設(shè)備。

想要成為工業(yè)強(qiáng)國，就必定要將核心科技牢牢掌握在自己手中，完成自主生產(chǎn)，我國仍然需要為此付出努力，提升冶金工業(yè)的水平，為其它工業(yè)生產(chǎn)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。