潘 杰
（南京鋼鐵聯合有限公司，江蘇 南京 210035）
摘 要：在我國社會經濟快速發展過程中，鋼鐵行業作出了巨大貢獻，為了可以有效加強提高鋼的質量與產量，則需要在現代化鋼鐵冶煉期間應用各種新技術與新設備，而爐外精練技術就是提高鋼材料質量的有效技術之一。但是在爐外精煉技術具體應用過程中，一定要確保其設備滿足實際鋼種生產需求，同時還要考慮技術所帶來的經濟效益是否合理，根據鋼廠的實際情況，遵循因地制宜的原則作出正確判斷。對此，在確定爐外精煉技術之后，先要選擇精煉設備。從目前發展情況來看，爐外精煉技術是世界范圍內鋼鐵冶金的重要發展方向，但其中仍然存在一定的問題。對此文章針對爐外精煉技術在鋼鐵生產中的重要性以及相關問題進行具體分析，并提出科學高效的應用措施，以此來推動鋼鐵行業實現可持續發展。
關鍵詞：爐外精煉技術；鋼鐵生產；冶金行業；生產工藝；質量
在新時代鋼鐵冶金行業發展過程中，爐外精煉技術具有十分重要的作用。首先，鋼包精煉工藝減輕了傳統轉爐冶煉任務，大部分冶煉任務都轉移到了爐外精煉環節中。如利用攪拌頭來強力攪拌鋼液，可創造出良好的動力學條件，也就是所謂的 KR 脫硫法，同時也有去除鋼液中氫氮等氣體元素的真空脫氣法。與此同時，爐外精煉技術的應用可使鋼液合金收得率變得更高。
在鋼鐵實際生產環節中，鋼液精煉操作是一項十分重要的工作內容。在轉爐冶煉之后對鋼液進行合金化處理，會使氧化合金效率大大降低，并且爐外精煉技術也有效解決了收得率分布不均勻的問題。再有就是，爐外精煉技術可以明顯提高鋼液的純凈度。在老式煉爐中，轉爐出鋼下渣量非常多，一旦鋼水受到嚴重污染，就會對產品質量造成影響。在轉爐應用滑板擋渣之后，出渣量可以降低到鋼液重量的 5%，絕大多數顆粒小和質量輕的爐渣會被卷入到鋼液當中。此外，鋼包底吹氬技術可以使爐渣明顯上浮，提高鋼液的純凈度，也就是說，爐外精煉技術在鋼鐵生產過程中具有承上啟下的重要作用，對鋼鐵穩定生產而言具有十分重要的現實意義。
1 爐外精煉技術應用于鋼鐵生產中的重要作用
當前國際煉鋼工藝水平主要表現在煉鋼前和操作流程變化，像鐵水預處理、爐外精煉技術等全新的工藝都需要再進行充分研究。因為爐外精煉技術可以有效提高鋼材質量，減少生產成本，是當前國際范圍內最為先進的煉鋼技術之一，也是眾多煉鋼技術中不可缺少的重要組成部分。爐外精煉技術具有微調化學成分和精準控制鋼液溫度的優勢，同時還可以實現真空脫氣和夾雜物形態控制。在整個冶煉過程中，還需要考慮技術方面的靈活性和連續性。為了能得到最好的精煉成果，則必須要精準測定鋼水中的化學元素。也就是說爐外精煉技術在未來冶煉過程中，將會擁有十分良好的發展空間，只有加大各項環節的作用，才能夠更好地發揮出爐外精煉技術的優勢，生產出更高純凈度的鋼材。
1.1 改善熱力學條件
在爐外精煉技術實際應用過程中，必須要確保冶金化學反應可以滿足一定的熱力學條件。如在鋼鐵冶煉 RH 真空精煉環節，很容易出現脫碳反應和脫氣反應，形成的反應物大多數都是氣體。為了能夠確保反應過程能夠持續進行，則必須要采取科學合理的技術將氣相壓力降到最低，以此來提高冶煉過程的真空度。而應用爐外精煉技術就可以有效實現這一目標。
1.2 加快冶金化學反應
通常情況下，不同的精練設備所采用的攪拌方式有所不同。在熔池傳遞速度不斷加快的基礎上，液相傳質的出現也在一定程度上約束著冶金反應的進行速度。而應用爐外精煉技術可以有效強化鋼鐵生產的技術性，以此來確保鋼鐵冶煉能夠更加均勻，從根本上提高化學反應速度。
1.3 增加渣鋼反應面積
在鋼鐵生產環節中，先進的爐外精煉設備可以有效增加渣鋼的反應面積，進而實現快速反應。而且爐外精煉技術應用更加先進的生產工藝，具體包括攪拌、噴粉等技術，在渣鋼反應面積不斷加大的條件下，可以使鋼渣充分乳化，形成的顆粒氣泡也會逐漸上浮，在相互碰撞和聚合之后發生反應，最終使反應速度明顯提高。
1.4 具備加熱功能
爐外精煉設備具有良好的加熱功能，能夠對反應條件進行精準控制。同時，加熱功能的設計可以使不同階段的加熱需求得到滿足。通過精準控制反應溫度，均勻鋼水成分，可以在成分方面實現微調。在這樣精準化的條件控制下，形成的化學反應可以使各種冶金反應朝更加平衡的方向發展。
1.5 優化在線監測設備
應用爐外精煉設備，可以對整個鋼鐵精煉過程進行智能化控制，以此來保證產品的精煉質量［4］ 。為了能夠有效提高產品質量，還要確保爐外精煉技術的控制精準度和重點命中率，這樣才能夠使整個鋼鐵生產過程更加穩定。
2 當前鋼鐵企業生產與發展期間遇到的問題
2.1 鋼鐵產品結構不合理
通常情況下，我國鋼鐵產品結構不合理的具體表現為：產品供應量不足以及大量低端產品過剩。因為低端技術鋼鐵產品不需要過高的技術含量，生產過程十分便捷，在鋼材產量當中占據著相當高的比例。同時，高端鋼鐵產品由于技術裝備和技術水平相差甚遠，所以無法在激烈的國際鋼鐵產業市場競爭中保持優勢。現如今，我國很多鋼鐵企業存在成本高且資源浪費的現象，生產效率非常低而且質量也不符合標準要求。
2.2 資源緊缺
隨著時代的發展與科學技術的進步，我國已經成長為了世界最大的鋼鐵生產國和消費國之一，在鋼鐵企業發展過程中，對鐵礦石用量有了大量需求。然而，目前實際情況就是，我國鐵礦石已經出現了十分嚴重的短缺現象，資源不足對鋼鐵生產效率和質量造成了影響，也限制了鋼鐵行業的穩定發展，對此必須要采用先進的工藝來減少材料消耗。
3 爐外精煉技術實際工藝流程
3.1 造渣工藝
結合鋼包內渣層的厚度、鋼水中硫的含量、處理時間以及渣況，可以適當地加入造渣料。當各項指標超出標準范圍時，可以加入大量的渣料。 與之相反，則需要加入少量的渣料即可。 渣料的配合比例需要保持在 3∶1或 4∶1 的比例最為合適。并且爐外精煉過程所需要的脫氧劑主要有鋁粉、磷化硅以及鋁鐵粉等相關材料。而在添加脫氧劑的過程中，需要根據鋼種計入，按照順序原則進行添加，避免添加量超標，導致成分發生本質變化。此外，還需要結合進站鋼水成分和爐渣的氧化性添加脫氧劑，對鋼水和爐渣進行脫氧處理，在此過程中，爐渣的顏色可以體現出氧化性的強弱，冶煉階段爐渣顏色的轉變過程可以發現爐渣為黑色。FeO 和 MnO 的含量超過了 2%，渣氧化性十分良好，需要添加適量的脫氧劑。如果爐渣顏色呈現為褐色或綠色，那么 FeO 和MnO 的含量需要保持在 1%~2%的范圍內，此時的爐渣氧化性中等，需要進行還原處理。而當爐渣呈現灰色或白色，FeO 和 MnO 的含量就會小于 1%，爐渣的還原性能良好，可以用于吸附雜物，對鋼水進行脫硫處理。值得注意的是，鋁鎮靜鋼脫氧時需要提前添加到鋼包中，減少補鋁的次數，在加鋁之后需要進行攪拌，以此來減少全氧含量，隨后對低鋁硅鎮靜鋼進行冶煉，根據鋼渣同步的脫氧標準來添加鋁粉，避免爐渣出現反復現象，減少成渣時間。
3.2 爐底吹氬
在鋼水精煉過程中，操作人員需要坐在吊包位置，以最快的速度將接頭準確且穩定地進行對接，隨后開啟氣源閥門進行吹氬，使其成分能夠更加均勻。在精煉時期，如果添加碳、合金以及硫過高的情況下，就需要進行強吹處理。在強吹期間，需要保持液面波動保持在400 mm 左右。吊包進行之前，弱吹氬需要持續 8 min，等到精煉結束之后，將氣源閥門全部關閉，最后將快速接頭抽離。
3.3 喂絲工藝
在吊包工位弱吹氬進行之前，需要進行喂絲處理，根據鋼包內部的鋼液狀態和鋼包凈空尺寸，來適當地調整喂絲速率。在喂鈣線之前，需要降低吹氬總體的流量，保證鋼液面水平穩定性，不會發生裸露的情況。而在喂鋁線階段，需要提高吹氬整體的流量，與液面翻起位置保持適當的距離。
3.4 微調合金成分
鋼液含量一般需要有附加合金才可以進一步增強鋼的使用持久度，在鋼與合金材料相互融合以后盡可能快速地攪拌合金材料，在原料使用過程中就需要嚴格控制融合比例，以及催化反應溫度的范圍，在材料的運輸過程中注意運輸的時間，尤其是容易隨著溫度或者是外力條件發生變形的材料需要區別開來，對于這類材料的運輸應該盡可能地縮短運輸距離，這就需要采購人員尤其需要注意采購供應點的商家位置，應該越近越好。運輸到達調和地點的時候就需要注重調和的比例和溫度，這個過程建議采用計算機的嚴格控制度量來操作，最后達到的標準可以參考合金元素的收得率：C 的收得率占 90%~95%；AI 的收得率占 70% ~85%；SiMn 的收得率占 95%~100%。
4 爐外精煉技術在鋼鐵生產過程中的創新發展
4.1 逐漸實現智能化控制
隨著科學技術的進步與發展，計算機技術被廣泛應用于不同的領域當中，在一定程度上改變了人們傳統的生產方式，推動了各個行業的快速發展，在通訊技術、多媒體技術、實時監控技術等多種先進技術的幫助下，爐外精煉技術所應用的設備也開始逐漸實現智能化控制。具體發展方向包括：精準預測鋼水精煉終點成分，對溫度進行精準預報，挑選出最科學的精煉技術來開展有針對性的鋼材產品，進而通過計算機對整個精煉過程進行控制，其中具體包括攪拌作業、加料作業以及合金調整等操作步驟，以此來使整個精煉流程更加智能化。
4.2 逐漸提高精煉技術的高效化和速度
現如今，隨著連鑄工藝和轉爐工藝的快速發展，鋼鐵生產都將提高生產速度作為了主要生產目標，通過合理選擇高速吹煉和高拉速工藝，能夠有效提升生產效率，對生產節奏進行有效調整，進而使生產周期得到有效縮短，提高鋼鐵生產的整體產量。在此發展背景下，爐外精煉技術也逐漸成為煉鋼生產過程中的障礙，對速度提升起到了明顯的促進作用。特別是當前廣泛應用的 LF 鋼包精煉工藝，因為鋼鐵生產過程中溫度和速度的限制，所以生產節奏無法適應當前高效轉爐處理設備的加熱功率，也就是說，提高鋼材精煉速度是爐外精煉技術未來發展的必然方向和重點要求。
4.3 實現爐外精煉技術與真空精煉技術的完美結合
在真空處理技術的應用下，鋼材生產期間的純凈度也會得到明顯提高，進而可以滿足市場環境對鋼材質量的實際需求。因此，爐外精煉技術在未來發展過程中，需要與真空精煉技術有效融合在一起，為鋼材質量的有效提高奠定良好的基礎。
4.4 加強爐外精煉設備創新
在鋼鐵加工生產過程中，鋼水溫度是一項十分關鍵的指標，鋼水溫度在提高產品質量、降低損耗以及鋼材生產過程中都具有十分重要的作用。所以，煉鋼廠需要加強鋼水溫度的有效控制，應用具備鋼水加熱功能的裝置，對設備進行不斷創新和優化。因為鋼鐵產品質量的好壞與其內在質量狀況密切相關。對此，通過爐外精煉技術時，需要不斷加強鋼鐵產品自身的內在質量，提高鋼鐵產品在市場環境中的綜合競爭力，而要想有效實現這一目標，就需要重視鋼水精煉處理工作，提高裝置性能，以此來降低有害氣體的含量，將其中非金屬的夾雜物進行充分去除。
4.5 重視鐵水預處理技術的創新發展
關于鐵水的預處理技術，根據現有的調查結果來看國外已經達到了三脫的技術水平，而且還不僅僅只是在脫鋼的技術水平上，還沒有限定鋼鐵的種類，也就是各種級別的鋼都在預處理鐵水范圍內，這樣的做法無疑是為整個鋼鐵生產中的成本預算減負，又成本在技術上的增加，從而減少在產量上的預算，那么技術的升級就意味著同等的勞動時間進一步減少勞動量，提高了勞動效率，為什么會存在減少生產成本上的結果，主要也是由于在預處理技術的重點實施下，從中參與到鐵水預處理的鋼材減少了殘渣冶煉，省去了在這部分工作內容上的時間產出比。那么關于是否可以投入到我國現目前的鋼鐵生產過程，該操作還有待研究，實際上，我國在這一部分技術的應用上的鋼鐵制造上的供應商還相對國外來說較少，同時還存在只能將鐵水預處理的技術使用對應于高質量型的鋼鐵，這樣的特殊現狀也說明現在這個經濟大環境還處在生產水平較低，生產技術不能完善的初級鋼鐵發展水平上，處在數量上到質量上的關注轉型的過程中，技術性的應用以及研發還不能建立在當前的生產力水平上，需要的就是在鋼鐵產量的提高過程中，將一部分用于產出的成本應用于技術的研發以及普及上，強化技術性的市場占有率。
5 結 語
綜上所述，在社會經濟不斷發展的帶動下，鋼鐵行業的發展變化也在不斷加快。在此背景下，必須要對鋼鐵生產工藝進行合理創新與調整，優化鋼鐵產品結構，這也是鋼鐵行業未來發展的重要內容。在此過程中，爐外精煉技術的應用十分關鍵，只有鋼鐵行業對爐外精煉技術廣泛應用并不斷創新，才能夠為鋼鐵行業的穩定發展和經濟效益提高提供可靠依據。未來將會有更多的精煉工藝與設備應用在我國冶金行業當中，為行業發展作出巨大貢獻。
參考文獻
［1］孔美玲，尚洋洋.鋼鐵企業的計量檢測與質量管理的相關性探究［J］.中國設備工程，2021（，8）：161-162.
［2］趙龍飛.我國爐外精煉技術現狀及對發展爐外精煉技術的研究［J］.科技創新導報，2020，（15）：107+109.
［3］劉界鵬，危光全，方縣委.淺談爐外精煉（LF）在冶金工業中的應用［J］.中國金屬通報，2020，（4）：109-110.
［4］楊建華.爐外精煉技術在鋼鐵生產中的應用和發展［J］.科技風，2019，（20）：168.
［5］毛志剛.爐外精煉技術在鋼鐵生產中的應用和發展［J］.冶金管理，2019，（13）：9+11.
［6］張華.LF 精煉自動化煉鋼系統的開發與實踐［J］.山東工業 技術，2019，（3）：29.
［7］黃勇.爐外精煉工藝技術的應用探討［J］.中國金屬通報， 2018，（12）：11+13.
［8］王壽仁.煉鋼質量管理體系的應用［J］.中國金屬通報，2018， （7）：210+212.