钢包精炼炉（LF炉）的关键技术
发布时间:2016-07-07 17:28:57
钢包精炼炉（LF炉）的关键技术 LF炉的关键技术在于：埋弧加热和吹氩气量的监控以及变压器参数的优化，与其相关的重要部件是电极自动调节器。目前国内任何厂家制造的电极自动调节器都能在LF炉上使用，可是运行的经济效果截然不同，用户追求的不仅是要能用，而且经济效益还要好：即炉衬寿命要长、冶炼电耗要低、电极消耗要少。 1、埋弧加热问题 LF炉按精炼工艺要求必须加入适度的渣量，按升温速度要求变压器必须有足够的功率，当渣量与变压器功率确定以后，是否能够埋弧加热，电极自动调节器起着决定性作用。 LF炉底吹氩气引起钢水波动，三相电极尖部与钢水的距离（即弧光长度）每时每刻都在变动，于是电弧电流大小也在波动，如果电极自动调节器没有特殊的适应钢水波动的能力，必然造成电极上升下降不停的串动，串动又加剧电流波动，形成恶性循环。波动的谐波电流不仅造成电能损失增加电耗，而且降低了LF炉升温速度。 电极串动使弧光暴露，资料介绍弧光温度5000℃左右，暴露在渣层外面的弧光会直接烧损炉衬。对于容量100t的LF炉，炉衬镁碳砖用量约20t，按5000元/t算，更换一次炉衬耗资10万元以上。行业标准JB/T8594-1997包衬寿命35炉/次（有的还达不到，例如某公司引进的西马克100tLF炉，2009年10月考核，钢包离位温度约1590℃进VD炉，平均寿命15炉/次），与福建某公司100tLF炉（使用武汉华美公司调节器）平均寿命100炉/次比较，若处理钢水量70万t/年，仅仅耐火材料的耗费就相差1300万元。炉衬寿命短不仅使生产成本高，而且熔化了的耐材杂质会进入钢水，降低钢水质量。 大中型LF炉已经在国内广泛应用，而小型LF炉应用不广。我国有生产铸钢件的广阔市场，大多数铸钢厂的现状是：1.5t电弧炉出3～3.5t钢水、3t电弧炉出5～6t钢水、5t电弧炉出8～10t钢水，原料在电弧炉内完成熔化—氧化—精炼三期；还有部分铸钢厂用中频炉生产铸钢件，只能实现熔化和成份调整，无氧化和精炼过程，钢水质量提高就需要增加精炼环节。 小型LF炉设计对埋弧冶炼要求更为严格。例如某公司8tLF炉（由武汉华美公司全套设计制造）渣线处包衬内径约φ1000mm，电极直径φ200mm，分布圆φ420mm，电极与包衬最近距离约为190mm，与常规设计弧光与包衬之间距离至少要有500mm相差甚远，自2013年投产运行以来，钢包离位温度约1630℃进VD炉，平均寿命80炉/次，若不进VD炉，寿命约100炉/次（中途渣线挖补一次）。小型LF炉如果不能埋弧，包衬寿命将十分短。 2、吹氩气量的监视与控制问题 LF炉吹氩气搅拌钢水，让杂质上浮、脱气，使钢水温度均匀成分均匀，吹气量十分重要。如果吹气量过大，使钢水翻腾、钢渣飞溅，后果不好： 第一、对于炉内抽风除尘的大中型LF炉，为防止钢包盖粘连，将炉盖吊起加热，大量冷空气进入炉内，破坏了还原气氛，影响精炼效果；钢水与空气接触，发生氧化； 第二、钢渣混卷，增加钢中夹杂物，容易使钢水吸氮； 第三、电极氧化烧损加剧； 第四、大量的热空气被除尘设备抽走，热散失严重，被迫增大变压器功率，冶炼电耗增加； 第五、钢水被吹得飞溅接触电极，既会使钢水增C（这对于精炼低C或者超低C钢是极为不利的），又会增加电极消耗； 第六、烟尘排放增加，加大了除尘设备的投资和运行费用； 第七、氩气自身消耗量大； 第八、引起电极串动，弧光外露烧损炉衬； 第九、电极下串如果接触钢水，短路电流冲击产生的强大电磁力（与电流冲击值平方成正比）可能折断电极。 如果吹气量过小，钢水搅拌力度不够，精炼脱气及去杂质效果差，温升慢，精炼时间长，电耗反而增加，温度不均匀，甚至会发生渣层温度过高引起穿包事故。 吹气量必须适度，业内公认吹气量以“钢水充分搅拌而不吹破渣层”为最佳效果。吹气量监控有两种办法：其一，开环式监视和控制，例如用自动吹氩机，它只能设定和记录通过流量计的气体有多少，不能直接观察到吹气搅拌的程度；其二，闭环式监控，它只监控吹气使钢水搅拌的程度，不以监控气体流量的多少为主。前者对固定钢水量的“高炉—铁水罐—转炉—LF炉”普钢生产线的LF炉比较适用，例如上述引进的100tLF炉，钢水量始终保持在96～103t(注入钢水有称重环节)。而自动吹氩机使用也有不足之处： 第一、钢水重量及深度不确定的问题。氩气要吹进LF炉内必须克服透气砖的阻力和超过液态钢水的静压力。某公司四座100tLF炉由武汉华美公司负责总设计制造，钢水量80～115t都得精炼，就没有用自动吹氩机，而且炉衬寿命、电耗、电极消耗都处于国内领先水平。 第二、透气砖的阻力问题。更换透气砖有差异，同一透气砖使用前后也有差异，吹气压力必须与之适应。 第三、气体流量准确度问题。装于流量计之后的所有部件（包括快速接头）漏气都会被计入自动吹氩机的流量，况且气体体积随环境温度变化（其体涨系数1/273℃)，需修正参数。 第四、搅拌效果问题。大型LF炉难以直接观察到钢水被搅拌的情况，而小型LF炉可以随时将钢包车开离加热工位，观察到搅拌的情况。 第五、投资问题。自动吹氩机系统需数十万元，中小型LF炉难以承受。 为此，本公司经过多年摸索和大量的实践，从电极自动调节器运行状态着手，以闭环式监控的原理，完全解决了吹氩监控效果的问题，达到“钢水充分搅拌而不吹破渣层”的目的。因此无论LF容量大小都不设自动吹氩机，只需安装吹气压力表。至于如何监控吹氩效果，在设备现场安装调试时进行交底。 3、变压器参数优化 变压器的额定容量定义为最高电压与额定电流的乘积。本公司设计原则：第一、最高电压由钢水容量及埋弧加热确定，而且最高电压就是运行中的常用电压，不设计冗余的更高电压等级；第二、最大电流由加热升温速度确定；第三、华美公司LF炉电极自动调节器非灵敏区为5%，而行业标准GB10067.2-88规定精炼期非灵敏区为15%，在同等条件下变压器的设计容量可以降低10%。所以采用华美公司调节器的LF炉变压器各项参数得到优化，节省投资。 4、采用先进的节能型PLC—电极自动调节器 国内生产调节器的厂家众多，本公司独创调节器灵敏度自适应功能。 灵敏度越高非灵敏区越小，电流控制的精度高，既能增大变压器的出力，减小变压器的装见容量，又能保证升温的速度。 调节器的灵敏度与电极稳定性是相互矛盾的：灵敏度越高，电极越容易串动；灵敏度越低，电极运行越稳定，两者的统一是依靠自适应调节灵敏度，由PLC程序实现。 中小型机械式LF炉采用节能型PLC—变频式电极自动调节器。其炉盖提升用电动机—减速机—钢丝绳—链条链轮的方式，电极夹紧与松开用弹簧—气缸，没有液压系统。 大型液压式LF炉采用节能型PLC—国产比例阀电极自动调节器。实践证明用国产比例阀比进口比例阀优越得多。LF炉的结构形式有三相单臂式和三相三臂式，前者投资省、维护简单，而两者使用的经济效果基本上一致。 |
