李　瑋

(河鋼集團(tuán)承鋼公司)

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LF精煉爐節(jié)能實(shí)踐

李瑋

(河鋼集團(tuán)承鋼公司)

為降低精煉電耗，在LF爐現(xiàn)工藝裝備基礎(chǔ)上，增加LSMELT AC電極控制系統(tǒng)，優(yōu)化鋼包車(chē)定位方式、在LF精煉爐耐材爐蓋的上方每個(gè)電極孔的周?chē)黾幽筒难b置、改善LF精煉爐喂絲導(dǎo)管。根據(jù)LF爐實(shí)際生產(chǎn)條件，提出了降低電耗的有效工藝措施，即進(jìn)行折澆余渣、在轉(zhuǎn)爐出鋼過(guò)程中加小粒渣料等。通過(guò)以上優(yōu)化措施，LF爐精煉電耗降低6.7%。

LF爐精煉電耗

0　前言

電耗是鋼鐵生產(chǎn)中的重要能耗指標(biāo)，是衡量一個(gè)企業(yè)生產(chǎn)效率高低的指標(biāo)之一，電耗受生產(chǎn)過(guò)程多種因素制約和影響，與工藝、設(shè)備、操作等各因素密不可分。LF精煉爐電耗占整個(gè)煉鋼廠電耗的40%左右，如何降低LF精煉爐電耗直接影響著煉鋼系統(tǒng)節(jié)能降耗的成敗。

1　LF精煉爐概況

LF精煉爐的布置采用雙吊包工位布置，即LF精煉爐設(shè)兩臺(tái)鋼包臺(tái)車(chē)，設(shè)一個(gè)加熱工位。兩個(gè)吊包工位分列加熱工位兩側(cè)，與加熱工位呈“一”字型排列。冶煉過(guò)程中兩臺(tái)鋼包臺(tái)車(chē)可交替作業(yè)，來(lái)縮短精煉周期，電弧加熱升溫，升溫速度4 ℃/min～6 ℃/min，電極加熱采用電流調(diào)節(jié)控制方式。

LF爐下電極升溫過(guò)程=中由于電壓不穩(wěn)出現(xiàn)電極“橫擺”，耐材爐蓋爐蓋上的電極孔必須留有電極橫擺的空間，否則電極折斷，大電極孔造成熱輻射損失大；精煉前期加入的渣料不能快速融化以及渣層薄造成埋不住弧導(dǎo)致弧流不穩(wěn)出現(xiàn)電極頻繁升降，造成加熱過(guò)程中有用功減少；由于鋼包車(chē)限位控制不精確導(dǎo)致鋼水包與水冷爐蓋對(duì)中偏差大，造成電極加熱產(chǎn)生的熱量大量浪費(fèi)導(dǎo)致電耗偏高；同時(shí)進(jìn)站鋼水的溫度、成分條件偏差較大，在精煉過(guò)程需要加入的各種造渣料以及合金料的數(shù)量因此不同，進(jìn)而造成在精煉過(guò)程升溫的幅度不同，另外由于上下道工序出現(xiàn)故障時(shí)，LF精煉爐的進(jìn)出站時(shí)間受到嚴(yán)重制約，在限定的時(shí)間內(nèi)用最低的電耗提供出站溫度合格的鋼水較難準(zhǔn)確控制。因此，需要從設(shè)備、工藝等方面分析研究，采取有效措施降低精煉電耗。

2　技術(shù)思路

針對(duì)LF爐下電極加溫過(guò)程中由于電壓不穩(wěn)出現(xiàn)電極 “橫擺”采用大電極孔的技術(shù)難題，在LF爐耐材爐蓋電極孔上方增加一種裝置，縮小耐材爐蓋與電極之間的縫隙，減少熱量損失；針對(duì)電流調(diào)節(jié)控制的埋弧不好導(dǎo)致弧流不穩(wěn)出現(xiàn)電極頻繁升降技術(shù)難題，改變?cè)姓{(diào)節(jié)方式采用阻抗調(diào)節(jié)方式以及優(yōu)化工藝操作進(jìn)行折渣處理增加渣層厚度；針對(duì)鋼水包與水冷爐蓋對(duì)中偏差大等現(xiàn)象，優(yōu)化鋼包車(chē)定位方式；針對(duì)在不固定的時(shí)間內(nèi)用最低的電耗提供出站溫度合格的鋼水較難準(zhǔn)確控制的問(wèn)題，采用模型控制選擇最佳的電流供電數(shù)據(jù)。

3　具體技術(shù)措施

3.1增加LSMELT AC電極控制系統(tǒng)

LSMELT AC電極控制系統(tǒng)內(nèi)含三個(gè)獨(dú)立的阻抗調(diào)節(jié)器和一個(gè)共同的電流限幅控制器，通過(guò)優(yōu)化設(shè)定的阻抗輸入點(diǎn)，使變壓器的功率最大限度的消耗在電弧上，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

電極升降調(diào)節(jié)共有3種控制方式，分別是恒電流控制、恒功率控制及恒阻抗控制。其中前兩種控制方式是國(guó)內(nèi)普遍采用的方式，理論及技術(shù)實(shí)現(xiàn)手段簡(jiǎn)單易行，缺點(diǎn)是無(wú)法實(shí)現(xiàn)變壓器功率的最優(yōu)化。

恒阻抗控制在理論及技術(shù)實(shí)現(xiàn)手段上較前兩者復(fù)雜的多，對(duì)電極調(diào)節(jié)器的輸入及輸出信號(hào)要求很高，因此加入了對(duì)電弧電壓及電流的低通濾波數(shù)字處理，確保輸入信號(hào)的穩(wěn)定性，同時(shí)對(duì)調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)也做了低通濾波數(shù)字處理，輸出控制信號(hào)平滑穩(wěn)定，既減小了液壓系統(tǒng)及電極立柱的機(jī)械沖擊，又平穩(wěn)了電弧，降低了變壓器及電網(wǎng)的諧波沖擊。

3.2減少熱輻射途徑

優(yōu)化鋼包車(chē)定位方式，實(shí)現(xiàn)鋼包車(chē)的準(zhǔn)確定位，保證鋼水包與水冷爐蓋的良好對(duì)中效果；在LF精煉爐耐材爐蓋的上方每個(gè)電極孔的周?chē)黾幽筒难b置，縮小電極與耐材爐蓋之間的縫隙；改善LF精煉爐喂絲導(dǎo)管的結(jié)構(gòu)等措施，降低了精煉過(guò)程的輻射熱損失，降低了電耗。

(1)準(zhǔn)確鋼包車(chē)定位，保證鋼水包與水冷爐蓋的對(duì)中效果良好，減少熱量損失。傳統(tǒng)的冶金車(chē)輛定位方式都是在冶金車(chē)輛的軌道外側(cè)安裝行程開(kāi)關(guān)(或接近開(kāi)關(guān))，沿軌道運(yùn)行的冶金車(chē)輛觸發(fā)行程開(kāi)關(guān)后停車(chē)。生產(chǎn)過(guò)程中大氬氣攪拌鋼水時(shí)，鋼水包飛濺的熔融物經(jīng)常燒損接近開(kāi)關(guān)，不能控制鋼包車(chē)的定位。優(yōu)化后的定位裝置固定在冶金車(chē)輛軌道的一端外側(cè)，有效防止了生產(chǎn)過(guò)程中鋼水包飛濺的熔融物對(duì)接近開(kāi)關(guān)的損害，實(shí)現(xiàn)了鋼包車(chē)的準(zhǔn)確定位，保證了鋼水包與水冷爐蓋的對(duì)中效果良好，明顯減少了熱量損失。優(yōu)化后的鋼包車(chē)定位裝置如圖1所示。

圖1　優(yōu)化后的鋼包車(chē)定位裝置

(2)在LF精煉爐耐材爐蓋電極孔上方增加耐材小爐蓋，防止熱煙塵外揚(yáng)，減少熱量損失?？紤] LF爐三相電壓不平衡，導(dǎo)致操作過(guò)程中電極在水平方向上產(chǎn)生“橫擺”，耐材爐蓋上與三相電極相對(duì)應(yīng)的三個(gè)電極孔偏小則造成電極折斷，原設(shè)計(jì)耐材爐蓋上的電極孔較大，熱量損失較大。為避免 LF爐處理過(guò)程中大量熱煙氣從電極與電極孔之間的縫隙輻射到大氣中，在耐材爐蓋上方、每相電極的周?chē)黾觾善筒男t蓋，縮小了電極與耐材爐蓋之間的縫隙，有效地防止了熱煙塵的外揚(yáng)，減少了熱煙塵帶走的熱量。耐材爐蓋和耐材小爐蓋如圖2、圖3所示。

圖2　耐材爐蓋

(3)改善LF精煉爐喂絲導(dǎo)管的結(jié)構(gòu)。在精煉過(guò)程中，需要對(duì)LF爐進(jìn)行喂絲操作。絲線通過(guò)LF爐加熱位喂絲機(jī)的喂絲管，喂絲管伸進(jìn)LF爐水冷爐蓋的喂線導(dǎo)管，經(jīng)過(guò)喂線導(dǎo)管喂入到鋼水中。考慮喂絲機(jī)雙孔或多孔喂絲，LF爐水冷爐蓋的喂線導(dǎo)管的直徑較大，喂絲時(shí)大量的煙塵從此處冒出，不僅造成精煉過(guò)程的輻射熱損失增加，而且污染現(xiàn)場(chǎng)操作環(huán)境。另外考慮崗位工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，將其改造成了一種簡(jiǎn)便且能快速更換的LF爐喂絲導(dǎo)管，優(yōu)化后LF爐水冷爐蓋上的開(kāi)孔明顯縮小。優(yōu)化前后的喂絲導(dǎo)管如圖4和圖5所示。

3.3開(kāi)發(fā)LF精煉模型

LF精煉模型的主要功能是精確計(jì)算升溫時(shí)間和出站時(shí)間，選擇最佳的電流供電數(shù)據(jù)等。LF精煉爐二級(jí)網(wǎng)操作畫(huà)面主要有系統(tǒng)主畫(huà)面、加料模型畫(huà)面、氬氣模型畫(huà)面、功率圓圖加熱模型畫(huà)面、數(shù)據(jù)報(bào)表畫(huà)面五個(gè)畫(huà)面組成。模型主畫(huà)面如圖6所示，功率圓圖加熱模型畫(huà)面如圖7所示。

加熱模型功能的實(shí)現(xiàn)主要依靠軟件根據(jù)設(shè)備參數(shù)計(jì)算出最優(yōu)的升溫檔位和最佳弧流設(shè)定值，計(jì)算出最經(jīng)濟(jì)的升溫參數(shù)并在一級(jí)畫(huà)面執(zhí)行，通過(guò)對(duì)鋼包信息的維護(hù)和各環(huán)節(jié)溫降的參數(shù)設(shè)定實(shí)現(xiàn)模型的自學(xué)習(xí)功能，從而達(dá)到100%命中終點(diǎn)溫度的目的，減少了加熱調(diào)溫的次數(shù)，從而減少了熱損失與電耗。

圖6　LF爐模型主畫(huà)面

圖7　功率圓圖加熱模型畫(huà)面

3.4進(jìn)行折澆余渣操作

折澆余渣是將同鋼種連鑄下來(lái)的鋼水包內(nèi)的剩鋼和澆余渣一并折入即將進(jìn)站的鋼水包內(nèi)，顯著增加了渣層厚度。積極推進(jìn)澆余渣的再利用，在正常生產(chǎn)及灰料正常的情況下，折澆余渣包次的灰、螢石用量按正常包次的50%～80%控制；優(yōu)化埋弧渣和電石的加入量和加入時(shí)機(jī)，改善埋弧效果，提高熱效率，減少通電時(shí)間。

3.5轉(zhuǎn)爐出鋼過(guò)程渣料優(yōu)化

采用在轉(zhuǎn)爐出鋼過(guò)程中向鋼包內(nèi)加如300 kg/爐～600 kg/爐的小粒渣料[1]，利用出鋼過(guò)程中鋼水得天獨(dú)厚的動(dòng)力學(xué)條件及鋼水顯熱將所加入的渣料部分熔化，避免了LF精煉爐進(jìn)站加造渣料前期化渣埋弧效果差電耗高的現(xiàn)象。再通過(guò)一定強(qiáng)度的氬氣攪拌，確保鋼包渣料熔化，這樣就避免了鋼水到LF爐后加入一定量的石灰、精煉渣等造渣料，鋼水溫低渣料不易融化，下電極加熱時(shí)，埋不住弧產(chǎn)生大量無(wú)用功。

3.6優(yōu)化異常情況處理措施

(1)溫低爐次的處理。根據(jù)進(jìn)站鋼水的溫度情況，加入石灰100 kg ～350 kg、螢石50 kg ～100 kg、埋弧渣50 kg ～100kg、電石20 kg ～30 kg后下電極加熱(溫度越低，渣料和脫氧劑的一次加入量越靠下限加入)。根據(jù)鋼水脫硫任務(wù)的大小，后續(xù)操作過(guò)程中再加入適量渣料和脫氧劑脫硫。

(2)下渣爐次的處理。對(duì)下渣量較大的爐次，渣料(灰、螢石、埋弧渣)正常加入，脫氧劑電石在正常加入的基礎(chǔ)上增加10 kg ～50 kg后下電極加熱，保證前期化渣期間的爐渣還原與脫硫效果。根據(jù)鋼水硫含量的分析結(jié)果，后續(xù)操作過(guò)程中再加入適量渣料和脫氧劑脫硫。

4　實(shí)施效果

4.1增加LSMELT AC電極控制系統(tǒng)的效果

對(duì)使用前后各200爐Q235B的生產(chǎn)情況進(jìn)行對(duì)比(見(jiàn)表1)，為保證使用前后的生產(chǎn)數(shù)據(jù)可比性強(qiáng)，選取的爐次均為正常周轉(zhuǎn)包且均為澆次5爐以后的爐次。

表1　增加LSMELT AC電極控制系統(tǒng)使用前后的生產(chǎn)數(shù)據(jù)對(duì)比

(1)耗電情況。使用前，爐耗電5423度，升溫幅度11 ℃，渣料及合金的加入總量為1820 kg；使用后，爐耗電5064度，升溫幅度9 ℃，渣料及合金的加入總量為1816 kg。兩種加熱方式渣料及合金的加入總量相差4 kg，對(duì)鋼水溫度的影響忽略不計(jì)。使用后與使用前相比，平均升溫幅度低2 ℃，若與使用前升溫幅度相同，則使用后爐耗電為5064+2/4.5×422=5251度。因此使用后與使用前相比，每爐耗電降低172度，節(jié)電3.17%。

(2)弧流控制情況。使用后弧流穩(wěn)定情況明顯好于使用前。LF爐使用后加熱過(guò)程中電極上下動(dòng)作的幅度較使用前小，弧流較穩(wěn)；查電腦歷史趨勢(shì)，LF爐使用后弧流較使用前平穩(wěn)。使用前弧流如圖8所示，使用后弧流如圖9所示。

(3)噪音情況。采用HS6288 B型噪聲頻譜分析儀測(cè)量精煉處理鋼種Q235B，埋弧造渣階段，使用前檢測(cè)為121 dB ，使用后檢測(cè)107 dB，LF爐使用后噪音較使用前平均小于14 dB。

綜上所述，LF爐使用后較使用前電耗節(jié)約3.17%，弧流穩(wěn)定情況及有害噪音均好于使用前。

4.2采取改善鋼水熱輻射等設(shè)施及優(yōu)化工藝操作的效果

對(duì)使用前后各100爐Q345B的生產(chǎn)情況進(jìn)行對(duì)比(見(jiàn)表2)，為保證使用前后的生產(chǎn)數(shù)據(jù)可比性強(qiáng)，選取的爐次均為正常周轉(zhuǎn)包且均為澆次5爐以后的爐次。

圖8　使用前弧流

圖9　使用后弧流

周期/min加熱時(shí)間/min進(jìn)站溫度/min出站溫度/℃進(jìn)出站溫差/℃渣料加入/kg合金加入/kg電耗/度使用前43.213.51568.61580.311.715152995785使用后42.112.515671576.69.614933235379

使用前，爐耗電5785度，噸鋼平均電耗35.49 kW.h，升溫幅度11.7 ℃，渣料及合金的加入總量為1814 kg；使用后，爐耗電5379度，噸鋼平均電耗33 kW.h，升溫幅度8.6 ℃，渣料及合金的加入總量為1816 kg。兩種加熱方式渣料及合金的加入總量相差2 kg，對(duì)鋼水溫度的影響忽略不計(jì)。使用后與使用前相比，平均升溫幅度低2.1 ℃，若與使用前升溫幅度相同，則使用后爐耗電為5379+2.1/4.5×430=5579.7度。因此使用后與使用前相比，每爐耗電降低406度，節(jié)電3.55%。

5　結(jié)束語(yǔ)

(1)增加LSMELT AC電極控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了根據(jù)功率園圖預(yù)選的最佳工作點(diǎn)的電極自動(dòng)調(diào)節(jié)，使變壓器的功率最大限度地消耗在電弧上。

(2)通過(guò)實(shí)施優(yōu)化鋼包車(chē)定位方式、在LF精煉爐耐材爐蓋的上方每個(gè)電極孔的周?chē)黾幽筒难b置、改善LF精煉爐喂絲導(dǎo)管的結(jié)構(gòu)等技術(shù)措施，明顯減少了精煉過(guò)程的熱輻射損失。

(3)通過(guò)進(jìn)行折澆余渣、在轉(zhuǎn)爐出鋼過(guò)程中加小粒渣料以及針對(duì)異常工藝狀況制定相應(yīng)的工藝優(yōu)化措施等，明顯降低了精煉過(guò)程的電耗。

[1]徐守亮，靳立山，王啟等.LF爐精煉效率的改進(jìn)[J].中國(guó)冶金,2009,19(7):28-32.

THE PRACTICE OF LF REFINING FURNACE ENERGY SAVING

Li Wei

(Chengde Iron and Steel Company,Hebei Iron and Steel Group)

In order to reduce refining energy consumption, LSMELT AC electrode control system is installed on the current process equipment of LF furnace, the ladle car positioning is optimized, refractory device is added around each electrode hole above the refractory furnace cover in the LF refining furnace, the wire feeding conduit of the LF refining furnace is improved.. According to actual production conditions of the LF furnace, the effective technology measures of reducing electricity consumption are puts forward such as folding poured residue and adding small slag in converter tapping process. Through these optimization measures, LF refining power consumption decreased by 6.7%.

ladle furnacerefinepower consumption

聯(lián)系人：李瑋,碩士,高級(jí)工程師，河北.承德市(067102)，河北省釩鈦工程技術(shù)研究中心；：2015-11-27