福建三钢90t L F炉的建设
方震宇
(福建三钢(集团)有限公司炼钢厂，三明365000)
摘 要 介绍了福建三明钢铁公司炼钢厂为完善精炼设备，开发生产高附加值产品，对LF精炼炉工艺布局和设备进行了改造。
关键词 LF炉，设备改造，高附加值产品
中图分类号 TF769.2 文献标识码 B
D evelop m en t of90t L F a t Sanm i n g Steel
反恐处突F AN
G Zhengyu
(Steel m aking Plant of Sanm ing Ir on and Steel Co.,L td.,San m ing36500)
ABSTRACT The No.290t LF at Sanm ing Steel is intr oduced.Pr ocess disl ocati ons and functi ons were considered and rearranged t o p r oduce high value added p r oducts.
KE Y WO R D S LF,facility reva mp ing,high value added p r oducts
1 前言
三钢炼钢厂现有冶炼设施:1座颗粒镁铁水预处理站;2座公称容量为100t的顶底复吹转炉;2座在线吹氩合金微调站,1座90t LF精炼炉;1台弧形半径10m、6机6流的小方坯连铸机,1台单机单流立弯式板坯连铸机。
生产的钢种有：普碳钢、低合金结构钢、铆螺钢、中高碳钢、冷镦钢、高级别螺纹钢等。随着近几年的科技发展，开发出许多高附加值产品。三钢也加快对现场设备进行技术升级，达到增加产能与开发生产高附加值产品目的。在此背景下决定新建2号90t LF精炼炉。主要精炼的钢种为铆螺钢、冷镦钢、弹簧钢等。钢水由100t转炉提供，精炼后的钢水送往连铸机。其工艺流程为：铁水预处理—转炉冶炼—LF处理—连铸。
2 存在的问题
2.1 工艺布置场地紧张
2号90LF精炼炉布置在南北长不足30m，东西宽不足26m，高不足25m的狭小范围内，南面与热修包工位相接，北面需预留出真空精炼工位，东面与板坯铸机回转台相邻，北面需留出转炉进料通道。同时还要考虑设备的检修，精炼炉生产原材料的进出方便和除尘设施的布置。
2.2 1号90t L F精炼炉生产过程中存在的问题
1号LF精炼炉于2004年底建成投产，当时LF 的作用是协调转炉与连铸之间的生产，缓冲两者之间钢水供应的矛盾，促进炼钢连铸生产的顺行和整体产能的释放；功能配置较简单，生产过程中暴露出许多问题。
(1)钢包车
1号LF钢包精炼炉钢包车主要缺点是液压系统长期处于高温环境下，液压管线常常发生泄漏现象，造成钢包车故障，钢包车定位精度存在问题，易出现钢包车滑移现象。
(2)钢包精炼炉盖
1)精炼中心圈衬 1号LF精炼盖中心圈衬采用打结耐材，加热过程中常出现中心圈衬黏结冷钢导致耐材的破损，中心圈衬的使用寿命不高(达不到500炉/次)，更换中心圈衬影响精炼的生产率。维护过程中，清理炉盖时，在高温高危环境下工作，劳动强度大。另外中心圈衬和水冷炉盖间缺少定位销，中 心圈衬易出现移位现象。
2)观察孔 梯形水冷炉盖上竖直设置的观察孔位置不合理，造成火焰外冲，烟尘外逸。观察孔盖无冷却设施，在冶炼过程中发红。
3)炉盖冷却系统 冷却管线布置杂乱，冷却水管与液压油管、水冷电缆交叉布置相互影响；冷却水水质较差，水量分配不均匀；冷却水流量和温度不能实时传输到计算机实现远程监控。
(3)除尘系统
1号LF精炼炉采用水冷炉盖除尘，效果不好，冶炼时大量烟尘外逸；抽风除尘管电动风量阀实际开度不能在电脑画面上显示，更不能在电脑上进行远程控制；除尘系统野风补偿罩面板被烤变形后不好固定。
导电横臂采用空冷形式，导致导电横臂发红，导电横臂内的油管接头包在导电横臂内部，维修过程中难更换。导电横臂下面的立柱内装柱塞式液压缸，电极升降油缸与电极升降臂采用整体式结构，更换油缸时需整体吊出立柱。立柱是焊接结构，其上面4个导轨面的直线度及形位公差难保证。电极立柱与导轮组间缺少润滑油管。
(5)液压系统
液压系统的高压泵及主要控制阀件(如比例阀、电磁换向阀，电磁溢流阀、减压阀等)等设备问题造成多起生产事故。油液过滤器经常出现堵塞报警，油质得不到很好控制，液压油温不能反馈到操作控制室，维修人员无法及时跟踪。 (6)喂丝系统
喂丝机采用旋转方式，无法进退；在线喂丝采用双线，不能满足工艺要求，喂丝机无法在操作室集中控制；在线喂丝管末段不能升降。
(7)吹氩系统
钢包底吹氩流量不能精确控制和调节，底吹皮管快速接头须人工接气。
(8)高压系统
真空断路器柜配置不好，缺少微机综合保护装置，不能实现开关的信号控制、保护、监控及对变压器重大故障的监控与保护。未设断路器试验柜，不能进行真空断路器在离线时分闸、合闸试验。
(9)下料系统
钋元素精炼高位料仓下料口与现有的钢包吹氩口位置有误差，不利于搅拌化渣；运输皮带除尘罩清灰不便；下料管堵料；下料管与水冷炉盖交接部位的除尘效果差；高位料仓与称量仓不利观察；振动称料时，易造成另外的料仓共振下料、造成混乱；称量仓下料口没有对准皮带，造成漏料。 3 采取的措施
3.1 工艺布置
LF精炼炉采用两车双工位方式，钢包车南北轨道长28m，布置2台双线离线喂丝机和1台四线在线喂丝机，一层为液压站，二层为电器室与操作室，三层为料仓，电器室下方留出汽运通道，上方留出进料和制氧滑轨通道。
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3.2 2号L F精炼炉的改进
3.2.1 操作模型
2号精炼炉上位机冶炼模型增设最佳供电曲线模型、最佳合金料添加量计算模型及吹氩模型功能等，自动化程度更高。3.2.2 钢包车
钢包车采用双驱动，液压管线上焊接槽形钢，内通水冷却防护，采用耐高温型液压油。若一台驱动出
问题，打开制动器，另一台运转，满足钢包车慢速运行。钢包车采用交流变频驱动，能确保定位准确、行走平稳，减少钢包车故障率，利于维护。车体设置声光报警并加防护板。拖缆的一端固定在地面滑线架上，另一端固定在车体上，可随钢包车一同运行。拖缆胶管采用棉布捆扎，以防被钢液或渣飞溅烧损。
3.2.3 精炼炉盖
(1)精炼炉中心圈衬
中心圈衬采用水冷，电极孔衬耐材保护套，防止圈衬被击穿，不仅避免炉盖易黏钢渣，而且较好地改善了作业环境，提高LF炉的有效作业率，同时有利于保持精炼炉内的还原气氛。中心圈衬与水冷炉盖之间有定位销，便于更换中心圈衬。广西东方外语职业学院
(2)观察孔
观察孔采用斜形门式，液压缸启闭，吹氩保护，孔盖采用水冷形式。
(3)炉盖冷却系统
炉盖采用全水冷管式炉盖，整个水冷炉盖用20g材质的无缝钢管和特制弯头组焊而成，形成高效水冷
强制循环。炉盖采用组合式，包括大炉盖、小炉盖、测温取样盖、喂丝口、下料口等。小炉盖为一层、放置最上层。小炉盖冷却水管用金属软管快换接头连接。电极孔周边的水冷管绕制成梅花状结构。顶层小盖与炉盖本体为活连接。炉盖中层开有合金加料孔。炉盖中层侧壁有观察孔，此孔封板用齿轮摆动气缸控制，减少开启封板及安装气缸的空间，使炉盖的整体更加紧凑。所有气缸两端均有缓冲功能。炉盖合金加料孔上设置一合金加料管，将物料导入炉内。合金加料孔溜管采用水冷管。炉盖上设有进水总管，以供炉盖上各支路的进水管。炉盖总进、回水管上各设一个安全阀，用于在停水时保护炉盖。
3.2.4 除尘系统
精炼炉不仅有水冷炉盖除尘，还在炉盖上方增设大罩除尘，其风管并入精炼炉抽风除尘风管并能通过调节阀互相调节，阀门实际开度不仅能在电脑画面上显示，还能在电脑上进行远程控制。
3.2.5 电极横臂及升降机构
导电横臂采用三臂式结构，三角形布置，为悬臂式。中相导电横臂前端部分与边相导电横臂处于同一平面，后端高出边相导电横臂，边相导电横臂前端
采用倒“八形”，减小了电极分布圆直径。导电横臂外形是矩形梁结构，用铜钢复合板经特殊工艺焊接
成形。导电横臂制成夹层结构，夹层中通水冷却，为了保证密封性、长期使用的可靠性，横臂内用无缝钢管做芯管，在导电横臂内的油管均为整根不锈无缝管，没有接管。在三相导电横臂的前端矩形截面内，各安装有电极放松缸。通过电极夹头、电极抱闸采用蝶形弹簧恢复力抱紧电极；液压油缸压缩碟形弹簧推开电极抱闸放松电极。
电极放松缸具有互换性，是特殊设计的专用油缸，内装有蝶形弹簧。
电极夹头用螺栓固定在导电横臂上。电极夹头采用紫铜经锻造加工而成。
电极抱闸采用非导磁奥氏体不锈钢制作，防止因强磁形式通路使之发热。抱闸上焊有不锈钢条，经机械加工成圆弧面，夹紧时抱住电极。为了有较高的使用寿命，其圆弧上喷涂有耐高温的陶瓷绝缘材料。电极抱闸与电极放松缸活塞杆相连。
立柱用无缝钢管及钢板焊接成菱形结构，上面导轨面经过机加工保证直线度及形位公差。导电横臂通过一大绝缘板与立柱相连。绝缘板外形尺寸大于立柱与导电横臂相应的相连面的外形尺寸，防止立柱导电。立柱内装有柱塞式液压缸，升降油缸与电极升降臂采用分体式结构，便于油缸的检修。缸进油口装液控单向阀，以防停电或液压装置发生故障时电极下坠。电极升降设有上限位装置，用于联锁控制的信号。柱塞式液压缸操作是靠电液比例阀实现自动调节，在停电状态下，依靠液压装置中的蓄能器使炉盖及电极提起。立柱、导电横臂之间的连接板均进行机加工，保证立柱连接板与立柱导轨面的
垂直要求、导电横臂连接板与前端安装电极夹头面垂直要求，使电极升降机构在安装后立柱中心与电极中心平行。立柱上端与横臂连接处采用箱式水冷结构，以避免感应发热。
由于采用导电横臂，立柱采用钢管形式，三相立柱横臂间距缩小。可减小阻抗，节电约8%，并延长电极夹头寿命、减小电极消耗，维修更方便。
3.2.6 液压系统
液压系统有3台恒压变量泵,2开1备。系统配有液位仪,4点温度控制器，循环过滤装置和回油过滤器，以保证油液的恒温及清洁度。采用不锈钢油箱。应急系统设置一组皮囊式蓄能器。
液压系统的高压泵及主要控制阀件均采用原装进口产品。循环过滤冷却系统的循环泵和电极升降的比例阀组均1用1备。
每台油泵出口至控制阀台之间的管路上需装有出油过滤器；并设置旁路，便于在线更换滤芯；回油过滤器为双桶过滤器，连接件均为不锈钢。
各回路控制阀组的进出油口均设置高压球阀，便于检修维护。油箱油位、油温及油压信号要反馈到主控操作室。
3.2.7 喂丝系统
吊装位置配2台双线喂丝机。加热工位配1台4线喂丝机按4线汇合成1线后喂入钢包的形式设计。为了控制金属线的加入量和喂线速度，在喂丝机上装有显示喂入长度的计数器和速度控制器。可采用自动控制或手动控制两种方式。
喂丝机P LC与LF炉的上位机留有通讯接口，画面显示及操作功能可在LF炉上的上位机控制及显示状态。
3.2.8 吹氩系统
钢包底吹氩系统用压力和流量双参数控制，可对吹氩压力自动追踪。当系统出现断路情况时，压力骤降，系统将自动关闭并发出警示。
氩气搅拌系统采用薄膜调节阀，可以精确调节吹氩强度，在控制室远程操作，方便实现强吹氩和弱吹氩操作。氩气流量可手动，也可自动调节。
主气路元件出现故障时，可手动切换到支路旁路工作。系统设有二路吹氩，分别供2台钢包使用，调节范围为50～450NL/m in，且吹氩量波动范围可控制在10%以内。
3.2.9 高压系统
高压供电系统向90t钢包炉提供35kV主电源，并可进行主回路短路、过流、欠电压、过电压、接地保护，在高压回路设置有氧化锌避雷器与过电压吸收装置，保护变压器，同时防护雷电冲击。
高压供电系统由进线隔离开关、电压互感器、真空断路器、电流互感器、氧化锌避雷器及阻容吸收保护装置等组成，构成高压进线兼PT柜、真空断路器柜、氧化锌避雷器保护兼出线柜。所用高压真空断路器，主要用来接通或断开电炉供电主回路，具有全面的保护性能(机械联锁和电气联锁)。
高压柜采用金属铠装中置柜，包含进线柜、避雷器柜及2个真空断路器柜(控制柜)，每个真空断路器柜配置微机综合保护装置，配有DC220V直流电源屏，确保断路器的正常合、分闸。
高压系统的真空断路器合、分闸在高压室的柜面设有本控/远控选择开关,(下转第39页)
结晶器电磁搅拌的电流不宜超过200A。确定轴承钢电磁搅拌的工艺参数如表1。
表1 生产轴承钢时电磁搅拌装置使用的工艺条件
项目工艺条件
浇注钢种轴承钢
拉坯速度0.5～0.55m/m in 结晶器电磁搅拌器频率2Hz
凝固末端搅拌器频率20Hz
结晶器电磁搅拌器电流强度200A
凝固末端电磁搅拌器电流强度450A
凝固末端电磁搅拌方式正反交替搅拌
凝固末端电磁搅拌器位置距离钢水液面8～10m
3 电磁搅拌优化后的效果
对生产的轴承钢连铸坯进行各项质量检验，主要结果如下。
(1)低倍组织
采用优化后的电磁搅拌技术,GCr15连铸坯的低倍评级情况见表2。
表2 连铸坯的低倍评级的平均值
钢种中心疏松中心偏析缩孔角裂边裂中间裂中心裂GCr15 1.22 1.080.5300.0200
(2)等轴晶区
电磁搅拌增加了钢水与凝固前沿的热交换，因此熔池中的过热度很快消除。对结晶器内的钢水进行电磁搅拌后，由于减少了凝固初期阶段钢水的过热度，铸坯的凝固组织等轴晶区域扩大。根据生产现场统计数据表明，采用结晶器电磁搅拌的铸坯等轴晶率比没有搅拌的铸坯提高约10%～20%。
(3)中心偏析
在轴承钢的连铸中，中心偏析总是随着铸坯的凝固过程逐渐加重。
结晶器电磁搅拌有利于连铸坯中形成等轴晶区。凝固末端电磁搅拌能够有效地搅拌连铸坯液芯的两相混合区，使钢水凝固糊状区产生运动，促使铸坯轴向偏析的金属与周围金属混合。实践证明正反交替的搅拌方式更利于减轻中心偏析，在正反交替的感应搅拌之下，铸坯在重新均匀化的结构中凝固，并能避免白亮带的产生。
皮革化学品
大方坯连铸机电磁搅拌优化前后的使用结果表明，电磁搅拌优化后，中心疏松合格率提高了9%，中心碳偏析合格率提高了20%。合理采用电磁搅拌技术，兴澄特钢连铸坯等轴晶率达到40%以上，轴承钢中心碳偏析小于1.1。
4 结论
通过对电磁搅拌线圈的工艺参数的测试及优化，确定了高碳铬轴承钢大方坯连铸生产的合理电磁搅拌工艺参数，通过应用优化后的结晶器电磁搅拌技术，结合末端电磁搅拌，铸坯的质量得到较大的改善。
参考文献
1 卢盛意.连铸坯质量.北京：冶金工业出版社,1994.
2 陈卫强.连铸钢方坯的质量.北京科技大学学报,1998,20(2): 104.
3 蔡开科，潘毓淳，赵家贵.连续铸钢500问.北京：冶金工业出版社,1994.
4 史宸兴.实用连铸冶金技术.北京：冶金工业出版社,1998.
5 钟顺思，王昌生，轴承钢，北京：冶金工业出版社,2000.
(上接第34页)
可在高压室和主控室两地操作控制，高压分，合闸电源采用直流屏装置供电，操作机构为直流弹簧储能机构。
35k V高压系统采用微机综合保护装置，实现开关的信号控制、保护及监控，实现对变压器重大故障的监控及保护。能够实现无人值守，并具有5遥功能(遥信、遥测、遥调、遥控和遥视)。
3.2.10 加料系统
2号LF炉配置10个高位料仓，其中10m3的料仓2个,6m3的料仓8个(均配有超声波料位计，带高低位检测),3个称量斗(含称量斗、振动给料器、称量压头)、2套水平皮带机及炉顶溜管等组成。3.2.11 悬臂吊装置
设置在线悬臂吊装置，用于更换电极及设备检修。靠变压器二次侧外墙前设置1台电动葫芦吊，用于检修水冷电缆等。
4 结论
svd2号90t LF精炼炉经过设备改善，钢包车定位滑移等事故可基本杜绝，中心圈衬寿命大大提高，吹氩流量控制精度提高，除尘效果明显改善，导电横臂、高压电器回路等事故多发设施加强了防护，喂丝、加料等精炼功能更加优化。可根据生产钢种和品种需要合理组合，设备运行更为可靠，功能更完善，完全能满足炼钢—精炼—连铸生产工艺的需要。
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