LF精煉爐節能實踐

李　瑋

(河鋼集團承鋼公司)

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LF精煉爐節能實踐

李瑋

(河鋼集團承鋼公司)

為降低精煉電耗，在LF爐現工藝裝備基礎上，增加LSMELT AC電極控制系統，優化鋼包車定位方式、在LF精煉爐耐材爐蓋的上方每個電極孔的周圍增加耐材裝置、改善LF精煉爐喂絲導管。根據LF爐實際生產條件，提出了降低電耗的有效工藝措施，即進行折澆余渣、在轉爐出鋼過程中加小粒渣料等。通過以上優化措施，LF爐精煉電耗降低6.7%。

LF爐精煉電耗

0　前言

電耗是鋼鐵生產中的重要能耗指標，是衡量一個企業生產效率高低的指標之一，電耗受生產過程多種因素制約和影響，與工藝、設備、操作等各因素密不可分。LF精煉爐電耗占整個煉鋼廠電耗的40%左右，如何降低LF精煉爐電耗直接影響著煉鋼系統節能降耗的成敗。

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精煉爐設兩臺鋼包臺車，設一個加熱工位。兩個吊包工位分列加熱工位兩側，與加熱工位呈“一”字型排列。冶煉過程中兩臺鋼包臺車可交替作業，來縮短精煉周期，電弧加熱升溫，升溫速度4 ℃/min～6 ℃/min，電極加熱采用電流調節控制方式。

LF爐下電極升溫過程=中由于電壓不穩出現電極“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致弧流不穩出現電極頻繁升降，造成加熱過程中有用功減少；由于鋼包車限位控制不精確導致鋼水包與水冷爐蓋對中偏差大，造成電極加熱產生的熱量大量浪費導致電耗偏高；同時進站鋼水的溫度、成分條件偏差較大，在精煉過程需要加入的各種造渣料以及合金料的數量因此不同，進而造成在精煉過程升溫的幅度不同，另外由于上下道工序出現故障時，LF精煉爐的進出站時間受到嚴重制約，在限定的時間內用最低的電耗提供出站溫度合格的鋼水較難準確控制。因此，需要從設備、工藝等方面分析研究，采取有效措施降低精煉電耗。

2　技術思路

針對LF爐下電極加溫過程中由于電壓不穩出現電極 “橫擺”采用大電極孔的技術難題，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；針對電流調節控制的埋弧不好導致弧流不穩出現電極頻繁升降技術難題，改變原有調節方式采用阻抗調節方式以及優化工藝操作進行折渣處理增加渣層厚度；針對鋼水包與水冷爐蓋對中偏差大等現象，優化鋼包車定位方式；針對在不固定的時間內用最低的電耗提供出站溫度合格的鋼水較難準確控制的問題，采用模型控制選擇最佳的電流供電數據。

3　具體技術措施

3.1增加LSMELT AC電極控制系統

LSMELT AC電極控制系統內含三個獨立的阻抗調節器和一個共同的電流限幅控制器，通過優化設定的阻抗輸入點，使變壓器的功率最大限度的消耗在電弧上，從而達到節能降耗的目的。

電極升降調節共有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內普遍采用的方式，理論及技術實現手段簡單易行，缺點是無法實現變壓器功率的最優化。

恒阻抗控制在理論及技術實現手段上較前兩者復雜的多，對電極調節器的輸入及輸出信號要求很高，因此加入了對電弧電壓及電流的低通濾波數字處理，確保輸入信號的穩定性，同時對調節器的輸出信號也做了低通濾波數字處理，輸出控制信號平滑穩定，既減小了液壓系統及電極立柱的機械沖擊，又平穩了電弧，降低了變壓器及電網的諧波沖擊。

3.2減少熱輻射途徑

優化鋼包車定位方式，實現鋼包車的準確定位，保證鋼水包與水冷爐蓋的良好對中效果；在LF精煉爐耐材爐蓋的上方每個電極孔的周圍增加耐材裝置，縮小電極與耐材爐蓋之間的縫隙；改善LF精煉爐喂絲導管的結構等措施，降低了精煉過程的輻射熱損失，降低了電耗。

(1)準確鋼包車定位，保證鋼水包與水冷爐蓋的對中效果良好，減少熱量損失。傳統的冶金車輛定位方式都是在冶金車輛的軌道外側安裝行程開關(或接近開關)，沿軌道運行的冶金車輛觸發行程開關后停車。生產過程中大氬氣攪拌鋼水時，鋼水包飛濺的熔融物經常燒損接近開關，不能控制鋼包車的定位。優化后的定位裝置固定在冶金車輛軌道的一端外側，有效防止了生產過程中鋼水包飛濺的熔融物對接近開關的損害，實現了鋼包車的準確定位，保證了鋼水包與水冷爐蓋的對中效果良好，明顯減少了熱量損失。優化后的鋼包車定位裝置如圖1所示。

圖1　優化后的鋼包車定位裝置

(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，減少熱量損失。考慮 LF爐三相電壓不平衡，導致操作過程中電極在水平方向上產生“橫擺”，耐材爐蓋上與三相電極相對應的三個電極孔偏小則造成電極折斷，原設計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、每相電極的周圍增加兩片耐材小爐蓋，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，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精煉爐喂絲導管的結構。在精煉過程中，需要對LF爐進行喂絲操作。絲線通過LF爐加熱位喂絲機的喂絲管，喂絲管伸進LF爐水冷爐蓋的喂線導管，經過喂線導管喂入到鋼水中。考慮喂絲機雙孔或多孔喂絲，LF爐水冷爐蓋的喂線導管的直徑較大，喂絲時大量的煙塵從此處冒出，不僅造成精煉過程的輻射熱損失增加，而且污染現場操作環境。另外考慮崗位工人的勞動強度，將其改造成了一種簡便且能快速更換的LF爐喂絲導管，優化后LF爐水冷爐蓋上的開孔明顯縮小。優化前后的喂絲導管如圖4和圖5所示。

3.3開發LF精煉模型

LF精煉模型的主要功能是精確計算升溫時間和出站時間，選擇最佳的電流供電數據等。LF精煉爐二級網操作畫面主要有系統主畫面、加料模型畫面、氬氣模型畫面、功率圓圖加熱模型畫面、數據報表畫面五個畫面組成。模型主畫面如圖6所示，功率圓圖加熱模型畫面如圖7所示。

加熱模型功能的實現主要依靠軟件根據設備參數計算出最優的升溫檔位和最佳弧流設定值，計算出最經濟的升溫參數并在一級畫面執行，通過對鋼包信息的維護和各環節溫降的參數設定實現模型的自學習功能，從而達到100%命中終點溫度的目的，減少了加熱調溫的次數，從而減少了熱損失與電耗。

圖6　LF爐模型主畫面

圖7　功率圓圖加熱模型畫面

3.4進行折澆余渣操作

折澆余渣是將同鋼種連鑄下來的鋼水包內的剩鋼和澆余渣一并折入即將進站的鋼水包內，顯著增加了渣層厚度。積極推進澆余渣的再利用，在正常生產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；優化埋弧渣和電石的加入量和加入時機，改善埋弧效果，提高熱效率，減少通電時間。

3.5轉爐出鋼過程渣料優化

采用在轉爐出鋼過程中向鋼包內加如300 kg/爐～600 kg/爐的小粒渣料[1]，利用出鋼過程中鋼水得天獨厚的動力學條件及鋼水顯熱將所加入的渣料部分熔化，避免了LF精煉爐進站加造渣料前期化渣埋弧效果差電耗高的現象。再通過一定強度的氬氣攪拌，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，埋不住弧產生大量無用功。

3.6優化異常情況處理措施

(1)溫低爐次的處理。根據進站鋼水的溫度情況，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)。根據鋼水脫硫任務的大小，后續操作過程中再加入適量渣料和脫氧劑脫硫。

(2)下渣爐次的處理。對下渣量較大的爐次，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。根據鋼水硫含量的分析結果，后續操作過程中再加入適量渣料和脫氧劑脫硫。

4　實施效果

4.1增加LSMELT AC電極控制系統的效果

對使用前后各200爐Q235B的生產情況進行對比(見表1)，為保證使用前后的生產數據可比性強，選取的爐次均為正常周轉包且均為澆次5爐以后的爐次。

表1　增加LSMELT AC電極控制系統使用前后的生產數據對比

(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，對鋼水溫度的影響忽略不計。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，節電3.17%。

(2)弧流控制情況。使用后弧流穩定情況明顯好于使用前。LF爐使用后加熱過程中電極上下動作的幅度較使用前小，弧流較穩；查電腦歷史趨勢，LF爐使用后弧流較使用前平穩。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量精煉處理鋼種Q235B，埋弧造渣階段，使用前檢測為121 dB ，使用后檢測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約3.17%，弧流穩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施及優化工藝操作的效果

對使用前后各100爐Q345B的生產情況進行對比(見表2)，為保證使用前后的生產數據可比性強，選取的爐次均為正常周轉包且均為澆次5爐以后的爐次。

圖8　使用前弧流

圖9　使用后弧流

周期/min加熱時間/min進站溫度/min出站溫度/℃進出站溫差/℃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，對鋼水溫度的影響忽略不計。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，節電3.55%。

5　結束語

(1)增加LSMELT AC電極控制系統，實現了根據功率園圖預選的最佳工作點的電極自動調節，使變壓器的功率最大限度地消耗在電弧上。

(2)通過實施優化鋼包車定位方式、在LF精煉爐耐材爐蓋的上方每個電極孔的周圍增加耐材裝置、改善LF精煉爐喂絲導管的結構等技術措施，明顯減少了精煉過程的熱輻射損失。

(3)通過進行折澆余渣、在轉爐出鋼過程中加小粒渣料以及針對異常工藝狀況制定相應的工藝優化措施等，明顯降低了精煉過程的電耗。

[1]徐守亮，靳立山，王啟等.LF爐精煉效率的改進[J].中國冶金,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

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