煉鋼廠LF 精煉爐爐蓋水冷環(huán)管的結(jié)構(gòu)優(yōu)化

李濤 邯鋼一煉鋼

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步與交通、國防等領(lǐng)域的飛速發(fā)展，人們不僅對(duì)煉鋼成本、生產(chǎn)率的要求越來越高，而且對(duì)鋼的純凈度、使用性能等質(zhì)量上的要求也達(dá)到了相當(dāng)高的標(biāo)準(zhǔn)。LF 爐生產(chǎn)時(shí)由于連續(xù)加熱、持續(xù)升溫等特殊的生產(chǎn)工藝，導(dǎo)致水冷爐蓋的冷卻水出水溫較高，易出現(xiàn)水冷爐蓋出水溫度報(bào)警頻繁、環(huán)管漏水等生產(chǎn)故障，在煉鋼生產(chǎn)過程中經(jīng)常被迫停爐對(duì)漏水點(diǎn)進(jìn)行焊補(bǔ)，嚴(yán)重影響生產(chǎn)節(jié)奏。

一、LF 獨(dú)特的功能

1.提升還原性氣氛。LF 本身一般不具有真空環(huán)境，它依靠鋼包上的水冷法蘭盤、水冷爐蓋和密封橡皮圈來隔絕空氣。加熱時(shí)，石墨電極與渣中的Fe0、Mn0 等氧化物反應(yīng)生成CO 氣體，使LF 爐內(nèi)的氧分壓減少，加上還原渣的作用，讓爐內(nèi)具有很強(qiáng)的還原性氣氛。還原性氣氛有利于鋼水脫硫、脫氧、去除非金屬雜質(zhì)等過程的進(jìn)行。

2.攪拌作用。LF 過程中，由鋼包底部吹入氬氣，氬氣泡在浮力的作用下上浮，帶動(dòng)鋼水上下循環(huán)流動(dòng)，從而加速鋼－渣間的物質(zhì)傳遞，有利于鋼水脫硫、脫氧反應(yīng)的進(jìn)行，并且使鋼水的溫度和成分均勻。吹氬還可以加速非金屬夾雜物的碰撞長大，增加其上浮速度，而有利于去除非金屬夾雜物。此外，還可以通過改變吹氬流量的大小，將攪拌功率控制在合適范圍內(nèi)，達(dá)到既不卷渣，又有利于夾雜物聚集上浮的目的。

3.白渣精煉。LF 白渣多以CaO-Al2O3-SiO2為主要成分，渣含量一般為鋼水重量的1%—2%。渣可對(duì)鋼水中的氧化物進(jìn)行吸附和溶解，以達(dá)到脫氧的效果。而且，隨渣堿度的提高，硫的分配比增大，因此L F爐可冶煉低硫鋼或超低硫鋼。總的來說，LF 精煉就是在還原性氣氛下，通過埋弧加熱和造渣過程，對(duì)鋼包中的鋼水進(jìn)行升溫、脫硫、脫氧、合金化等處理，以凈化鋼水。同時(shí)，從鋼包底部吹入惰性氣體氬氣，對(duì)鋼水進(jìn)行攪拌，使其成分和溫度均勻，并有利于去除鋼中的夾雜物。

二、LF 爐水冷爐蓋受熱分析

1.LF 爐水冷爐蓋結(jié)構(gòu)和傳熱特點(diǎn)傳熱學(xué)中熱量傳遞基本方式：熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流、熱輻射[2]。水冷爐蓋的主要換熱方式：水冷內(nèi)壁與管內(nèi)冷卻水的對(duì)流換熱、水冷環(huán)管冷卻外壁與內(nèi)壁的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱、爐蓋內(nèi)的煙氣對(duì)水冷環(huán)管外壁進(jìn)行輻射換熱。在水冷爐蓋的水路分配系統(tǒng)中，總管供水至水冷爐蓋上的集水箱故水冷爐蓋的水冷環(huán)管為并聯(lián)管道，故A、B 間的水頭損失均等于A、B 兩集水箱之間的總水頭差，即并聯(lián)各管段的水頭損失相等，總流量為各管流量值之和同，時(shí)各管路內(nèi)沿程損失相等，如下式所示，由此可得L2 為38.78m3/h。

2.水冷環(huán)管熱負(fù)荷能力。實(shí)際上環(huán)管與鋼水輻射的高溫?zé)煖亟佑|的面積即起到主要熱量轉(zhuǎn)換的鋼管面積只有其中的二分之一，爐內(nèi)煙氣對(duì)水冷環(huán)管的輻射熱的熱量：

三、LF 的改進(jìn)措施

1.操作模型。LF 上位機(jī)冶煉模型增設(shè)最佳供電曲線模型、最佳合金料添加量計(jì)算模型及吹氬模型功能等，可實(shí)現(xiàn)更高的自動(dòng)化程度。

2.鋼包車的改進(jìn)鋼包車采用雙驅(qū)動(dòng)。若一臺(tái)驅(qū)動(dòng)出問題，打開制動(dòng)器，另一臺(tái)也可滿足鋼包車慢速運(yùn)行。驅(qū)動(dòng)采用交流變頻驅(qū)動(dòng)，這樣既能確保定位準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)，又減少鋼包車故障率，便于維護(hù)。減速機(jī)采用SEW 產(chǎn)品，鋼包車液壓管線上焊接槽形鋼內(nèi)通水冷卻防護(hù)，液壓油采用耐高溫型。車體設(shè)置聲光報(bào)警并加防護(hù)板。拖纜裝置是向鋼包車提供動(dòng)力、氬氣等的裝置，拖纜的一端固定在地面滑線架上，另一端固定在車體上，可隨鋼包車一同運(yùn)行。拖纜膠管采用棉布捆扎，防止鋼液或鋼渣飛濺燒損。

3.鋼包精煉爐的改進(jìn)。精煉爐中心圈襯的改進(jìn)中心圈襯采用水冷，圈襯上電極孔襯耐材保護(hù)套，防止圈襯被擊穿，提高了LF中心圈襯的壽命，不僅很好地避免爐蓋易粘鋼渣的情況，而且較好地改善了作業(yè)環(huán)境，提高LF 的有效作業(yè)率，同時(shí)有利于保持鋼包精煉爐內(nèi)的還原氣氛。中心圈襯與水冷爐蓋之間有定位銷，便于更換中心圈襯。觀察孔的改進(jìn)梯形水冷爐蓋上設(shè)置的觀察孔采用斜形門形式，液壓缸啟閉，吹氬保護(hù)，孔蓋冷卻采用水冷形式。

4.爐蓋冷卻系統(tǒng)的改進(jìn)水冷爐蓋用20g材質(zhì)的無縫鋼管和特制彎頭組焊而成，形成均流無死點(diǎn)的高效水冷強(qiáng)制循環(huán)。爐蓋形式采用組合全水冷式，包括大爐蓋、小爐蓋、測(cè)溫取樣蓋、喂絲口、下料口等。小爐蓋一層放置最上層，其中小爐蓋冷卻水管采用金屬軟管聯(lián)接，管接頭采用快換接頭。電極孔周邊采用水冷管繞制成梅花狀結(jié)構(gòu)。頂層小蓋與爐蓋本體為活連接。爐蓋中層開有合金加料孔。爐蓋中層側(cè)壁開有觀察孔，此孔封板用齒輪擺動(dòng)氣缸控制開關(guān)。所有氣缸兩端均有緩沖功能。爐蓋合金加料孔上設(shè)置一合金加料管。合金加料孔溜管采用水冷管。爐蓋上設(shè)有一總進(jìn)水管，以供回給爐蓋上各支路的進(jìn)水管。爐蓋總進(jìn)、回水管上各設(shè)一個(gè)安全閥，用于在停水事故時(shí)保護(hù)爐蓋。

目前設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定、功能完好，LF 設(shè)備的改造后，取得了以下效果：鋼包車定位滑移、導(dǎo)電橫臂、高壓電器回路等加強(qiáng)了防護(hù)，設(shè)備運(yùn)行更為可靠，故障率更低，事故可基本杜絕，設(shè)備完好率達(dá)95%。