煉鋼廠LF 精煉爐爐蓋水冷環管的結構優化

李濤 邯鋼一煉鋼

隨著科學技術的不斷進步與交通、國防等領域的飛速發展，人們不僅對煉鋼成本、生產率的要求越來越高，而且對鋼的純凈度、使用性能等質量上的要求也達到了相當高的標準。LF 爐生產時由于連續加熱、持續升溫等特殊的生產工藝，導致水冷爐蓋的冷卻水出水溫較高，易出現水冷爐蓋出水溫度報警頻繁、環管漏水等生產故障，在煉鋼生產過程中經常被迫停爐對漏水點進行焊補，嚴重影響生產節奏。

一、LF 獨特的功能

1.提升還原性氣氛。LF 本身一般不具有真空環境，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，石墨電極與渣中的Fe0、Mn0 等氧化物反應生成CO 氣體，使LF 爐內的氧分壓減少，加上還原渣的作用，讓爐內具有很強的還原性氣氛。還原性氣氛有利于鋼水脫硫、脫氧、去除非金屬雜質等過程的進行。

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，帶動鋼水上下循環流動，從而加速鋼－渣間的物質傳遞，有利于鋼水脫硫、脫氧反應的進行，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，達到既不卷渣，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%。渣可對鋼水中的氧化物進行吸附和溶解，以達到脫氧的效果。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，對鋼包中的鋼水進行升溫、脫硫、脫氧、合金化等處理，以凈化鋼水。同時，從鋼包底部吹入惰性氣體氬氣，對鋼水進行攪拌，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 爐水冷爐蓋結構和傳熱特點傳熱學中熱量傳遞基本方式：熱傳導、熱對流、熱輻射[2]。水冷爐蓋的主要換熱方式：水冷內壁與管內冷卻水的對流換熱、水冷環管冷卻外壁與內壁的穩態導熱、爐蓋內的煙氣對水冷環管外壁進行輻射換熱。在水冷爐蓋的水路分配系統中，總管供水至水冷爐蓋上的集水箱故水冷爐蓋的水冷環管為并聯管道，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，即并聯各管段的水頭損失相等，總流量為各管流量值之和同，時各管路內沿程損失相等，如下式所示，由此可得L2 為38.78m3/h。

2.水冷環管熱負荷能力。實際上環管與鋼水輻射的高溫煙溫接觸的面積即起到主要熱量轉換的鋼管面積只有其中的二分之一，爐內煙氣對水冷環管的輻射熱的熱量：

三、LF 的改進措施

1.操作模型。LF 上位機冶煉模型增設最佳供電曲線模型、最佳合金料添加量計算模型及吹氬模型功能等，可實現更高的自動化程度。

2.鋼包車的改進鋼包車采用雙驅動。若一臺驅動出問題，打開制動器，另一臺也可滿足鋼包車慢速運行。驅動采用交流變頻驅動，這樣既能確保定位準確的優點，又減少鋼包車故障率，便于維護。減速機采用SEW 產品，鋼包車液壓管線上焊接槽形鋼內通水冷卻防護，液壓油采用耐高溫型。車體設置聲光報警并加防護板。拖纜裝置是向鋼包車提供動力、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。精煉爐中心圈襯的改進中心圈襯采用水冷，圈襯上電極孔襯耐材保護套，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環境，提高LF 的有效作業率，同時有利于保持鋼包精煉爐內的還原氣氛。中心圈襯與水冷爐蓋之間有定位銷，便于更換中心圈襯。觀察孔的改進梯形水冷爐蓋上設置的觀察孔采用斜形門形式，液壓缸啟閉，吹氬保護，孔蓋冷卻采用水冷形式。

4.爐蓋冷卻系統的改進水冷爐蓋用20g材質的無縫鋼管和特制彎頭組焊而成，形成均流無死點的高效水冷強制循環。爐蓋形式采用組合全水冷式，包括大爐蓋、小爐蓋、測溫取樣蓋、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構。頂層小蓋與爐蓋本體為活連接。爐蓋中層開有合金加料孔。爐蓋中層側壁開有觀察孔，此孔封板用齒輪擺動氣缸控制開關。所有氣缸兩端均有緩沖功能。爐蓋合金加料孔上設置一合金加料管。合金加料孔溜管采用水冷管。爐蓋上設有一總進水管，以供回給爐蓋上各支路的進水管。爐蓋總進、回水管上各設一個安全閥，用于在停水事故時保護爐蓋。

目前設備運行狀態穩定、功能完好，LF 設備的改造后，取得了以下效果：鋼包車定位滑移、導電橫臂、高壓電器回路等加強了防護，設備運行更為可靠，故障率更低，事故可基本杜絕，設備完好率達95%。