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1、成都冶金實驗廠有限公司LF-40t鋼包精煉爐改造初步方案西安山力冶金機電有限公司2006年7月31日一、概述成都冶金實驗廠有限公司煉鋼廠現有公稱容量30t電弧爐兩座，40tLF精煉爐一座，以及四機四流小方坯連鑄機一套，形成年產20萬噸優質鋼坯的短流程煉鋼生產線。其中一臺電弧爐為國內某廠家80年代中期的產品，另一臺電弧爐為近年新建的成套設備。LF精煉爐的設計、制造為90年代中期，距今已投產運行近10年時間,目前存在的主要問題是精煉時間較長，電耗高，即升溫100，電耗大約為100kWh/t鋼，冶煉時間3540min。經過與成都冶金實驗廠有限公司煉鋼廠有關技術人員深入交流，雙方共同提出，為更好地控制2、生產成本，加快生產節奏、降低冶煉電耗，擬對現有的40tLF鋼包精煉爐系統進行技術改造。改造方案提出的原則是投資少、回報率高；改造后效果好；改造時間短、對生產影響小。改造的目標是：1、LF精煉爐冶煉電耗比改造前降低20kWh/t鋼；2、升溫速度4.5/min；3、45t鋼水升溫90100，冶煉時間30min；4、LF爐生產能力滿足今后擴產后處理年鋼水3035萬噸的要求。二、 基本條件（1） 生產規模電爐車間年產合格鋼水20萬噸。（2） 產品大綱經精煉處理的鋼種見下表。鋼種代表鋼號年處理量（萬噸）優質碳素結構鋼20MnSi 27MnSi20Q235 Q345（3） 電爐基本情況電爐平均出鋼量40t3、電爐最大出鋼量45t電爐冶煉周期150min電爐出鋼溫度1650（4） 40t-LF鋼包精煉爐的主要技術參數1、公稱容量 40t2、精煉能力 3040t3、鋼包內經 2900mm（上口）/2600mm（下口）4、包殼內高 2800mm5、鋼液自由空間高度 700mm（40t鋼液時）1100mm（30t鋼液時）6、包蓋外徑 2932mm7、包蓋總高 1200mm8、爐蓋提升高度 400mm9、爐蓋電極分布圓直徑 700mm10、爐蓋孔傾斜度數 1.505711、電極直徑 350mm12、電極分布圓直徑 700mm（爐蓋頂面分布）600mm（40噸鋼液面分布）13、電極升降行程 2100mm14、4、電極升降速度 5m/min（上升）4m/min（下降）15、立柱升降方式 液壓缸（液壓伺服控制）16、變壓器額定容量 6300kVA17、變壓器一次側電壓 10kV18、變壓器二次側電壓 215 205 190 175 160V19、二次側電流 16918A（額定）/18500A（最大）20、短網三相不平衡系數 8%21、水冷電纜規格 23000mm2/相22、冷卻水壓力 0.2MPa23、液壓系統工作壓力 46MPa24、液壓介質水乙二醇三、技術分析 根據雙方交流的情況，綜合分析40t-LF精煉爐的工藝條件、設備配置和基本參數后，我們認為，影響LF爐性能發揮、造成目前這種電耗高、升溫速度慢的5、因素應有以下幾方面：1、LF精煉爐整體設計較為落后。該產品為制造廠家仿造上世紀90年代同類精煉爐設計制造的，限于歷史原因主要參數不盡合理，比如三相不平衡系數等；另外總結構上也不夠緊湊，主要參數比如變壓器至爐子中心的距離、自由空間高度等參數的設計也不符合短網設計的原則，造成大電流回路總體路徑較長，損耗大。2、短網設計不近合理、功率損耗較大。近年來發展起來并被廣泛使用的節能短網技術主要有：修正平面空間三角形短網布置、銅鋼復合全水冷導電橫臂的應用、利用計算機技術對短網的優化設計，三相不平衡系數可以做到5%。3、電極升降系統運行不穩定、電氣系統較落后造成實際輸入爐內的功率較低。4、變壓器無功損耗較大。6、變壓器空載參數：Ia=3AP=15MWQ=45MVar綜上所述，我們提出以下具體改造方案供貴公司決策。四、改造方案一保持現有6300kVA變壓器系統、立柱升降系統、橋架及包蓋等主體結構不做大的改動，但對整個大電流線路進行徹底改造、按1#電爐調解器的配置方案對精煉爐電氣系統進行改造。通過縮短短網長度，降低三相不平衡度、提高調解器效率等措施達到提高輸入功率、降低電耗的目的。1）變壓器移位鑒于立柱升降系統和橋架及基礎不做大改動，橫臂上電極中心到立柱中心的距離不可能發生大的變化，縮短大電流線路只能從變壓器出線端子到電纜與導電橫臂連接之間的位置想辦法。具體方法是優化設計變壓器出墻的短網部分、縮短水冷電纜7、總體長度，使得變壓器墻至鋼包中心線的距離由原來的6500mm縮短到6200mm，加上短網出墻高度降低和電纜長度減少，總的大電流線路可以縮短約700mm。這部分改動主要工作量是變壓器墻前移的土建施工。2）橫臂采用銅鋼復合全水冷結構導電橫臂取代原有的導電銅管式電極支臂。導電橫臂設計電流密度4A/mm2，三根銅鋼復合導電橫臂均為箱式結構，并進行強制水冷，可保證足夠的熱態強度及剛度。三根橫臂由原有的三根立柱帶動獨立運動，因此電極仍然為傾斜方式安裝，電極心圓的直徑保持原設計參數不變。邊相橫臂前段設計為內彎的T型結構，邊相與中相間的夾角可做得較大，其間的安全距離可得到足夠的保證。三根橫臂的夾緊裝置結構尺寸8、完全一致，具有良好的互換性，減化了用戶的備品備件管理。銅鋼復合全水冷導電橫臂的應用可減少設備的運行故障，使維護工作更為簡單，熱停工時間大為減少。電極的夾緊裝置置于橫臂中，具有良好的工作環境，利用碟簧夾緊，液壓缸進行放松，工作可靠，維護調整極為方便，每相橫臂與立柱間均設置絕緣，而且，電極抱圈的絕緣面進行陶瓷噴涂處理，相間具有良好絕緣保護，熱態工作下絕緣十分可靠，立柱與橫臂的聯接方式為卡箍螺栓聯接，橫臂可在裝配位置進行微量調整，以保證三相電極的正確位置。中相橫臂后段抬高，使整個短網導電臂部分呈空間三角形布置。電極橫臂由三套銅鋼復合導電橫臂體，三套電極夾緊放松機構及三個水冷鉻青銅電極夾頭、電極抱箍等9、組成。電極夾緊為彈簧力，放松為液壓，缸體為雙活塞式，取出活塞即可更換密封圈，無需調整。夾緊力由專用測力計調整，出廠前以調好。改造的核心難點是導電橫臂與現有立柱的聯結。必須保證水冷電纜的分布合理，同時要考慮適當降低在冶煉過程中工作電極的高度，這樣兩個邊相橫臂與立柱的聯結支座的設計將采用中心線錯位、側向聯結的方式。技術規格及參數： 電極直徑350mm電極分布園 600mm（40t鋼液面）電極最大行程2100mm電極升降速度 電極放松缸直徑 220 碟簧尺寸 200101.216.2 夾緊力 196KN 總行程 40mm 電極升降缸尺寸 140行程2200mm3）短網a. 設備組成短網由撓性補償器組10、穿墻銅排組、大截面水冷電纜、安裝支架、電纜接頭、絕緣件以及聯接件等組成。短網是指變壓器二次側出線銅排以后，由撓性補償器組、穿墻銅排、大截面水冷電纜、導電橫臂、以及石墨電極等大電流線路裝置。其穿墻銅排的起始端與變壓器二次出線端子之間，采用軟絞線電纜的補償器，可以消除熱膨脹，電動力對固定件的影響，穿墻銅排，匯流排以及水冷電纜的支承處均由非導磁不銹鋼的支架承托，并用絕緣件襯墊。銅排選用較大截面，使其每相短網系統的電阻和電抗最小，同時使其三相電抗相等。技術規格及參數 阻抗絕對值 2.6m三相阻抗不平衡 5% 水冷電纜截面： 3000mm2 每相兩根 水冷電纜長度： 6000mm（暫定）4）調解器系統11、改造（同1#電爐，不再贅述）5）供貨范圍和報價序號設備名稱數量重量（t）價格（萬元）備注1導電橫臂1套5.322.3含不銹鋼連接支座3件和絕緣件2短網1套2.819.5含不銹鋼支架、軟聯和絕緣件3水冷電纜3根12.9SL30006m4調解器系統改造1套12含工控機和西門子S7-300PLC5設計、運輸和現場服務費1.56合計68.2以上方案，限于保留變壓器這一大前提和自由空間高度及橫臂長度的制約，要完全達到前述的4項改造目標，我們認為較難實現。但通過改造達到降低電耗、提高升溫速度的目的，還是可以取得一定的效果。除變壓器移位的土建部分改造工期，其他現場安裝和調試的時間大約56天。五、改造方案二根12、據技術分析中對現有40t-LF精煉爐設計和運行中諸多因素的考慮，本方案提出更多的改造內容，以期通過改造完全達到在本方案概述中雙方共同提出的4項改造目標。具體的改造內容是：1） 更換變壓器，采用新的7000kVA精煉爐變壓器系統。2） 對整個大電流線路進行徹底改造（同方案一）。3） 橫臂改造（同方案一）。4） 按1#電爐調解器的配置方案對精煉爐電氣系統進行改造。5） 立柱升降系統、立柱機架、導向輪等結構作局部改造，其他機械部件包括橋架、爐蓋提升機構、立柱、油缸等均可以利舊。電極升降不再采用傾斜電極方式，上下極心圓一致為620mm，導向輪裝置和立柱的上下支架須重新設計制作，立柱本體可以利舊，但位置13、前移約200mm，機架和導向輪在原土建基礎上重新設計制造。這樣將縮短鋼包中心至立柱中心的距離，由原來的3000mm縮短至2800mm。加之對短網的改造，總的大電流線路長度可以縮短約1200mm，這樣將較大地降低短網的阻抗損耗。6） 供貨范圍和報價序號設備名稱數量重量（t）價格（萬元）備 注17000kVA精煉爐變壓器1套722導電橫臂1套5.322.3含不銹鋼連接支座3件和絕緣件3短網1套2.819.5含不銹鋼支架、軟聯和絕緣件4水冷電纜3根12.9SL30006m5機架和導向輪1套9.27.86調解器系統改造1套12含工控機和西門子S7-300PLC7設計、運輸和現場服務費2合計148.5此方案的改造目的是為了滿足前述的四項目標，通過對現有40t-LF爐進行總體的優化設計，提高LF爐的綜合性能、生產效率和穩定運行性，降低單耗，同時最大限度地利用現有設備，節約改造的投資費用。此方案的現場工作量較大，包括橋架和立柱機架現場拆除后就地改制、總體設備安裝，土建部分變壓器墻前移等，較方案一現場總施工時間要長，需大約20天。西安山力冶金機電有限公司2006年7月31日