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1、双加热工位钢包精炼技术随着现代工业和现代科学技术的快速发展，国内机械、汽车、电子等行业，特别是国防业使用钢材标准和水平的不断提高，对整个冶金技术和钢材质量的要求越来越高。传统的电弧炉冶炼工艺由于操作时间长、能耗高、污染大、冶金缺陷多，已满足不了不同技术标准和经济条件的要求。为改变这种不适应的状况，国内有关电炉炼钢厂家近几年已进行了炉外精炼设施的相关研制，在引进 LF、VOD、AOD 等国外成熟炉外精炼设备的基础上进行改进。但由于相关技术和人才的缺乏，国内现有炉外精炼设备存在精炼周期长、能耗高、投资大、污染重等问题，已成为制约我国冶金行业优质特种钢材产品发展的瓶颈之一。现阶段，我国优特钢与粗钢总
2、量之比为 10%，合金钢的比例仅为 5%。若我国优特钢比例达到 15%，则优特钢总量应为 5500 万-6500 万吨水平。近年来，高级钢产品的需求量的增多，且工艺日趋成熟，不仅要求在钢包中对钢水进行适宜的精炼和均匀成分，还要在高精度范围内浇铸。为此，进行底吹多工位钢包精炼炉系统的研发，并且尽快使之实现国产化和产业化，就有着更为迫切的生产和社会的需求。现代科学技术的发展与进步，对工程材料的质量提出了越来越高的要求，为满足国民经济建设的需要，不仅兴起工程塑料、陶瓷材料和超级合金的研究开发工作，更推动了钢铁冶金技术的发展和进步，炉外精炼技术就是钢铁冶金技术的重要发展和突破之一，在整个冶金行业中处于
3、重要环节。底吹多工位钢包精炼炉技术是高效、低耗、环保炉外精炼技术，对国内炼钢行业的重要突破和发展特别是优特质钢材和超合金钢材冶炼起着很重要的作用。炼钢炉容量不断扩大，超高功率电炉的普遍应用，直流电弧炉的出现，连续铸钢技术的迅速发展以及生产多种特殊钢和合金（超低碳不锈钢，超纯铁素体钢等）的需要，炼钢方法发生了巨大变化，由一步炼钢发展为两步炼钢，即炉内初炼和炉外精炼；同时为进一步实现高质特殊钢材的冶炼，炉外精炼又分为一次精炼和两次精炼。炉外精炼技术之所以有了较为迅猛的发展，是由于其能够提高钢质量和产量，降低成本，改善劳动条件等优点。目前，全世界已有炉外精炼技术 30 余种，设备 1100 余台，我
4、国拥有不同精炼设备 100 余台。国外特别是发达的欧美国家，对大吨位（120 吨）的高效节能精炼炉系统的研究，在近年已经有出现，发达国家已开发了二次精炼工艺直接在钢包上精炼，进而提高了炼钢设备的生产能力，省去了因购置和使用 VOD、AOD 等二次精炼炉设备产生的高额成本及低效的操作过程。国内在此项技术研究方面明显滞后，尤其是对大吨位精炼炉系统的开发和对精炼炉的高效节能和多级除尘领域的研究与改进，都是国内冶金行业的发展迫切需要研发和掌握有自主知识产权的核心技术。本文着重介绍的双加热工位精炼技术应用于炼钢用大吨位（120 吨及以上）钢包精炼炉系统，该系统采用创新改进的低能耗 LF 精炼炉一次精炼和
5、 钢包吹氧脱磷二次精炼技术，同时具备利用横臂旋转实现高效双加热工位和节能环保等特点。该技术属于高效节能炉外精炼领域，可广泛应用于冶金行业不锈钢和优质特种钢材的生产精炼。二次炉外精炼是冶炼不锈钢和优质合金钢的关键，该技术是在钢水一次精炼后，把钢包移至二次精炼工位，并直接在钢包底部通过吹氩气自动调节装置充分调整钢液，顶部运用行走式集速氧枪吹氧精炼，增强了对熔池的穿透深度。在一次精炼时，通过横臂旋转的方式实现双加热工位，提高一次精炼的效率，降低精炼过程所需要的时间。下表为钢包精炼炉的传统单工位和双加热工位的冶炼时间对比：序号 项 目 单工序累积时间 min 双工序累积时间 min1 钢包吊至包车上
6、2.0 0.02 连接吹氩管、高压旁吹 0.5 0.53 包车开至加热工位 1.5 1.54 炉盖和电极下落到位 1.5 1.55 测温取样确定加热制度及成分微调 1.5 1.56 加渣料及合金料(提前备料) 1.0 1.07 送电加热精炼 24.0 24.08 测温取样 1.5 1.59 电极升起及旋转、定位 2.5 2.510 炉盖升起 0.5 0.511 包车开出加热工位 1.5 0.012 喂丝 2.0 0.013 软吹氩及气洗 5.0 0.014 加保温剂 1.0 0.015 断开吹氩管及吊出钢包 2.0 0.0合 计 48 34.5由以上对比可以看出，采用双加热工位后单炉少用时 1
7、3.5 分钟，效率提高 28%精炼过程工艺流程图 1.转炉挡渣出钢；2. 吊包至钢包运输车；1. 自动联接吹氩管试气；2.测温取样；3.钢包车进入加热工位；1.检查电极端头有无龟裂并处理；2.电极旋转、下降炉盖及电极；3.确定加料重量及供电制度；4.开启料仓加渣料及合金；5.高压旁吹并转入自动吹氩；6.送电精炼。1.测温取样 ；2.调整供电制度及吹氩制度；光谱室：钢样快速分析LF 炉主控室1.5 级控制1. 电极调节器 2. 精炼操作及优化；3. 输入功率控制及优化4. 吹氩控制及优化；5. 各种报表及通信；6. 炉子本体控制（逻辑、顺序）1.补充加渣料及合金；2.继续送电精炼；1.管路放气并
8、断开吹氩管，停止吹氩；2.吊包至连铸。1.软吹氩结束测温；2.取成品样分析。1.开始“软”吹氩；2.吹氩系统转入弱挡进行软吹氩（如需要，时间5-10）1.电极升起并旋转定位锁定、炉盖抬起；2.喂丝及处理；3.加保温剂。1.测温取样；2.调整供电制度使出钢温度符合软吹氩要求；不合格合格该技术设备的应用，使炼钢的一次精炼过程等待时间有效缩短，实现单台精炼炉具备双加热工位，并有效解决了钢水在一次精炼后进入 VOD、AOD 等二次精炼设备时的繁琐作业导致的精炼效率降低，以及钢水热能损失造成的高能耗和设备投资大等技术、经济瓶颈。精炼炉本体包括电极升降装置、旋转装置、驱动装置，电极升降装置安装在旋转装置、
9、驱动装置的上面。电极升降装置包括电极升降导向轮、电极横臂。旋转装置包括旋转底座装置、旋转定位装置。旋转底座装置包括旋转架、电极立柱托架；旋转定位装置包括立柱导向滚轮、定位锁紧装置。驱动装置包括驱动电机。旋转架尾部设有回转大轴承。本装置的电极平稳旋转、定位准确、定位精度高且定位重复性好，具有非常高的强度及稳定性。另外，结构简单、实用性强、生产成本不高，适合在相关技术领域推广使用。中空的菱形电极升降立柱为焊接构件（上部水冷） ，在立柱上开有缺口以满足设备的检修，立柱前后焊有导轨（导轨材质 16Mn，表面淬火处理） 。立柱内部装有电极升降的液压缸，液压缸的升降满足电极横臂的升降要求，立柱上部的水冷托
10、架通过绝缘装置与导电横臂相联。为了防止因意外事故因素导致电极升降缸失压(如电极升降缸高压软管破裂等)，故在电极升降缸进油口处装设有一安全阀。电极旋转时需整个提出炉盖，在旋转时，整个横臂、电极会有冲击，易折断电极。故立柱和横臂必须有足够的钢性及强度，以避免在旋转时整体设备的颤动。电极升降导向轮装置用于电极升降机构定位导向，共由 24 个滚轮组成,对应电极升降立柱上下各设一组，分别安装在电极升降上基架的上下层。每两个滚轮为一组，互为 90，安装在同一底座上，通过螺栓固定于平台上。润滑通过轴端的油孔通到轴承之间的间隙处，轴承的外端设有密封；滚轮考虑互换性。电极升降及旋转支撑架是用钢板焊接成的异形基础
11、构件，具有非常高的强度和刚性，其分为上、下两层，分别安装电极升降立柱及其对应的导向轮装置；下层与旋转装置联结，以完成电极在两个加热功位的交替工作。电极升降托架是用钢板焊接成的构件，用于安装电极升降立柱，是电极升降油缸的基础。旋转装置（含驱动装置、成套轴承）由成套旋转托轮和联结附件等组成，旋转装置上下分别与电极升降及旋转支撑架和旋转底座装置联结，另外旋转驱动装置采用液压缸。考虑到设备接地及电极旋转的旋转轴承不允许通过电流，故旋转基架和旋转底座装置之间必须设有接地联结线。旋转底座装置是设备的基础构件，具有非常高的强度和刚性，下部与基础相联结，上部与旋转装置相联结。旋转定位装置实现电极升降机构旋转到
12、位后准确定位及锁定。其特殊的结构和设计理念确保定位精度和定位的重复性，同时也保证了电极的平稳停止。旋转定位设有二个不同的工作位置即两个锁定位置。创新性的横臂旋转装置采用行走电机在弧形轨道上在变频器的控制下平稳的行走，避免传统通过液压缸推动进行旋转过程中出现的旋转速度不平稳，容易折断石墨电极损伤设备的现象，同时，电极横臂旋转到位后，通过旋转定位装置进行精确定位，实现平稳冶炼。随着钢质量要求的提高,增加了炉外精炼的处理时间及处理工序,因而出现了为补偿钢液温度降低而提高转炉出钢温度的倾向。但是,由于转炉的寿命随着出钢温度的升高而降低,所以在钢水炉外精炼时有必要实施不提高出钢温度的温度补偿。 作为炉外
13、精炼的温度补偿,已经问世的方法有电弧加热法,吸 H 一 OB法等等。前者虽有不降低钢液纯净度进行加热的优点,可也有一设备费用高的缺点。后者虽有改造己有精炼设备的方便,适合于钢液加热,但在加热量大的时候,却有真空罐内衬耐火材料溶损及钢液纯净度下降的缺陷，作为弥补这些缺点的方法, ,用惰性气体搅拌包内钢液,由顶吹氧枪高速供给氧气,能得到比以往的方法快的钢液加热速度。这里的问题是随着供给氧气速度的增加,合金之类的成分变动,液态金属的氧化可能造成渣的碱度降低，对耐火材料使用寿命有的影响。通过完善整体机械结构和各模块部件，采用有限元结构力学分析方法，对钢包关键部件的三维模型进行强度刚度校核，通过运动仿真避免液压系统运动干涉和不合理的结构。根据现场冶炼强度及吨位大小，改进炉衬材料及砌筑方式，进一步降低炉衬材料的吨钢消耗量，减少操作和维护运行成本。在前期工艺参数优化理论研究的基础上，结合不同钢种合金成分的分析，综合分析吹氧，吹氩过程中温度及吹胀压力对钢液合金成分微调的影响，确定符合本系统运行的最优工艺参数。
