电弧炉炼钢改造及工业性试验研究
时间：2023-06-27 09:40:02 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
马润森
（晋能控股装备制造集团中央机厂铸造车间，山西 大同 037000）
目前，我国铸造企业主要以电弧炉炼钢为主，该种炼钢方式相比于传统氧气转炉炼钢方式，不仅所消耗的原料钢铁较少，而且在炼钢过程中所排放的CO2量也非常少[1]。因此，电弧炉炼钢方式被广泛应用。电弧炉炼钢方式主要以废弃钢铁和少量生铁为原料，其炼钢主要能源为电能。随着工业的发展，对钢铁的需求量越来越大，对炼钢工业的效率提出了更高的要求，尤其是对能量利用率、生产率以及电耗等方面的要求。
液压系统为电弧炉炼钢中的关键系统，电弧炉的各项动作均是通过液压系统实现控制。因此，电弧炉液压系统正常与否直接决定设备能否正常运行。目前，电弧炉液压系统主要存在电弧炉倾动时发生了非常剧烈的振动、液压泵的打压工序存在滞后现象、无法对液压泵的电极升降系统进行在线维修等问题。
1.1 电弧炉倾动振动剧烈问题原因分析及改造
在实际生产中，当电弧炉出渣时，液压油缸会出现颤动现象，进而引发电弧炉出现剧烈振动。电弧炉出现剧烈的振动，不仅会导致钢渣外溢，而且还会导致钢渣出现喷溅的现象，同时，剧烈的振动还会导致钢渣进入钢包中，影响最终所炼钢铁的质量。
原因分析：电弧炉倾动对应液压部件的动作为通过油缸活塞杆下移实现，在倾动过程中由于液压油缸上腔压力在0.6 MPa上下浮动，而该液压系统中液控单向阀的启动压力为0.6 MPa，导致液控单向阀频繁地开启关闭，从而引起电弧炼钢炉时动时停，直接表现为电弧炉出现了振动现象。
改造方案：鉴于上述由于液压油缸上腔压力导致液控单向阀频繁开启或关闭，将液控单向阀的控制油管改进为单独控制回路，即可实现对液控单向阀开启与关闭的主动控制，其直接控制部件为二位三通的电磁球阀[2-3]。
1.2 柱塞泵打压操作滞后问题的原因分析及改造
目前，电弧炉柱塞泵的液压控制回路与整个系统的主回路是连接在一起的。在实际生产中发现，当电弧炉已经正常启动，柱塞泵却无法达到其启动所需的压力，从而导致电弧炉出现倾动、炉盖旋转以及电机升降动作异常的情况。同时，由于柱塞泵打压滞后的问题，导致无法对液压泵进行及时更换，从而影响了整个钢铁冶炼工艺[4-6]。
原因分析：电弧炉整个液压系统主回路的液压油的压力设定为0.6 MPa，而对应的柱塞泵的卸油压力为0.4 MPa。由于主回路液压压力大于柱塞泵的卸油压力，导致柱塞泵不能够正常完成卸油操作，从而影响其后续的正常打压操作。
改造方案：将柱塞泵液压油管路与主回路分开，为柱塞泵单独设定一条控制回路，与液压油箱直接连接，并将压力控制在0.05～0.1 MPa，保证柱塞泵液压油可正常卸载。
1.3 电极升降系统无法在线维修问题原因分析及改造
在实际生产中，无法对电极升降系统中出现异常的阀组进行单独在线维修，只有将所有设备都停机后才能维修[7-8]。
原因分析：现场总共有4套电极升降阀组，其中3套为常用，另外1套为备用。但是，4套升降阀组均采用一个公共控制油阀门对其进行控制。当其中一个电极升降阀组出现故障时，在公共控制油阀的作用下关闭所有电极升级阀组才能够对其中一个出故障的阀组进行维修。此时，备用电极升降阀组也不能够正常运行，从而无法实现在线维修。
改造措施：将现场4套电极升降阀组的控制油路采用阀门对其进行逐一隔离。当某个电极升降阀组出现故障，只需关闭其对应的阀门，并启动备用电极升降阀组，即可在不停机的情况下对升降阀组进行维修。改造后电极升降阀组液压原理如图1所示。
图1 改造后的电极升降系统液压控制原理图
2.1 现状分析
目前，电弧炉炼钢的主要生产工况如下页表1所示。
表1 改造前电弧炉炼钢主要生产工况
目前，电弧炉炼钢主要采用炉门氧枪进行供氧，由于供氧能力不足，导致在实际生产中出现系统脱碳速度过慢，在炼钢熔池中的钢水温度及其组分分布不均匀，在整个炼钢工艺存在O2利用率低等问题。
2.2 用氧技术的改造
为解决传统供氧方式的供氧不足所导致的系列问题，在本工程拟投入高效多位SGOB用氧技术[9]。具体实施方案如下：在电弧炉侧装一支碳粉枪、一支EBT氧枪和两支炉壁氧枪，在偏心区域侧装一支氧枪。在上述氧枪、碳粉枪的相互配合作用下，使得电弧炉中的用氧情况达到最优化状态。具体安装效果见图2。
图2 多位SGOB用氧改造示意图
实践表明，采用多位SGOB用氧技术进行改造后，系统的脱碳速度明显增加，每分钟脱碳可达到0.10%左右，较之前的0.03%有显著提升。同时，电耗和冶炼周期方面也有明显提升，具体如表2所示。
表2 用氧技术改造效果
本文重点对电弧炉炼钢工艺中液压系统存在的缺陷以及用氧不足的问题进行改进，达到提高电弧炉炼钢效率和安全性的目的，具体如下：
1）针对电弧炉炼钢中液压系统存在的不足，重点对电弧炉倾动振动剧烈、柱塞泵打压滞后以及电极升降系统无法实时在线维修问题进行改造。
2）采用高效多位SGOB用氧技术，解决了用氧不足所导致的脱碳速率低、电耗大以及冶炼周期长的问题。
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