某钢公司120吨 LF钢包精炼炉短网及电气控制简介

李涛+马胜武

摘 要：LF（Ladle Furnace）炉是70年代初期在日本发展起来的精炼设备。由于它设备简单，投资费用低，操作灵活和精炼效果好而成为冶金行业的后起之秀，在日本得到了广泛的应用与发展。LF炉所处理的钢种几乎涉及从特钢到普钢的所有钢种，生产中可视质量控制的需要，采用不同的工艺操作制度。在各种二次精炼设备中，LF炉的综合性价比高。精炼炉作为一个复杂的冶炼系统，炉内温度受各种因素的影响。从初炼炉（如EAF、BOF）出钢开始，出钢过程中的能量损失，受到钢包物理参数影响。运输时间的长短，吹氩量的多少也影响钢水温度。合金料，循环冷却水，烟气烟尘，电极，变压器等构成了整个精炼炉温度模型的基础。

关键词：短网；变压器；PLC；精炼炉

一、LF钢包精炼炉主要功能

1、电弧加热升温

2、钢水成分微调

3、脱硫、脱氧、去气、去除夹杂

4、均匀钢水成分和温度

5、改变夹杂物的形态

6、作为转炉、连铸的缓冲设备，保证转炉、连铸匹配生产。

二、 某钢精炼炉作业工序流程

钢包吊至钢包车上→连接吹氩管、试气→钢包车开至加热工位→炉盖和电极下落到位→测温取样确定加热制度及成分微调→加渣料及合金料→送电加热精炼→测温取样→炉盖、电极升起→钢包车开出加热工位→喂丝→加保温剂→软吹氩及气洗→断开吹氩管及吊出钢包

三、短网

从变压器二次端头到电极的二次母线设备总称短网。短网的电参数对精炼炉的正常运行起作决定性的作用，精炼炉的生产率、炉衬寿命、功率损耗及功率因数等在很大程度上都取决于短网的电参数的选择。 某钢精炼炉短网主要由水冷补偿器、水冷电缆、导电横臂、电极、电极夹持器等部件组成。短网具有以下特点：

1）电流大.

2）长度短。

3）结构复杂。

4）工作环境恶劣。

四、电气及自动化控制

1.高压电控系统

用于精炼炉变压器一次侧电源合闸和分断，充分考虑对高次谐波的抑制及各种过电压对炉变绝缘及高压元件的影响。主要由进线柜、炉变真空开关柜及保护装置组成。

1）进线柜包括隔离开关，主要用来隔离电源，便于安全检修；另外还包括电压互感器完成电量计量及保护；氧化锌避雷器装置能防止真空断路器断电时形成操作过电压对电压互感器的冲击。

2）真空开关柜一台，包括断路器（西门子）手车、电流互感器，断路器采用弹簧操作机构，可以进行远距离操作，完成变压器电源的接通和分断；真空断路器合闸回路，采用防跳装置，克服了真空触头反复合、分导致的电弧重燃，有效的延长了触头寿命。真空开关柜还包括微机综合保护装置，用于电量计量及电流速断保护、反时限过流保护、监控和数据采集（其中有功、无功电度具有脉冲输出）、低电压保护及变压器保护等。

3）保护装置包括氧化锌避雷器及阻容吸收装置，能有效防止操作过电压和浪涌过电压对变压器和电压互感器绝缘可能造成的危害。

2.低压电控系统

低压电源来自于炼钢新区中控楼配电室转炉二段进线，断路器额定电流1000A，MCC为液压系统、钢包回转台、加料系统、吹氩系统、、喂丝系统、测温及辅助系统等精炼炉设备提供动力及控制电源，配合PLC能够实现相关设备的精确控制以满足工艺要求。系统控制回路采用隔离变压器，由各分路自动开关馈送给各个系统以保障控制回路穩定可靠。

3.仪表控制系统

仪表控制系统主要完成钢水温度测量；冷却水流量、温度、压力测量；氩气流量及压力测量、加料称量。仪表控制系统采用电气、仪表、计算机一体化设计，由仪表、PLC及上位机LCD组成；主要特点是采用上位机LCD显示和仪表显示相结合，方便操作人员观察。能把工艺生产有关的数据进行传送和采集，所有被检测的工艺参数，一旦出现故障和报警，上位机LCD屏幕上就会报警显示。

4.自动化控制系统

自动化系统由一套电极调节PLC控制系统和一套LF炉本体PLC控制系统、上料PLC控制系统及两台计算机操作站及工业以太网组成。具备和二级站通讯的功能，并预留出足够的扩展空间。

最为关键的事电极升降PLC控制站，其配置了相应的AI/AO，DI/DO模块及通讯模块，用于现场弧流、弧压及相应工艺信息，电极位置状态的采集，进行系统控制、调节。PLC的输入，输出全部采用隔离。电极升降调节系统是一个相对独立的PLC系统，若发生局域网故障，它仍能独立完成电极自动升降的功能。同时又与一级局域网相连接，能很方便的与网络上其它节点通讯。电极升降控制的目的是通过液压站比例阀，调节电极末端距钢液面的距离， 来保证冶炼过程中电量的状态变量跟踪优化后的输入功率设定点。

五、主要设备及功能

1.电极升降装置

电极升降立柱用钢板及无缝钢管焊接成的“菱型（V型）”构件，内腔装设独立的立柱升降油缸。

2.水冷系统

为设备各冷却点提供相应的冷却水以确保设备的安全可靠运行。将所检测的温度、水压及流量信号送至PLC。当压力过低、温度过高时、流量过低，控制室将有声光指示和报警。设备的所有的水管联结采用螺纹联接。

3.液压系统

1）泵站的高压柱塞泵选用原装进口恒压变量柱塞泵，其配置的驱动功率约为30KW；共三套，两用一备。

2）阀站的三相电极升降调节采用三个进口电液比例阀；炉盖升降系统采用DN10三位四通电液阀并备有双单向节流阀（具有液压锁功能）；电极松开控制系统采用DN6二位四通电液阀控制。

3）油箱设有温度控制器（高/低温度）及液位计以对液位（高/低）发讯器，用于对系统进行报警和发讯。同时配有循环过滤冷却/加热系统及其他附件；液压介质为阻燃水-乙二醇，油箱及管路采用不锈钢材质。

4）蓄能器装置主要功能为满足事故状态下， 将电极及炉盖提升一定高度使钢包回转台可以开出，同时也起到平衡液压系统压力作用；另外蓄能器配有压力保护和切断卸荷装置。

4.精炼炉变压器

变压器为钢包精炼炉的冶炼过程提供热力学条件。主要设备包括变压器本体和各种附件、储油柜，MR有载调压开关及储油柜，板式油水冷却器及其操作箱。

2011年3月29日， 某钢公司精炼炉热负荷试车一次性成功。3月30日，45#钢坯顺利过拉矫机，成份全部合格。4月20日，PC钢棒用30MnSi新钢种顺利开发生产，标志着公司新产品开发迈出了坚实的一步。数年来一系列的生产过程中，精炼炉设备未出现较大影响安全、生产故障，运行基本平稳。