電弧爐煉鋼改造及工業性試驗研究

馬潤森

（晉能控股裝備制造集團中央機廠鑄造車間，山西 大同 037000）

目前，我國鑄造企業主要以電弧爐煉鋼為主，該種煉鋼方式相比于傳統氧氣轉爐煉鋼方式，不僅所消耗的原料鋼鐵較少，而且在煉鋼過程中所排放的CO2量也非常少[1]。因此，電弧爐煉鋼方式被廣泛應用。電弧爐煉鋼方式主要以廢棄鋼鐵和少量生鐵為原料，其煉鋼主要能源為電能。隨著工業的發展，對鋼鐵的需求量越來越大，對煉鋼工業的效率提出了更高的要求，尤其是對能量利用率、生產率以及電耗等方面的要求。

1 電弧爐煉鋼液壓系統的改造

液壓系統為電弧爐煉鋼中的關鍵系統，電弧爐的各項動作均是通過液壓系統實現控制。因此，電弧爐液壓系統正常與否直接決定設備能否正常運行。目前，電弧爐液壓系統主要存在電弧爐傾動時發生了非常劇烈的振動、液壓泵的打壓工序存在滯后現象、無法對液壓泵的電極升降系統進行在線維修等問題。

1.1 電弧爐傾動振動劇烈問題原因分析及改造

在實際生產中，當電弧爐出渣時，液壓油缸會出現顫動現象，進而引發電弧爐出現劇烈振動。電弧爐出現劇烈的振動，不僅會導致鋼渣外溢，而且還會導致鋼渣出現噴濺的現象，同時，劇烈的振動還會導致鋼渣進入鋼包中，影響最終所煉鋼鐵的質量。

原因分析：電弧爐傾動對應液壓部件的動作為通過油缸活塞桿下移實現，在傾動過程中由于液壓油缸上腔壓力在0.6 MPa上下浮動，而該液壓系統中液控單向閥的啟動壓力為0.6 MPa，導致液控單向閥頻繁地開啟關閉，從而引起電弧煉鋼爐時動時停，直接表現為電弧爐出現了振動現象。

改造方案：鑒于上述由于液壓油缸上腔壓力導致液控單向閥頻繁開啟或關閉，將液控單向閥的控制油管改進為單獨控制回路，即可實現對液控單向閥開啟與關閉的主動控制，其直接控制部件為二位三通的電磁球閥[2-3]。

1.2 柱塞泵打壓操作滯后問題的原因分析及改造

目前，電弧爐柱塞泵的液壓控制回路與整個系統的主回路是連接在一起的。在實際生產中發現，當電弧爐已經正常啟動，柱塞泵卻無法達到其啟動所需的壓力，從而導致電弧爐出現傾動、爐蓋旋轉以及電機升降動作異常的情況。同時，由于柱塞泵打壓滯后的問題，導致無法對液壓泵進行及時更換，從而影響了整個鋼鐵冶煉工藝[4-6]。

原因分析：電弧爐整個液壓系統主回路的液壓油的壓力設定為0.6 MPa，而對應的柱塞泵的卸油壓力為0.4 MPa。由于主回路液壓壓力大于柱塞泵的卸油壓力，導致柱塞泵不能夠正常完成卸油操作，從而影響其后續的正常打壓操作。

改造方案：將柱塞泵液壓油管路與主回路分開，為柱塞泵單獨設定一條控制回路，與液壓油箱直接連接，并將壓力控制在0.05～0.1 MPa，保證柱塞泵液壓油可正常卸載。

1.3 電極升降系統無法在線維修問題原因分析及改造

在實際生產中，無法對電極升降系統中出現異常的閥組進行單獨在線維修，只有將所有設備都停機后才能維修[7-8]。

原因分析：現場總共有4套電極升降閥組，其中3套為常用，另外1套為備用。但是，4套升降閥組均采用一個公共控制油閥門對其進行控制。當其中一個電極升降閥組出現故障時，在公共控制油閥的作用下關閉所有電極升級閥組才能夠對其中一個出故障的閥組進行維修。此時，備用電極升降閥組也不能夠正常運行，從而無法實現在線維修。

改造措施：將現場4套電極升降閥組的控制油路采用閥門對其進行逐一隔離。當某個電極升降閥組出現故障，只需關閉其對應的閥門，并啟動備用電極升降閥組，即可在不停機的情況下對升降閥組進行維修。改造后電極升降閥組液壓原理如圖1所示。

圖1 改造后的電極升降系統液壓控制原理圖

2 電弧爐煉鋼用氧技術的改造

2.1 現狀分析

目前，電弧爐煉鋼的主要生產工況如下頁表1所示。

表1 改造前電弧爐煉鋼主要生產工況

目前，電弧爐煉鋼主要采用爐門氧槍進行供氧，由于供氧能力不足，導致在實際生產中出現系統脫碳速度過慢，在煉鋼熔池中的鋼水溫度及其組分分布不均勻，在整個煉鋼工藝存在O2利用率低等問題。

2.2 用氧技術的改造

為解決傳統供氧方式的供氧不足所導致的系列問題，在本工程擬投入高效多位SGOB用氧技術[9]。具體實施方案如下：在電弧爐側裝一支碳粉槍、一支EBT氧槍和兩支爐壁氧槍，在偏心區域側裝一支氧槍。在上述氧槍、碳粉槍的相互配合作用下，使得電弧爐中的用氧情況達到最優化狀態。具體安裝效果見圖2。

圖2 多位SGOB用氧改造示意圖

實踐表明，采用多位SGOB用氧技術進行改造后，系統的脫碳速度明顯增加，每分鐘脫碳可達到0.10%左右，較之前的0.03%有顯著提升。同時，電耗和冶煉周期方面也有明顯提升，具體如表2所示。

表2 用氧技術改造效果

3 結論

本文重點對電弧爐煉鋼工藝中液壓系統存在的缺陷以及用氧不足的問題進行改進，達到提高電弧爐煉鋼效率和安全性的目的，具體如下：

1）針對電弧爐煉鋼中液壓系統存在的不足，重點對電弧爐傾動振動劇烈、柱塞泵打壓滯后以及電極升降系統無法實時在線維修問題進行改造。

2）采用高效多位SGOB用氧技術，解決了用氧不足所導致的脫碳速率低、電耗大以及冶煉周期長的問題。