210T-LF钢包精炼炉的设计

习德兵湖南华菱安塞洛米塔尔汽车板厂VAMA，湖南娄底　417000

210T-LF钢包精炼炉的设计

习德兵
湖南华菱安塞洛米塔尔汽车板厂VAMA，湖南娄底417000

主要介绍湖南华菱涟钢2台双工位210T钢包精炼炉的主要设备的设计，包括铜钢导电横臂，水冷炉盖及液压系统。

铜钢导电横臂；水冷炉盖；液压系统

随着我国钢产量的提高，用户对钢材质量提出了越来越高的要求，各钢厂都纷纷采用新技术新工艺来提高产品的竞争力。LF钢包精炼炉作为一种成熟的精炼技术，已经在钢厂得到广泛的应用。它取代初炼炉进行还原期操作，同时对钢液进行升温、脱氧、脱硫、脱气、合金化、吹氩搅拌，提高钢液质量，喂丝改变夹杂物形态，去除夹杂，作为转炉、板坯连铸合浇之间的缓冲器。

2008年～2009年，由西安桃园冶金设备公司设计并制造的2座双工位电极旋转式210T-LF炉在华菱涟钢顺利投产达效，大大提高了连铸机的生产效率。

1　总体布置及主要设备参数

LF钢包精炼炉与转炉采用离线－横轨布置，采用双加热工位，双水冷炉盖，共用一套供电系统，采用双处理工位电极旋转方式，两工位共用一套电极横臂升降和电极旋转系统，并建有+6.3m操作台，在平台上可以进行测温取样等操作。

钢包公称容量200t，最小/最大容量140t/230t，耳轴中心距/钢包上口外径5 300mm/Φ4 288mm，自由空间高度400mm，钢水罐置于钢包车上罐口标高+5.3m。采用铜钢复合导电横臂。

2　导电横臂

2.1导电横臂设备简图

2.2设备构造

中空的菱形电极升降立柱为焊接构件，立柱前后焊有导轨（16Mn），焊后整体退火， 立柱内部装有电极升降的液压缸，立柱上部的水冷托架通过绝缘装置与导电横臂相联。导电横臂为钢铜复合板的矩形梁结构件，内部通水冷却，中间为无缝钢管的芯管，导电横臂采用修正三角形布置。电极夹放机构依靠弹簧的恢复力将石墨电极夹紧，依靠油缸压缩碟簧完成电极的放松。电极升降控制方式采用比例阀，电极升降液压回路设有锁定功能。比例阀三用一备，当任意阀出现故障时，备用阀能及时自动切换投入系统。电极分布园直径≤Ф900mm，钢铜复合板的铜板厚度需要集肤深度，可由此公式计算

对铜计算集肤深度cu=9.5mm，因横臂内通冷却水，故电流密度可按4.5A/mm2计算，这样铜层厚度选择为5mm。

3　炉盖设计

3.1炉盖主要功能

实现炉内微正压、还原气氛满足冶炼工艺要求，收集冶炼过程中所产生烟气并将各种渣料及合金送入炉，减少热辐射和热损失、降低耐火材料消耗。

3.2设备构造

3.3炉盖技术参数

1）水冷裙边与钢包重合高度 ≥150mm。

2）炉盖正常使用寿命≥6000炉次。

3）炉内压力20～50Pa。

4）除尘风量175 000m3/h（单工位）。

4　液压系统

4.1设备组成及用途

LF炉液压系统是LF炉中的一个重要组成部分，主要由液压泵站、蓄能器组及控制阀台等三部分组成，主要对电极升降、电极放松、炉盖升降、旋转定位等设备提供液压传动和控制。

4.2液压系统流量的确定

其中：Q-油缸工作时最大流量L/min；

D-油缸最大内径mm；

V-油缸工作时最大速度m/s。

电极升降缸的运动由三位四通O型比例阀控制，油缸底部设有液控单向阀，以防止爆管时电极下落。当电极升降控制打开时，液控单向阀打开。三根电极共3个油缸，油缸 腔径：160mm，行程4 200mm，最大速度v：4.5m/s，工作压力P：12MPa。根据流量计算公式计算Q1=90.4L/min。

电极松开装置靠弹簧力机械夹紧，靠液压力放松。当二位四通电磁阀失电时，夹紧机构夹紧。主要技术参数：共3个缸，油缸腔径：200mm，行程64mm，最大速度v：2m/s，工作压力P：12MPa。根据流量计算公式得Q2=62L/min。

炉盖升降由三位四通J型电磁换向阀控制，由调速阀调节速度，油缸底部设有液控单向阀，以防止爆管时炉盖下落。当炉盖升降控制打开时，液控单向阀打开，两个炉盖共2个油缸，油缸腔径：200mm，行程600mm，最大速度v：3m/s，工作压力P：12MPa。流量计算 Q3=94.2L/min。

由于电极升级，电极夹紧和炉盖升降不能同时工作，所以液压系统的流量峰值Q=3Q1=271.2 L/min。由此选用三台恒压变量柱塞主泵（1台备用），型号为PVH141QIC-RSF-13S-10-C25V31，转速为980r/min，排量为140ml/r，每台泵的输出流量Q=138L/min，2台主泵提供的流量为276L/min，可满足此系统峰值的要求。

为满足事故状态下，将电极及炉盖提升一定高度使钢包车开出，同时为平衡液压系统压力，设置了蓄能器装置，保证炉盖提升500mm，电极提升≥1/3行程。

A为液压缸有效面积，L为液压缸事故时行程，K为油缸损失系数估算时K=1.2。

炉盖提升需要的油量：

Va=A*L*K=3.14*4*5/4*1.2=18.8L

电极提升需要油量：

Vb= A*L*K=3.14*2.56*14*1.2=33.7L

事故时总油量为：V=2Va+3Vb=138.7L

根据波义尔定律P0V0=P1V1=P2V2=C

P2=120bar，P1=100bar，选用100L的蓄能器，每个蓄能器能提供的事故油量为

ΔV=17L，故选用8个100L的蓄能器在氮气压力泄为100bar时可提供136L油量。

液压系统中还设置了循环过滤冷却装置，对油液进行过滤冷却，保证油品的清洁度和温度，确保液压系统的正常运行。

5　结论

此设计的电极、炉盖和液压系统顺利完成了调试和联动试车并经长时间生产使用，完全符合生产工艺的要求。

［1］雷天觉.新编液压工程手册［M］.北京：北京理工大学出版社.

［2］刘桂凤.LF炉液压系统分析［J］.天津冶金，2002（增刊）.

［3］成大先.机械设计手册［M］.北京：化学工学出版社.

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1674-6708（2015）152-0158-02