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LF炉变压器容量及技术参数确定 阎立懿 1 肖玉光 1 李延智 2 刘一心 2 胡显坤 2 (1: 东北大学材料与冶金学院 沈阳110004 2:长春电炉有限责任公司 长春130031) 摘要 以配合电弧炉炼钢的LF炉为主,指出炼钢电弧炉与LF炉工艺的差别,分析影响LF炉变压器额 定容量因素,根据电弧炉的冶炼周期,考虑电弧炉与连铸生产节奏、LF炉最大的处理钢水量及最短处理周期 (最大处理能力)等来确定变压器的容量;根据LF炉工艺特点、 处理的钢种等确定变压器的主要技术参数。 关键词 LF炉 电弧炉 炼钢 变压器 技术参数 中图分类号 TF741. 5 文献标识码 B Determ ination of Capacity and Technical Parameters of Transfomer for Ladle Furnace Yan Liyi 1 Xiao Yuguang 1 Li Yanzhi 2 Liu Yixin 2 Hu Xiankun 2 (1:Northeastern University 2: Changchun Electric Furnace Co. ,Ltd. ) ABSTRACT Focused on the ladle furnace cooperatingwith the steelmaking of electric arc furnace, the differ2 ences between the process of steelmaking electric arc furnace and ladle furnace are pointed out .The factors that af2 fect the rating capacityof the transfor merof ladle furnace are analyzed. According to the cycle of electric arc furnace, the producing period of electric arc furnace and concaster as long as the maximum capability of ladle furnace is con2 sidered to determine the capacity of transformer . Based on the processing characteristic of ladle furnace and the cate2 gories of steel, the main technical parameters of transfor mer are determined. KEYWORDS Ladle furnace Electric arc furnace Steelmaking Transformer Technical parameter 炼钢电弧炉与LF钢包精炼炉(简称LF炉) 都属于电弧炉,均以电弧热源为主。但因其工作 对象及工艺操作不同,如电弧炉主要是废钢的熔 化,而LF炉主要是钢液的精炼;作用不同,如电 弧炉主要是熔化初炼,LF炉主要是升温精炼与调 节生产节奏;所以它们在确定LF炉变压器容量 及其主要技术参数方法上大不相同。 LF炉就其数量将来要成为世界上最多的炼 钢炉(与转炉和电炉相比 ) , 就其重要性也是不可 替代的。但目前LF炉设备技术参数,尤其是变 压器容量及其主要技术参数的确定特别混乱,大 多数采用经验方法,偶尔见有用公式定量法,但 也使用错误。这就容易使得所选变压器容量过 大,造成投资增加、 设备利用率降低等;或者所选 变压器容量过小,造成钢水升温速度慢,跟不上 流程节奏,甚至造成钢包衬寿命大幅度降低等。 为此,围绕这些方面问题进行大量研究,并为十 几座LF炉进行设计,使用效果良好。 1 LF炉的作用 1 电弧炉的功能分化结果使超高功率电弧炉 仅保留熔化、 升温和必要精炼功能(脱磷、 脱碳)。 而其余的冶金过程都移至钢包中进行,钢包完全 55 TotalNo. 157 June 2006 冶 金 设 备 METALLURGI CAL EQU IPMENT 总第157期 2006年6月第3期 作者简介:阎立懿,男, 1953年出生,副教授,主要从事电炉炼钢流程工艺及装备技术的研究 可以为初炼钢液提供各种最佳精炼条件,可对钢 液进行成分、 温度、 夹杂物、 气体含量等的严格控 制,以满足用户对钢材质量越来越严格的要求。 电弧炉与LF炉相配合带来以下优越性: 1) 缩短冶炼时间、 提高电弧炉的生产率 电弧炉与LF炉相配合时,因取消电弧炉的 还原期,提高生产率的效果最为显著,一般可以 提高电弧炉生产率25%以上。若与超高功率电 弧炉相配合,则可提高生产率50%100%。 2) 改善钢质量、 扩大品种 电弧炉与LF炉相配合能生产出夹杂物(氧、 硫)含量少的纯净钢,扩大生产的钢种。 3) 调节电弧炉与连铸的生产节奏,实现多炉 连浇 连铸技术的出现,连铸机要求炼钢设备能定 时、 定量地提供一定温度的优质钢水。使用传统 的炼钢工艺很难满足这些要求,连铸技术的作用 不能充分发挥,车间连铸比难以提高。LF炉在炼 钢电弧炉与连铸机之间起到保温、 调温的缓冲作 用,则可显著地改善电弧炉与连铸机的配合,实 现多炉连浇。 4) 降低生产成本 提高生产率、 改善钢的质量及实现多炉连浇 都可以使产品成本降低,提高企业效益。 2 LF炉变压器额定容量的确定 2. 1 影响变压器容量因素分析 2. 1. 1 变压器容量与钢水升温速度 由于LF炉与电弧炉工作特点不一样,因此 必须采用专用的LF炉用变压器。 变压器额定容量的大小主要取决于所要求 的升温速度及设备的水准(效率的高低)。根据 LF炉的工作特点,由焦尔-楞次定律,推导出LF 炉变压器额定容量与钢水升温速度的关系 2 ,LF 总功率: Pn= 60 CG cos e h = 60 CG cos (kWh)(1) 式中: 当LF炉钢包传热稳定时,钢水的 平均升温速度,=T /min,一般要求3 5/min; T LF炉中钢水的温升,; LF炉中钢水纯升温时间,min; C 钢液的比热,C=0. 828MS/kgK; cos 功率因数, cos= Pa Pn ,一般为0. 8 0. 82; G LF炉处理钢水量,t; e LF炉电效率,e= Parc Pa ,一般为0. 85 0. 95; Pn LF炉总功率; Pa LF炉有功功率, kW; Parc LF炉电弧功率, kW; h 钢包本体热效率,h=0. 40. 5; LF炉总效率或LF炉热效率, e h=0. 30. 4,其大小与LF炉装备以及控制水 准有关:如钢包的状况(包衬结构、 炉役期、 烘烤 状况等) , LF炉热损失(包衬绝热、 水冷、 排烟 等 ) , 短网阻抗等有关;与工艺操作水平有关:如 造渣及其操作、 热停工时间及其处理周期等。 分析式(1)可以看出,LF炉变压器额定容量 与处理钢水量和所需要的升温速度成正比,与功 率因数和LF炉热效率成反比。当处理钢水量一 定时,LF炉变压器额定容量主要是钢水升温速度 和LF炉热效率的函数。 2. 1. 2 钢水升温速度与LF炉热效率 2 一般钢水升温速度与变压器输入功率、LF炉 热效率成正比。当变压器容量额定时,钢水升温 速度的大小直接受LF炉的热效率影响,因此,采 取诸如加强钢包衬的绝热、 充分烤包、 减少LF炉 的散热以及造好泡沫渣等,均可提高LF炉的热 效率,如能将LF炉热效率由0. 35提高到0. 4,可 使钢水升温速度提高近15% ,这将进一步缩短加 热时间、 降低电耗及电极消耗。 2. 2 处理周期 LF炉处理周期,包括全容量钢水在钢包内的 精炼时间与LF钢包运输时间。在确定LF炉处 理周期时不但要考虑钢种工艺操作的要求,还考 虑生产节奏,即考虑到LF炉与电弧炉、 连铸机 较佳的匹配,发挥LF炉的调节功能,实现多炉 连浇。 下面以一实际例子进行说明:某座平均处理 钢水量60t、 最大处理钢水量70tLF炉,主要生产 65 总 第 157 期 冶 金 设 备 2006年6月第3期 低合金钢,LF炉与电弧炉采取离线布置,电弧炉 与连铸生产节奏要求LF炉处理周期为40min。 分析处理周期组成,确定LF炉变压器容量及变 压器的主要技术参数。对于本例LF炉的处理周 期组成见表1。 表1 LF炉处理周期组成及操作工序 序号工序操作工序时间/min备注 1 坐包后钢包车 开至加热工位 1同时接通氩气 2包盖、 电极下降1 3通电化渣6加发泡剂 4测温、 取样2 5通电加热20 加还原、 脱氧剂; 合金微调 6加热保温04 7测温、 取样2 8喂丝2 9 电极、 包盖升起, 钢包车开出 2 切断氩气,上 连铸回转台 处理周期40 按表1,设备的最大处理能力(处理周期)为 40min,以满足本例多炉连浇的需要。 电弧炉配LF炉,一般钢水在LF炉中升温 7080。由表1看出要保证LF处理周期 40min,钢水纯升温时间仅为20min,因此,要求钢 水的平均升温速度要满足4. 0/min。 2. 3 变压器容量及技术参数确定 由表1分析,处理周期40min时要求钢水的 平均升温速度达到4. 0/min以上,按70t钢水 计算,LF炉的变压器容量为12 075kW (LF炉装 置热效率取 0. 4) 。可确定LF炉变压器额定容量 为12 000kW,能够使钢水的平均升温速度达到 4. 0/min以上。 变压器主要操作参数设计是根据精炼工艺 要求、 操作水平确定恒功率段与恒电流段电压范 围,它不但要满足快速提温期间的不同阶段均能 大功率供电的需要,也要满足精炼期的调温、 保 温的需要 3。 由于LF炉精炼工艺特点、 炉渣的发泡效果 及LF炉内衬的工作条件等,使得在选择LF炉变 压器的最高二次电压及其二次电压的范围时要 特别谨慎。其原则是: 1) 渣能将电弧遮蔽 这是一个相对概念,即要么渣量适当大或使 炉渣发泡,要么电弧长度短些。 2) 钢水尽量少增碳 LF炉精炼过程钢水极易增碳,为了防止石墨 电极使钢水增碳,电弧长度不能太短。 根据LF炉造渣操作情况,如精炼渣发泡的 状况、 炉渣可能达到的厚度等,作为确定最大二 次电压的依据(因电弧长度随二次电压的增加而 增大)。 为了防止石墨电极使钢水增碳,电弧电压应 高于 70V为好,尤其处理低碳、 超低碳钢水时, 参考此时对应的二次电压,作为确定最低二次电 压的依据。 根据以上二次电压确定原则,该12MW变压 器的主要操作参数如表2;参考电弧炉变压器行 业标准 4 ,LF炉变压器的主要技术性能参数见表 3。对LF炉变压器要求具有连续过载20%的能 力,采用9级有载调压,设4级恒功率段以满足钢 水快速升温要求, 6级恒电流段以适应精炼工艺 及钢水保温要求。 表2 LF炉变压器的主要操作参数 参数恒功率段 (3 级)恒电流段 (6 级) 二次电 压/V 260245230215 200 185 170 155 140 二次电 流/kA 26. 65 28. 28 30. 1232. 22 额定容 量/MW 1212 11. 2 10. 3 9. 5 8. 6 7. 8 表3 LF炉变压器的主要技术性能参数 参数名称要求参数名称要求 变压器 型号 HJSSPZ - 12 000/35阻抗压降8% 额定 容量 12MW (长期+20% ) 冷却方式强迫油循环 二次额 定电压 260215V 215140V共9级 调压方式有载调压 二次额 定电流 32. 22kA联结组标号yd11 注:一定要用有载调压,因其使用效果大不一样,尤其对钢 水的快速升温、 缩短精炼周期、 节约电耗及电极消耗大有益处。 对于一些合金钢、 高合金钢的处理,具体说 对于需要较长时间还原的钢,如轴承钢,或需要 多次加合金的钢,如高碳不锈钢等的处理,使得 LF炉操作工序发生较大的变化。当初炼炉与连 铸的生产节奏允许的话,可以适当延长LF炉处 理周期;当初炼炉与连铸的生产节奏不允许的 75 阎立懿等:LF炉变压器容量及技术参数确定 2006年6月第3期 话,就需要减少钢水纯加热时间,提高钢水的升 温速度,这可以通过提高LF炉热效率来实现,否 则需要提高变压器的容量。 3 结束语 LF炉变压器容量及主要技术参数的确定,不 能简单地根据吨钢变压器功率、 钢水的升温速 度,不能用炼钢电弧炉变压器的参数,而直接用炼 钢电弧炉变压器来代替LF炉变压器更不合理。 本文虽然所配合的初炼炉为炼钢电弧炉,但 也适合炼钢转炉。当初炼炉为炼钢转炉时,要考 虑转炉工艺特点(冶炼周期短、 钢水温度高等)及 其与连铸的生产节奏,以及多炉连浇对LF炉处 理周期的要求。分析LF炉操作工序,确定LF炉 钢水纯升温时间及钢水的升温速度。然后根据 钢水的平均升温速度确定LF炉变压器额定容 量,最后根据LF炉变压器二次电压确定原则,确 定变压器的最高二次电压、 最低二次电压,以及 分档电压等。 参考文献 1 阎立懿,姜周华,邹俊苏等. LF炉电热特性及供电制 度.工业加热, 2003(1) 2 阎立懿,肖玉光,王立志等.超高功率电炉变压器容量 及其技术参数确定.特殊钢, 2005 (2) (收稿日期: 2005 - 12 - 20) 小窍门 在没有钻模和坐标镗床的情况下 怎样钻孔间距有精度要求的平行孔 王丽滨 (沈阳大学机械实习厂 沈阳110044) 在冶金机械厂单