LF精炼炉

LF精炼炉 二炼钢厂 新1#60tLF精炼炉工程 初步设计 工程号:05168 唐山钢铁设计研究院有限责任公司 2005年12月 1 目录 1.概述 2.主要设计和设计特点 3.工程建设的外部条件 4.产品大纲 5.工艺 6.主体设备 7.主要消耗及技术经济指标 附图: 新1#60tLF精炼炉改造工程图纸4张。 图号为: 05168依钢1 05168依钢2 05168依钢3 05168依钢4 2 1.概述 1. 1设计原则 该工程立足于提高钢产品质量，开发冶炼品种钢。 LF的功能是: (1) 电弧加热升温; (2) 提高合金收得率和钢水成分微调; (3) 均匀钢水成分和温度; (4) 提高钢的洁净度和改变夹杂物形态; (5) 脱硫; (6) 作为转炉与连铸之间的缓冲环节，保证转炉连铸匹配率， 实现多炉连浇。 1.2 工程的必要性 二炼钢厂现在有1座1#45tLF精炼炉和一座刚刚投赴使用的2#60tLF精炼炉，现在需要上另外一台新1#60tLF精炼炉，主要基于以下几个因素考虑: (1)二炼钢厂转炉座数和连铸机台数较多，仅仅有一台60tLF精炼炉不能满足精炼钢水的产量要求。 (2)原来的1#45tLF精炼炉容量只有45吨，现在经过扩容改造的转炉出钢量已经达到58吨，很显然处理能力需要增大。 (3)原来的1#45tLF精炼炉没有合金加料系统，不具备调节钢水成分的功能。 (4)原来的1#45tLF精炼炉只有一个精炼工位，为了满足生产节奏的要求，改造成回转车双工位形式，减少了辅助用时间，加快了生产节奏，相应地 3 扩张了精炼处理能力。 2. 主要设计内容和设计特点 2.1 主要设计内容 本次设计内容是从转炉出钢到精炼工位，进行精炼，然后将钢水吊运至连铸车间的整个过程。其中:LF钢包炉的主体设计由我方和设备制造厂家协同进行，其余高低压供电外网配电系统，冷却水系统供水泵站及外网，钢包底吹氩高压氮气系统、氩气系统，精炼炉低压氮气系统外网，除尘系统外网，土建设施由我方设计。 2.2 设计特点 转炉车间主要包括加料跨、炉子跨、钢水跨、出渣跨等主要生产厂房。在本次设计中，LF钢包精炼炉只有设置在过渡跨才能减少占用空间，保证布局合理，工艺流程顺畅。 “转炉—精炼—连铸”是转炉炼钢工艺典型流程，它强调精炼站的在线布置。根据本工程的工艺布置，经过多次研讨，我们拟定LF精炼炉在过渡跨建设。具体布置见附图。为了进一步减少空间的占用，我们没有采用前一个60tLF精炼炉的双车三工位形式，而是采用了钢包回转台(或回转车)的形式，加快了精炼操作的节奏。同时，加料跨也布置在过渡跨内，进一步减少了空间占用。 3.工程建设外部条件 由于增设LF钢包精炼炉，需要高压12000kVA，10000V高压，是变压器用电;低压300KVA，380V包括钢包车运行，电极升降用电等。 3 设备冷却用水共需280m/h,水压0.8Mpa，水质为净环水。 4 3 压缩空气压力为1.0~1.2Mpa，流量Q=30m/h。氩气与复吹工程统一考虑， 3从2x30m液氩罐引出供给。高压氮气与氩气切换使用，压力1.0~1.2MPa，流量Q=2x300NL/min。 增设通风除尘系统，用于炉外精炼操作过程产尘的排除和净化,烟气量 3380000m/h(t?180?),粉尘量:10g/Nm,粉尘流量:38kg/h。 4.产品大纲 二炼钢厂，主要以生产普碳钢和低合金钢为主，代表钢号是Q235、Q345，主要精炼品种:硬线钢、船用角钢、PC钢、冷镦钢、铆螺钢、抽油杆钢等。 5.工艺流程 5 5.1 精炼过程的时序分析 序号 项目 单车时间(min) 双车时间(min) 1 钢包吊至钢包车坐包 2 -- 2 接吹氩管、试气(测温取样) 1 -- 3 第一次侧温取样 3 -- 4 钢包开至精炼工位 1 1 5 炉盖、加渣料、送电 3 3 6 电极下落到位，第一次加热 5~8 5~8 7 加合金 3 3 8 第二次加热 6~12 6~12 9 第二次侧温取样 3 3 10 电极、炉盖升起到位 1 1 11 钢包开出精炼工位 1 1 12 喂丝(终脱钙处理) 3 3 13 断开氩气管路 1 -- 14 吊包上连铸 2 -- 合计 35~44 26~35 考虑到生产节奏、检修等各方面的影响，年作业天数按310天计，平均出钢量按56吨计， 则一台LF的年生产能力为: 4310x24x60x56/35=71.4x10t/a; 其中: 310—LF年有效作业天数，d; 24x60—每天分钟数，min/d; 45—LF炉每炉平均处理钢水量，t; 35—LF炉平均处理周期，min; 由于实际生产中的匹配等问，初步设计一台LF一年能够处理钢水量约60万吨。 6 5.2精炼的工艺流程 考察本工程的车间平面布置总图、品种结构和工艺流程，精炼的工艺流程图5-1。回磷量主要取决于钢包内残留的氧化渣量的大小，为此，务必加强管理和操作，通过挡渣、维护出钢口等方法将钢包内渣量限制50 mm以内。对于钢水纯升温或钢水保温操作，如当时生产节奏状况允许，同时与其它需精炼炉次不发生冲突，升温时间可不作限制。在精炼炉次生产组织过程中，应尽量为精炼工序创造较好的条件，尽可能缩短精炼辅助时间，以达到最佳的匹配效果。 转炉出钢钢包吊运至精炼钢包回转车 观测钢包净空 回转车吊包工位 接吹氩管路、测温取样 加热、测温取样 LF精炼处理工位 加渣料、合金料、喂丝 侧温、取样 钢包转到吊包工位 断开吹氩管路 去连铸浇注 图 5-1 LF 精炼工艺流程图生产工艺流程 吊车将钢包吊到LF旋转台车上，人工接通Ar气管线，进行吹氩和测温 7 取样，然后将钢包运行至精炼工位，对旋转平台进行定位(定位精度?10mm)，下降钢包盖，加入造渣剂，电极降下，开始通电加热，在加热过程中采用较小的吹氩量进行搅拌。第一阶段约7分钟，基本上达到了热平衡，钢液温度不再下降，这时停止通电，提起电极，同时进行大流量的底吹搅拌，使得钢水的温度和快速均匀。 当试样分析结果出来后，自动传送到主操作室及计算机系统内，LF的计算机系统根据化验分析值与钢种目标值之间的差距，通过计算机数字模型进行计算，计算出需要加入的合金料的种类和数量。 合金料从操作门人工加入钢包重，从而达到合金微调的目的。加入合金料后，继续加热约12min，使钢水的成分和温度达到预定的目标，此时进行最后一次侧温取样，之后进行喂丝，采用双线喂丝机喂入CaSi或Al丝，进行终脱[O]，终脱[S]，并改变夹杂物的形态，喂丝速度设定在200m/min左右，喂丝直径为φ6~φ13mm。在喂丝的装置上设有显示喂入长度的计数器和速度控制器，当以一定的速度喂入预订长度时，喂丝机会自动停止喂丝。在此过程中采用较少的吹氩量，以获得更纯净、更均匀的钢水。喂丝结束后，包盖升起，钢包旋转到吊包工位，断开吹氩管路，吊车将钢包吊走，至此LF一个冶炼周期完成。 6.主体设备 根据生产节奏要求，LF升温速度应4-5?/min，可进行常压电弧加热、 吹氩搅拌、测温、取样、合金成分微调。采用三相交流电弧精炼炉方案。 其主要设备如下: 6.1机械设备及主要参数 6.1.1钢包 8 设备包括: 钢包由钢包体、滑动水口、吹氩管等组成。 技术参数: 滑动水口由特殊液压装置驱动。吹氩单独设置。吹氩管线上设有手动快速连通接头。 钢包体压力容器钢制造，圆锥台柱形的壳体、平底、底部有支撑座，并有两个孔，用于安装滑动水口和吹氩用透气砖。 耳轴焊接在钢包两边的耳轴箱上，耳轴箱的顶部和底部有通气孔。 钢包为唐钢二炼钢厂原有钢包。 6.1.2 钢包车旋转装置 设备包括:旋转中心支撑机构、旋转钢包车、驱动装置、电气设备、专用管线、控制设备。 技术说明: 钢包车旋转装置用于将钢包从吊包工位旋转到加热工位。钢包车旋转装置可沿中心轴自由旋转，钢车旋转装置有两个钢包车，用于座钢包，旋转装置通过限位开关控制其精确定位。 技术参数: o 旋转角度:360 o 旋转速度:6/s 负载能力:240t 定位精度:?10mm 数量:1套 6.1.3 水冷包盖 设备包括:炉盖本体和排烟部分组成。 技术说明: 水冷包盖为管式密排结构，炉盖本体侧壁体略呈锥形，上大下小，顶部是锥形面以保证刚性，顶部中心是一倒锥形水冷环，用来承放耐火材料中心盖，中心盖上开有与三相电极相对应的三个电极孔。 炉盖本体上除三个电极孔外，根据工艺要求还设有合金加料空，侧温取样孔以及相应的密封盖，根据冶炼要求气动操作打开相应密封盖。侧温取样孔也是人工观察孔。在冶炼过程终，根据需要打开进行观察和操作。 炉盖下沿设置水冷裙边150mm以上，可罩住钢包，增加封闭作用。 排烟方式:为炉盖上集烟罩侧排烟。收集三个电极孔及包口处的外溢烟，满足环保要求并能够改善工作环境。炉盖上设有微压变送器，检测炉内压力，并与除尘管道上的电动调节蝶形阀形成闭环调节，既能满足炉内保持微正压适合精炼还原气氛，同时又可满足环保要求。 炉盖上供水系统及在冷却水入口处设有流量、压力监控仪表，在出口处 9 设有温度监控仪表。 技术参数: 3烟气量:80000m/h 烟气温度:1250? 密封裙边高度:250mm,300mm 型式:水冷管式 数量:1套 炉盖寿命:?3000炉次 3 烟气始发量:120-200Nm/h 环境温度:按30?考虑 排烟温度:?180? 烟气参数 3 粉尘量: 10g/Nm 粉尘流量: 38kg/h 烟气成份 AIO 11.6% 23 FeO 30% 23 MnO 1.6% SiO 17.3% 2 CaO 20.8% SO 1.83% 2 MgO 6.5% CO 9% 2 6.1.4包盖升降机构 设备包含: 升降立柱、柱塞式液压缸和悬挂法兰组成。 技术说明: 炉盖提升采用柱塞式液压缸控制炉盖升降立柱，炉盖与升降立柱间采用外 伸悬臂法兰连接方式。为便于装卸，特设两个活动销轴。设有四根顶紧螺 栓用来调平炉盖。升降立柱配柱有四组导向轮，分上下两层布置，用来定 位导向。导向轮组与液压缸尾部共同固定于基础框架上。 技术参数: 包盖升降行程:?600mm 提升缸直径:φ100mm 升降速度: 50mm/s 10 紧急炉盖提升相应时间:200ms 数量:1套 6.5 电极升降装置 设备包括: 电极升降立柱和立柱内的电极升降缸及导轮支座、停位固定销、行程开关 组成。 技术说明:电极升降通过每个立柱内的液压缸来实现，电极升降分自动和手动两种形式，手动换向阀设置在平台上的机旁操作箱内，当电力发生故障时，打开手动阀门，电极上升到顶部。 电极立柱为箱型焊接结构，四侧有导轨，内部有液压缸，立柱与横臂法兰连接。连接处有绝缘衬垫，用螺栓连接成刚度很高的“T”字形结构。保证无爬弧现象。为保证立柱升降平稳，其结构设计既要考虑电极横臂及电缆和电极的负荷，又要考虑电磁力的影响。立柱外表面和导向滚轮接触面均经过精加工和热处理。 电极横臂与立柱连接处除设有安全可靠简单实用的绝缘外，还具有调节电极横臂在立柱上的前后左右方向的特殊结构设计。为防止立柱头在LF连续使用中发热，立柱头部采取水冷措施。防止绝缘件烧毁，并提高寿命。 每根立柱由上下两组导向论导向，可手动调节和维护。 技术参数: 升降驱动方式:液压 电极行程: 2200mm 电极提升速度:4.8m/min 电极下降速度:3.6m/min 电极启/制动响应时间:?0.15s/0.10s 6.1.6 电极横臂及把持器 设备包括: 三套导电横臂、电极放松缸、电极夹持器、不锈钢夹紧带、夹紧机构和绝缘件组成。 技术说明: 电极横臂由三套电极横臂组成。为导电式电极臂，既用作电极的支撑，又兼作向电极输送大电流的导体。横臂体采用铜钢复合板焊接成箱型结构， 11 内部通水冷却。导电横臂通过主绝缘与升降立柱连接。横臂前部是电极电极夹持其，电极夹紧装置放在电极横臂内，电极用弹簧夹紧，用液压钢放松。导电铜块、夹紧装置工作可靠，更换方便。 电极夹头由抱闸和水冷的锻造铜座组成。 技术参数: 电极夹紧力:140kN 电极夹紧松开方式:弹簧夹紧/液压松开 电极极心圆:φ630mm 石墨电极直径:φ350mm(UHP) 数量:1套 6.1.7 短网 设备包括: ?变压器二次出线端由不需要水冷的柔性铜连接板(补偿器)组成，安装、维护都很方便，可消除热膨胀，电动力对固定件的影响。 ?穿墙水冷铜管汇流，水冷铜管由不锈钢支架，吊架固定，并用垫木绝缘。 ?大截面电缆，共8根，两根备用。 ?无磁不锈钢墙上固定支架。 短网采用空间三角形布置，用以提高三相平衡系数，满足钢包炉大电流，低电压的工矿要求。 技术参数: 阻抗:Z=0.5+j2.7 mΩ 三相不平衡系数:?4 , 功率因数 cosφ=0.83 数量:1套 6.1.8 液压系统 设备包括: 液压泵及电机、油箱、蓄能器、介质冷却及加热装置、阀台及控制阀、阀门及内部连接管等组成。 12 技术说明: 液压系统主要为电极升降装置、电极松开装置、包盖提升系统提供液压源。液压泵采用恒压变量泵，3台，开2备1，电极升降系统采用伺服阀，液压介质采用阻燃介质:水-乙二醇。油箱使用不锈钢制作。工作温度:10~60?。设有手动装置，出现事故可通过手动换向阀抬起炉盖及导电横臂。蓄能器:8个，能够满足4个油缸1个行程。 液压系统由PLC控制，在HMI上显示操作液压系统。 为提高液压系统运行的可靠性，系统设有多级过滤装置，过滤精度?10μm。 技术参数: 系统压力:12MPa 3油箱容积:3m 介质:水-乙二醇 数量:1套 6.1.9 吹氩系统 设备包括: 调节阀、检测仪表、管子、配件、弯头、支撑件等组成。 技术说明: 吹氩搅拌是钢包精炼的关键技术之一，搅拌效果关系着钢液气体、夹杂物的去除，成分、温度均匀性好坏。为取得吹氩搅拌的良好结果，又不使钢液飞溅，吹氩强度、压力、流量的控制是非常重要的。 氩气搅拌系统由以下功能: , 压力测量 , 流量测量 , 流量调节 根据精炼炉钢包钢液深度及直径的不同，精炼时通过调节氩气的流量，吹氩强度，以适应不同工艺的需要。 氩气底吹系统可以在旋转车的各个位置，向钢包底部吹氩，每台LF炉有一个氩气借口，即在两个吊包工位可同时吹氩，节约时间。 气体压力、流量检测仪及调节阀、气动三联体，皆安装在一个支架上，组成一个阀门站，可以方便地进行调节。压力、流量信号与基础自动化系统相连，在LF炉控制室进行监视操作。阀门站通过旋转轴与钢包车用软管相连。 13 当钢种允许时可以用氮气代替氩气进行喷吹，氮气和氩气的切换由电磁快切阀实现。 当出现故障和气体压力过低或过高时，将有报警。当气体压力达极限时有显示。气体流量有模拟量信号输出进行调节。 技术参数: 最大工作压力:12MPa 流量:2x300NL/min 纯度:99.99% 数量:1套 6.1.10 冷却水系统 设备包括: 各种水分配器、检测仪表、阀和管子、管件。 技术说明: 使用冷却水系统的有:大截面水冷电缆、电极横臂及夹头、水冷铜管、电极立柱头、液压站、变压器油水冷却器、水冷包盖、水冷铜管，设总进水压力、温度检测，支路温度、流量检测，总回水温度检测。总进水设电动蝶阀控制开闭。 技术参数: 设备冷却水 , 压力0.6~0.8MPa , 流量280t/h 进水温度: <32? 出水温度: ?55? 数量:1套 6.1.11压缩空气系统 设备包括: 气动三联体、压力表、压力表开关。 阀门、管子、配件、弯头、支撑件等。 技术说明: 压缩空气(氮气)源由钢厂的压缩空气管网提供，经气动三联体(过滤器、 14 油雾器、减压阀)由分配器、阀门接往各执行机构。 主要用气点为: , 水冷炉盖上操作门开启 , 电极夹头吹扫 技术参数 压力:0.3~0.5MPa 3最大耗量:15m/h 数量:1套 6.1.12 加料系统 设备包括: 高位料仓、合金仓、下料溜管及封闭阀门、振动给料机，皮带机等组成。 技术说明: 加料系统是用于向LF炉加入造渣料，合金料以满足精炼不同钢种的要求。 物料通过单梁起重机由料钟加入料仓，料仓经过称量仓由3条皮带机运往炉前加料，加料系统由PLC控制，在HMI上显示工作流程及状态并进行操作，物料的加入量HMI上的配方表内进行设定。料仓设有料位检测装置，料位下限发出报警信号补料。 技术参数: 高位料仓8个，称量仓4个; 大倾角皮带机输送能力:50t/h; 水平皮带机输送能力:50t/h; 振动给料机输送能力:30t/h; 数量:1套 6.1.13除尘系统 技术参数: 3(1) LF精炼炉有1个除尘点，烟气量:3500Nm/h,温度1250?。 3(2) 加料系统有8个除尘点，每点烟气量为1000Nm/h,常温。 (3) 各个除尘点汇集到一个出口，与厂房总除尘管道相连。 (4) 除尘效果:LF精炼炉区域(含料仓区域)环境粉尘含量达到国家标准。 (5) 数量:1套:含精炼炉除尘管道，料仓除尘管道，电动调节阀1台。 6.1.14喂丝机 技术说明: 喂线技术的核心是将比较轻、易氧化、易挥发的合金元素制成包芯线 15 或实心线快速输入钢液，在钢液深处熔化溶解，从而达到脱氧、脱硫、改变夹杂物形态，实现成份微调等冶金目的。喂丝机为双线喂丝机。喂丝机布置在操作平台上。动力由电机提供，控制部分设有电机变频调速、喂丝速度、喂丝机旋转、喂丝长度控制。喂丝机设有单独的机旁操作箱。该装置具有摩擦力小、结构简单的特点。 技术参数: 喂丝种类 合金芯线、铝线、碳线 喂线规格 Φ9,Φ13 圆线、矩形线均可 喂线速度 20,200m/min，可旋转，可远控 数量 2套 6.15 悬臂吊 技术说明: 由于厂房吊车的调度频繁，因此更换电极时用悬臂吊车，根据电极重量，选用3吨悬臂吊。 数量:1台 6.2三电设备及主要参数 6.2.1电气设备 6.2.1.1高压设备 技术说明: 高压供电系统由进线及电压互感器、馈线高压真空断路器及电流互感器、氧化锌避雷器及阻容吸收保护装置。构成进线电压互感器柜、馈垫柜及保护柜四面高压柜。用于控制、保护、测量LF炉变压器的工作状态。额定电压10KV，最高工作电压11.5KV，断路器额定电流1250A，额定开断电流25KA。真空断路器选用ABB产品。 高压柜配有阻容吸收装置，可迅速恢复变压器和电压互感器状态，有效 16 防止操作过电压和浪涌过电压，对变压器和电压互感器的绝缘造成的危害，避免电压互感器由于发生铁磁谐振而烧坏。 真空断路器安装在轨道小车上，带有挠性连接器。操作机构为弹簧储能式操作机构，可由高压柜旁和主控室两地操作，柜内设有防跳装置，克服真空触头电弧重燃，延长真空泡使用寿命。柜内一次母线及联接部位，加热缩管及护套。 高压二次回路的计量仪表设置在控制室内，同时高压柜也设有电压、电流表。所有测量仪表选用指针式仪表。有功电度计量仪表采用脉冲式仪表，其信号输出给计算机进行电能计算。在HMI上显示当前用电量和累计用电量。 测量的参数油:高压电压、高压电流、功率因数、有功电度、无功电度。 常规设计的隔离开关改为具有保护功能的高压真空断路器柜，与变压器控制的高压真空断路器柜构成线路双保险。 在操作平台上，设有一套闪光报警装置，当高压合闸后，闪光信号提示操作工人注意，短网已经有电，避免发生事故。 数量:1套;包括:进线电压互感器柜1面、馈电柜1面、阻容保护柜1面、直流屏1面(ABB真空断路器)。 6.2.1.2变压器 技术说明: 变压器选用室内安装的三相钢包炉变压器，变压器 的额定功率为10000KVA。二次侧采用侧出线，使大电流线路的结构简化，便于安装和维修。变压器采用强油循环水冷却器进行冷却，配备操作和 17 监视变压器所需要的装置。具有功能齐全的保护和信号检测系统。 变压器的保护有: 高压侧过电流速断反时限保护; 低压二次侧过电流; 高压欠电压 变压器重瓦斯 变压器释压器压力高 变压器轻瓦斯 变压器油温; 技术参数: 额定功率: 10000KVA 频率: 50Hz 初级电压: 10KV 次级电压: 170~260V 调压方式: 有载电动(ABB) 调压级数: 9级 饶阻材料: 铜 冷却方式: 强油循环水冷却(OFWF) 数量:1套，含:变压器1台，油水冷却器1套(进水压力0.6~0.8MPa, 温度<32?)，有载调压开关(ABB)及附件1套。 6.2.1.3低压动力及控制电源 技术说明: 18 主要有受电柜、电源柜及变频柜组成，安装在低压配电室。受电柜接受车间馈电，进线电压为380V/220V三相四线制，经刀闸开关隔断，自动开关进行开断及保护。各支路低压动力电源采用分路自动开关、接触器分别供给液压泵电机、钢包车电机、喂丝机、加料系统等动力电源。两路进线电源自动互投。 控制系统电源引自电源柜，通过电源柜的总自动开关、隔离变压器，由各分路的自动开关馈送给本体设备、液压、仪表、PLC、计算机等系统，控制电源采用隔离变压器与系统电网格里，以减少电网波动及脉冲干扰对控制回路的影响。计算机电源、PLC电源通过UPS 供给，液压系统电磁阀、PLC 、仪表等采用标准24V电源箱供给。 使用的电压等级: 动力电压:AC 380V,3相，50HZ 控制电压:AC 220V 50HZ 计算机，PLC 电源:AC 220V 50HZ，不间断电源提供 电磁阀:DC24V，稳压 数量:低压动力及控制电源设备1套 6.2.1.4控制台柜 技术说明: 控制方式有手动，半自动和自动，一般操作用半自动或自动，调试、检修、事故状态下用手动。 主操作台集中有多个控制开关、指示灯及电流电压表等，它可以用来完成精炼生产的大部分操作。具体操作功能有:高压分/合闸操作及指示; 19 电极手动升降操作及指示;炉盖升降操作及指示;二次电流、电压监控等。 计算机有两台监控机(PIV1.8G/256M/40G/1.44M/CDROM),两台19”液晶监视器。 PLC柜内装有一套PLC系统及相应模板和功能扩张继电器，实现输出与现场驱动信号相隔离，保证PLC系统安全可靠。 炉前操作箱主要用来完成电极夹紧/放松操作及指示;水冷炉盖检查孔及加料孔的开闭。 钢包车操作箱主要用来完成钢包车行走控制及指示。 液压操作箱主要用来机旁启动/停止两台主泵和循环泵操作，并监视信号。 喂丝机操作用来现场喂丝速度、长度的设定及喂丝操作，并显示信号。 6.2.1.5控制台柜 技术说明: 为保证系统不受干扰，运行可靠，本系统考虑以下三种接地: 电气系统接地 ?4Ω 钢包车接地 ?4Ω 计算机系统接地 ?1Ω 6.2.2仪表计量系统 仪表的信号传感器和变送器均采用4~20mA的标准信号，信号采集隔离传送给PLC参与控制和画面显示。 6.2.2.1吹氩系统 20 主要设备: 主要有2套(独立的调节系统，有氮气、氩气分别切换功能)减压阀、2套调节阀、2套孔板流量计，2套差压变送器，4个现场压力表。 技术说明: LF炉的吹氩采用操作员在HMI上设定方式。现场的氩气流量及压力信号送入PLC，由PLC组成一个单回路PID调节器，驱动电动调节阀，调节氩气流量保持在给定值。氩气流量由孔板流量计检测。 6.2.2.2冷却水系统检测计量 主要设备: 1套热电阻温度计，1套压力变送器，1套流量开关。 技术说明: 水冷炉盖冷却水及其它结构由分水器供水。总进水管上设压力变送器、热电阻。在每个支路进水管上设有手动截止阀可调节每一支路的水量。每一支路的回水管上设有温度传感器及流量开关，用于在HMI上显示温度及温度高和流量低报警，以便提示操作人员及时调节水量。 6.2.2.3料位检测 主要设备: 8套料位检测装置及相关仪表。 技术说明: 8套料位检测装置，当料位低时在HMIZ报警，提示人工加料。 6.2.3基础自动化控制系统 6.2.3.1设计原则 21 系统采用三电(电气、仪表、计算机)一体化设计思想，充分考虑系统的完整性和合理性，满足工艺功能要求。 基础级控制由PLC(可编程控制器)和HMI(计算及操作站)组成。 系统配置具有先进性，也考虑实用性，可靠性和较高的性能价格比，并具有生机和扩展能力。 系统采用统一的硬件选型和软件平台，便于系统的维护和备品备件的互换。 PLC的数字量输入输出模块选用24VDC16点模块，通过小型中间继电器与外界隔离。PLC的模拟量输入输出选用4点/8点4~20mA模块，通过信号隔离器、隔离配电器或隔离变送器与现场一次仪表隔离连接。 6.2.3.2系统说明 LF炉的基础级控制包括:电极升降自动调节系统、钢包炉本体设备控制系统、加料控制系统、低压电气控制系统、钢包车行走控制系统、液压控制系统、氩气流量自动调节。 基础级控制PLC(可编程控制器)及HMI(计算机操作站)组成。PLC完成回路的调节控制、电气回路的顺序控制、工艺参数的数据采集;HMI将PLC采集的数据集中，以动态模拟的画面的形式在LCD上显示。操作人员通过模拟画面监控生产过程和设备运行状态，构成一个集中管理、分散控制的集散控制系统。PLC和HMI都连接在基础级网(一级网)上，通过一级网络进行通讯。 钢水进站温度、测温时间，LF起弧时间，LF通电时间，LF耗电量，电压档位，中间侧温温度、测温时间，出站测温温度、测温时间，底吹氩量 22 累计(单炉)，底吹氮量累计(单炉)，各料仓加料量累计(单炉)等。冶炼数据上传到二级网SQL数据服务器。 (1) PLC控制系统 采用一套西门子S7-300PLC，用于电极升降自动调节和本体设备控制及加料系统控制。 1) 电极升降自动调节系统 本系统具有自动和手动两种操作模式，模式选用主操作台上的手动/ 自动转换开关切换。 自动操作模式:电极升降自动调节系统通过信号变换电路及AI、DI 输入模块采集三相电弧电压、电弧电流、变压器档级、电极位置及其 他相关的给定数据送入PLC。根据Uarc/Iarc=Rarc数学模型，实行电 弧等效阻抗控制，即依据弧压、弧流的反馈信息保持弧压、弧流之间 的恒定比例，经PLC控制器的运算处理，AO模块输出?10V范围内的 电压信号给功率放大器，功率放大器控制液压系统电极升降比例阀， 实现电极位置自动调节，从而控制输入炉内的功率，满足精炼工艺要 求。本调节系统具有自动起弧冶炼，防止电极插入钢水的保护功能。 PLC通过网络获取计算机给定的各种设定、控制指令及参数，按照最 佳功率曲线进行控制，完成精炼过程自动化。同时各种运行参数、数 据、曲线可在HMI上显示，并完成打印报表。 手动操作模式:在操作台上，用摇杆式控制器控制三相电极的上升或 下降，并由两种速度(快速/慢速)供选用，手动操作模式主要在调 试或紧急情况下使用。 23 2) LF炉本体设备控制系统 LF炉本体设备和加料控制系统由PLC主框架和扩展框架组成，通过DI数字输入模块采集各种限位开关动作信号、控制开关指令信号、有关接触器、继电器动作的反馈信号，如高压进出线隔离开关的状态、高压真空断路器状态、钢包车位置等，经PLC内部逻辑进行设备动作控制和运行保护联锁。动作控制包括对高压系统分合闸、液压泵启停、液压阀门动作、包盖升降、钢包车走形、氩气流量自动调节等控制。对控制对象的故障点进行声光报警。 PLC的模拟量输入模块采集冷却水和氩气的温度、压力、流量等模拟信号，操作站的LCD显示其瞬时值及趋势图并超限报警。总之，控制系统以可编程控制器为基础，完成控制检测各项基本参数的功能。 3) 加料控制系统 加料控制系统分自动和手动两种操作方式。在自动方式时，可通过HMI的“加料画面”设置配料单，确定设定值后，料仓振动机将料振入称量仓，当接近设定值时，振动电极自动转入慢速，缓慢将合金料振下，达到设定值后，振动电机自动停止，如此反复，直到完成本次合金的配料。当需要往钢包内加料时，只需点击“下料”按钮，控制系统将自动启动皮带机，完成向钢包炉内加料工作。在手动方式时，按下某一料仓启动按钮，对应料仓的振动给料机将料振下，当达到所需重量时(有个提前量)，按下停止按钮，料仓停止振料。然后，按下称料仓、皮带机的启动按钮，料卸到运转的皮带上，皮带机将料送到炉盖上的受料斗，在打开受料斗闸板阀，即完成向钢包炉内的加料工作。 24 料仓设有料位检测仪表，其信号进入PLC，在HMI画面上显示料仓内 有无物料，供操作人员监视。 (2) LF计算机操作站(HMI) 本系统设置两套HMI，一套主要用于电极升降即加热画面的监控，另一套主要用于加料和LF本体设备画面的监控。两套互为备用，均可切换至其他画面。 操作站主要对LF本体设备画面的监控。两套互为备用，均可切换至其他画面。操作站主要对LF炉系统的运行状态进行监控，通过西门子的专用网卡采集电极升降自动调节系统、精炼炉本体及加料系统的各种模拟信号、开关量信号。采集的数据经计算程序处理后在LCD上实时显示各种运行参数、曲线，同时显示LF炉系统动态画面、运行工况、故障报警，并完成相关报表的打印输出。 同时，操作站通过网络接收过程计算机的数据和指令，进行数据交换，接受调度指挥、协调生产管理。系统可自动或通过键盘进行工艺参数设定、操作指导、在线选取和修改各种精炼曲线和参数、指挥调节器按照最佳功率曲线运行，达到优化控制的目的。 6.2.3.3系统功能 (1) PLC主要功能 现场信号采集 向现场传输控制信号 与HMI通讯 逻辑程序(梯形图或功能图语言) 25 报警信号采集 冷却水的温度、压力和流量信号采集 钢水温度信号采集 LF操作电气参数的信号采集 输入LF的功率信号采集 旋转钢包车位置信号采集 加料系统信号采集 气体的压力和流量信号采集 液压系统信号采集 (2) HMI功能 加热状态模拟 旋转钢包车位置模拟和操作 液压系统模拟和操作 气动系统模拟和操作 冷却水系统模拟 炉盖位置模拟和操作 氩气搅拌模拟和操作 加料系统模拟和操作 报警及事件记录 趋势 打印报表 需要传入二级网SQL数据库的数据:底吹时间、底吹气体种类与流量、 26 通电时间、电压、电流、电量、进站温度、出站温度、喂丝长度、速度、八种散料加入量、采集报警记录及6.2.3.2中所提数据。 (3) 数据通讯 将冶炼数据传至二级计算机网SQL数据库。 6.2.3.2系统选型 (1) PLC控制系统选型 选用德国西门子公司S7-300系列可编程控制器，具有体积小、功能强、性价比高的特点。即可用于设备开关量的顺序控制，又可作模拟量的数据采集和过程回路控制。S7300使用STEP7作为编程工具，拥有丰富的指令系统和很强的通讯能力，最多可连接三层网络(如MPI、PROFIBUS、工业以太网)。PLC用HMI作终端支持，具有很强的信息处理能力和画面监控能力。根据以往经验，PLC的处理器选用CPU-2DP完全能够满足系统要求。 (2) 工业控制计算机选型 LF炉现场环境较为恶劣，灰尘大，尤其二次短网大电流引起的强磁场干扰计算机系统的稳定性工作造成很大威胁。因此选型的主要条件是综合考虑计算机速度、电源品质、抗干扰性、防尘措施等，工业机有着良好的工业现场保护和适应能力，能长期、连续地工作在工业现场，因此拟选用研华IPC610工业机带20”LCD液晶显示器，并配UPS组成计算机工作站。 (3) 软件选型 操作系统选用Windows 2000 Professional。管理监控软件选用Wincc。 27 管理监控软件Wincc是一个先进的工业自动化软件包，集成最新的Microsoft公司技术，运行于开放的操作平台(Windows 2000，Windows NT等)，不仅能对生产流程、过程设备进行有效的监视控制，而且具有很强的开放性、互通性、易维护性和易组态性。编程软件选用STEP7。 6.2.3.5设备组成 一套自动化控制系统，含: , 1套PLC。(西门子S7-300系列) 包括:1套CPU、1套电源、1套模拟量输入模块、1套模拟量输出模块、1套开关量输入模块、1套开关量输出模块(开关量输入输出模块选用16点模块)、1套接口模块、1套通讯模块。 , 2套工作站 包括:2台工控机，2台20”液晶监视器，3块通讯网卡，1套编程软件，2套监控软件。 6.2.4主要电气联锁条件 (1) 高压合闸条件 三相电极处于加进状态 三相电极在上限 液压系统正常 水冷系统正常 钢包车位置在加热工位 吹氩系统正常 炉盖在下限 28 变压器系统正常 (2) 钢包车运行条件 三相电极在上限 炉盖在下上限 高压系统分闸 (3) 合金料入炉条件 高压分闸或三相电极在上限 炉盖在下限 钢包车在加热工位 7.主要消耗及技术经济指标 7.1主要原材料指标 7.1.1合金料 硅铁(GB2272-87) 化学成分(%) 牌号 Si Mn Cr P S C FeSi75-C 72~80 ?0.5 ?0.5 ?0.04 ?0.02 ?0.2 注:精炼用硅铁要求呈块状，粒度10~30mm，15~20mm占80%以上，合金清洁干燥。 锰铁(GB3795-87) 化学成分(%) 规格 牌号 Mn C Si P S 高碳锰铁 FeMn65C7.0 65~70 ?7.0 ?2.5 ?0.4 ?0.03 中碳锰铁 FeMn80C1.0 78~85 ?1.0 ?2.5 ?0.2 ?0.03 注:精炼用硅铁要求呈块状，粒度10~30mm，15~20mm占80%以上，合金清洁干燥。 29 铝球 名称 Al 粒度mm 铝球 >98.0% 6~15 降温废钢 名称 化学成分 粒度mm 备注 C P S 降温废钢 ?0.22 ?0.04 ?0.02 最大?50 干燥、无锈、无油 7.1.2电极参数 序号 项目 本体参数 接头参数 备注 1 允许电流 ?28KA 2 灰分 ?0.3% 33 真密度 2.20~2.25g/cm 334 体积密度 1.60~1.75g/cm 1.75~1.80g/cm 5 气孔率 20~30% 6 弯曲强度 10~19MPa 20~40MPa 7 杨氏模量 8~15GPa 13~18GPa 8 比电阻 4.5~5.5μΩm 4.0~5.0μΩm -6-69 热膨胀系数CET ?1.4x10/? ?1.5x10/? 10~600? 10 固定碳 99.8% 11 公称直径 350mm 12 直径公差 +4mm 13 长度 1800mm 14 长度公差 ?100mm 7.1.3渣料 石灰 化学成分% 物理指标 CaO MgO SiO P S 灼减%(CO) 活性度(4NHCL) 22 ?82 ?10 ?10 ?10 ?10 ?10 ?360 注:活性石灰粒度为10~20mm;高位料仓中石灰存放时间:冬季?4天，夏季?2天 萤石 化学成分% 物理指标 CaF SiO S P HO 活性度(4NHCL) 222 ?85 ?14 ?0.01 ?0.06 ?2.0 ?360 铝矾土 30 化学成分% 体积密度粒度牌号 吸水率% 3AlO FeO TiO CaO+MgO KO+NaO g/cm mm 2323222 Cal-80 >80 ?3.0 ?5.0 ?0.5 ?0.5 ?2.9 ?5 2~5 电石粉 CaC S 粒度mm 备注 2 ?85 <0.5% 3~6 密封、防潮、防暴、10kg桶装储存 增碳剂 化学成分% 粒度mm <3mm的比 例 C H S N HO 2 ?90 <0.4 <0.35 <0.5 <0.3 3~15 ?15% 7.1.4喂丝 硅钙包芯线 直径mm 钢皮厚度 芯粉质量均匀度 千米接头数公称尺寸 允许误差 mm g.m % 个 13 +0.8/-0 0.30~0.40 220 2.5(I类) ?2 硅钙包芯线成分 牌号 化学成分% Ca Si C AL P S Ca28Si60 ?28 55~65 ?0.8 ?2.4 ?0.04 ?0.06 碳粉包芯线 直径mm 钢皮厚度 芯粉质量均匀度 千米接头数 mm g.m % 个 公称尺寸 允许误差 13 +0.6/-0 0.30~0.40 220 2.5(I类) ?2 碳粉包芯线成分 化学成分% C N H S ?98 ?0.5 ?0.4 ?0.35 铝线 直径mm 化学成分% 千米接头数每卷重量 个 kg/卷 公称尺寸 允许误差 Al Cu 10 +0.3/-0 ?99.5 ?0.05 ?2 1000 注:铝线选圆形，内抽形式 7.2主要消耗及技术经济指标 31 LF钢包炉的主要原材料、动力介质消耗 序号 项 目 单位 数值 备注 1 石灰 kg/t钢水 5.0 2 萤石 kg/t钢水 0.5 3 电极消耗 kg/t钢水 0.4 4 耐火材料 kg/t钢水 8.0 5 增碳剂 kg/t钢水 0.27 6 钙丝 kg/t钢水 0.6 7 铁合金 kg/t钢水 5.0 8 测温电偶 个/炉 3.0 9 铝 kg/t钢水 0.4 10 氩气 m3/t钢水 0.15 11 压缩空气 m3/t钢水 0.5 12 电 kWh/t钢水 35 13 水 m3/t钢水 2.0 LF钢包炉主要技术经济指标 序号 指标名称 单位 指标 1 钢包炉容量 t 50 2 平均处理量 t 50 3 平均处理周期 min 36,40 4 日最大处理炉数 炉/天 30 5 日平均产量 t/d 1500 6 年生产天数 d/a 350 7 年有效作业天数 d/a 305 8 年处理量 t 457500 9 劳动定员 人 14 32