关键词：优化；炉外精炼；系统设备
引言
“优转特”模式在现代社会的发展，人们对特钢的需求在扩大，与此同时也迫切地需要炉外精炼工艺的发展和相关的精炼设备在运行过程中更加高效而稳定。在我国的炉外精炼工艺中，主要是LF炉精炼技术和RH炉精炼技术，因此，优化炉外精炼系统设备主要就是优化LF和RH精炼炉设备。但是在系统设备长时间的运行之后，相关设备老化、设备效能低、设备质量要求不达标等问题也随之而来。因此，优化相关系统设备，解决制约工艺发展的问题，以促进炉外精炼工艺的发展满足大众需求成为重点。
1概述
在早期，冶炼行业内钢包主要用于运输钢液。随着工业技术的发展，逐渐发展出了钢包炉外精炼工艺。钢包炉外精炼工艺是通过以钢包为容器，制造真空、惰性气体或还原性气氛的钢包环境。使用吹氩搅拌、升温、真空处理、合金化等精炼方法进行脱气、脱氧、脱硫、去除夹杂物和成分微调等。炉外精炼可提高钢材的质量，缩短冶炼时间，优化工艺过程并降低生产成本。炉外精炼工艺对于钢铁冶金行业具有非常重要的意义。第一，钢包精炼工艺解放了转炉冶炼任务，使许多冶炼任务从转炉转移到炉外精炼。比如通过使用搅拌头强力搅拌钢液为脱硫制造良好的动力学条件的KR脱硫法，也有为去除钢液中的氢、氮等气体元素真空脱气法；第二，炉外精炼的产生使得钢液的合金收得率更高。在钢铁生产中，对钢液合金化操作是一项重要任务。在转炉冶炼前对钢液进行合金化操作会氧化合金，使合金收得率降低，炉外精炼工艺恰好解决了收得率低与分布不均问题。第三，炉外精炼工艺对提高钢液洁净度有着重要意义。在老式转炉中，转炉出钢下渣量非常巨大，钢水受到严重的污染进而影响产品质量。转炉采用滑板挡渣后，出渣量可以降至钢液重量的4‰，颗粒小、质量轻的炉渣会被卷入到钢液中。钢包底吹氩工艺能够促进炉渣上浮，保证钢液纯净度；第四，炉外精炼工艺对整个生产工序起着承接起上的作用。炉外精炼工艺能够调节钢液从转炉工段到连铸工段的时间，对稳定生产意义重大。
2优化炉外精炼系统设备
2.1LF 精炼炉设备优化
（1）钢包底吹氩为自动吹氩装置，实际生产中受指车对位、环境温度高影响，吹氩效果不理想、自动吹氩装置损耗高，需要设计一种自动吹氩保护装置，保证吹氩效果，降低备件消耗。鉴于生产中出现的问题，为改善钢包吹氩效果，经过调研论证提出了一种自动吹氩保护胶套（图 1），该胶套为氟橡胶材质，耐磨耐高温。将该胶套固定于自动吹氩蘑菇头上，当自动吹氩装置对位偏差时，通过该胶套起到密封的作用，保证吹氩效果。生产中使用将保护胶套装配在自动吹氩装置（图 2 ）上。（2）LF 精炼炉电极夹钳是电极固定装置，靠夹钳托架支撑，上电过程中受电极波动影响，托架磨损严重，进而伤及电极夹钳铜排，铜排维护成本高维修难度大，需改进电极夹钳托架结构。原夹钳托座（图3）设计为以螺栓固定在电极铜排上，使用过程中电极夹钳根据生产情况需要频繁动作，铜排上托座底孔由于材质原因就会受到损坏，此时托座无法固定便会失去支撑作用。这种情况下只能更换铜排，而电极铜排更换难度大且成本高，亟需改进夹钳托座结构以解决该问题。
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图 1 自动吹氩胶套
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图 2 自动吹氩装置
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图 3 电极夹钳托座
2.2炉外精炼系统设备的精炼方法
炉外精炼系统设备的精炼方法主要有四种，其中有钢渣反应法、真空冶炼法、喷射冶金法、加热法。通过对钢水进行剔除杂质的处理方法，将钢水当中的硫、氧等杂志剔除，从而提纯钢水，这是采用了钢渣反应的方法。而真空冶炼法则是对钢水的提纯是在真空的基础下实现的，防止空气当中的杂志混去钢水中，提高了钢水的纯度。真空冶炼炉外有线圈围绕，而线圈内的电流使炉内金属产生漩涡，漩涡产生的温度使金属融化，此外熔池搅拌功能的实现提高了金属熔体的流动速度，实现了钢水的均匀混合。喷射冶金的方法主要目的是扩大熔池的化学反应面积和速度，相对大的固体反应颗粒物通过运用载体而喷射到熔池内，这样熔池会发生剧烈反应，而在这强烈反应下，固体颗粒物也会变成液体，在整个溶解过程中，钢水得到了精炼。炉外精炼系统设备在设计工艺上，采用了加热和温度把控系统，而通过各种加热方法可以避免出现温度不足甚至降温问题，这其中包括脱碳二次燃烧法和电弧加热等方法，根据不同的需求而采取相对应的加热方法，提高钢材的纯度和精炼度。
2.3多功能化
未来，真空精炼技术将会得到广泛应用，钢水真空精炼比重会进一步增加。社会发展对钢材纯净度要求逐渐提升，对真空处理钢需求量增加。真空精炼、真空冶金技术将得到进一步提升。随着科学技术的发展，炉外处理设备会逐步实现多功能化，在钢水精炼设备中，会将真空冶金工艺、渣洗精炼工艺、搅拌喷粉、加热控温等工艺整合起来，进而全面实现多功能冶炼，以更好地满足社会发展需求。例如，LF-VD系统、RH-OB系统、CAS-OB系统、RH-KTB系统等均配备了合金包芯线与喂合金线，具有多功能化的优势，能有效满足不同产品生产需求，还能全面提升设备使用效率。
2.4RH精炼系统设备的优化
在RH精炼系统设备中，喂丝系统是其重要的组成，而原来的喂丝工艺不能满足现在的工艺要求，这就需要对喂丝系统进行优化。喂丝系统优化体现在将两个喂丝器的中部向西拉长而设置一个平台，并安放一套电葫芦。这样的设置能够把需要的线卷直接运送到新设置的平台，而丝卷和喂丝器能够在一个平台实行喂丝工作，防止喂丝因为升高而发生断丝问题。两线的RH喂丝机在实际操作中存在不足，两线喂丝的导管是由气缸在驱动作用控制下而实施喂丝操作。在实际的钢材精炼中，需要频繁更换多种丝线，但是两线喂丝跟不上更换速度，而且两线喂丝中只要有一条喂丝出现问题，对喂丝工作造成很大影响。那么，把两线喂丝变成四线喂丝，并在导管底部设置喂丝套管，这有利于更换喂丝，并且提高了喂丝工作效率和提升喂丝工艺。
2.5设备与工艺模块化
在进行精炼双联法生产时，需要利用不同精炼设备的多种相功能。当待处理钢液在不同设备之间转换会占用生产时间与生产空间，拉长整个生产节奏，导致生产周期与厂房空间紧张。如果遇到设备零件出现问题，整个生产流程便会停止。设备工艺的模块化可以妥善解决这类问题。首先，设备工艺模块化使各种设备功能单独存在、有序使用，减少相同功能的在整个生产流程中占用时间；其次，设备模块化便于集中采购，降低设备成本。
2.6快速分析与智能化控制
随着社会的不断进步，对钢材成分标准要求更为严谨。为了有效缩短冶炼周期，必须配备快速分析系统，减少等待时间，充分引入高新科学技术，实现炉外精炼的智能化控制。具体来说：准确预报终点温度与成分，合理选择最佳工艺，充分利用计算机系统控制精炼过程中的加料、搅拌、调整、加热、温控等环节。另外，炉外精炼的不断发展，会进一步提升自动化控制水平与冶炼在线监测水平。例如，LF钢包精炼促进了电弧炉生产流程优化，VOD、AOD促进了不锈钢高效、低耗、优质的变革。
结语
未来的钢铁企业要建立“高效率、低能耗”的绿色生产模式，对生产技术积极改造升级，实施环保与产能捆绑的方法，坚定淘汰落后钢铁产能。从生产源头削减和预防污染物的产生。致力于生产耗能更少，技术含量更高，更具环保效益、高附加值的绿色钢铁产品。并通过绿色采购、清洁生产和资源的分类回收、循环使用，提高资源的综合利用率。
参考文献
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[2]范绍玉，杨中秀.采用VOD法的不锈钢精炼过程监控系统设计[J].铸造技术，2016，37(8):1747-1750.
[3]韩鹏龙，王硕明，王雁.LF精炼废渣再利用的研究[J].铸造技术，2014，35(4):720-722.
论文作者:任广亮
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第20期
论文发表时间:2020/4/28
标签：精炼论文; 设备论文; 工艺论文; 钢水论文; 钢包论文; 夹钳论文; 系统论文; 《科学与技术》2019年第20期论文;