寶鋼3#LF電極與爐蓋耐材圈對中淺析

劉向東

摘 要：本文介紹了LF電極與爐蓋耐材圈對中的必要性，以及介紹了影響電極對中的相關(guān)設(shè)備，闡述了電極對中以及平時(shí)維護(hù)需要注意的幾個(gè)方面。

關(guān)鍵詞：LF；電極；對中；爐蓋；耐材圈；維護(hù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.07.047

1 引言

寶鋼3#LF采用西馬克設(shè)計(jì)的水冷爐蓋系統(tǒng)、電極橫臂系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)及大電流系統(tǒng)，使用液壓比例回路控制電極在鋼液中的位置，完成鋼水的升溫、深度脫硫以及合金化，使鋼水各成分滿足鋼種要求。該設(shè)備自2006年底投產(chǎn)以來，設(shè)備運(yùn)行可靠，故障時(shí)間短，生產(chǎn)的鋼種能滿足用戶需求，得到用戶的好評，但也存在如電極觸碰耐材圈折斷的故障，影響生產(chǎn)順行。

2 電極與爐蓋耐材圈對中必要性介紹

2.1 電極功能

LF設(shè)置有三根電極，呈平面三角形布置，通過碟簧油缸夾持在橫臂末端的夾頭內(nèi)部，布置于橫臂與鋼液之間。變壓器二次側(cè)產(chǎn)生的電流通過橫臂導(dǎo)到電極，電極與鋼液之間產(chǎn)生高溫電弧，以此來給鋼水升溫，電弧溫度可高達(dá)幾千甚至上萬攝氏度。溫度升高的快慢速度由電流的大小來決定，而電流大小則取決于電極在鋼液中的深度，冶煉過程中，電極在鋼液中的深度通過液壓系統(tǒng)控制橫臂的升降立柱來完成。電極作為導(dǎo)電體，其材質(zhì)為石墨。其隨著冶煉進(jìn)行，電極在鋼液中逐步消耗。當(dāng)電極消耗到一定程度，就需要把一頭帶有內(nèi)螺紋一頭帶有外螺紋的電極接長（見圖1），再進(jìn)行使用。

2.2 爐蓋及耐材功能

LF處理為鋼包上方設(shè)水冷爐蓋，用來捕集冶煉過程中產(chǎn)生的煙塵，設(shè)置在鋼包口與橫臂之間。電極需要穿過水冷爐蓋到達(dá)鋼液中，在冶煉過程中，由于電弧的作用，電極會(huì)發(fā)生劇烈抖動(dòng)，為防止電極劇烈抖動(dòng)碰觸到爐蓋引起拉弧擊傷設(shè)備，在爐蓋中心設(shè)置一圓孔，圓孔離開電極有一定的距離。但過大的圓孔勢必影響除塵效果，故在爐蓋的圓孔中水平設(shè)置一帶有三個(gè)孔的耐材圈，三根電極再分別從三個(gè)耐材孔中穿過。這樣耐材孔可以設(shè)置的小一些，電極外沿離耐材孔有一定的間隙，既可以顧及除塵效果，又保證了電極可以從耐材孔中順暢通過。在電極穿過耐材孔的部位，其溫度最高，鋼渣飛濺也最強(qiáng)烈。耐材圈會(huì)逐步消耗，需要定期更換耐材圈。

2.3 電極與耐材圈對中的必要性

由于電極需要從耐材圈中的孔穿過，而電極又是極易斷裂的材料，一旦電極碰觸到耐材，將引起電極折斷（如圖3），迫使生產(chǎn)中斷，斷裂的電極進(jìn)入鋼液中，將影響鋼水中碳的成份，所以需要保證電極與耐材圈的孔之間留有合適的間隙。由于爐蓋、電極都能獨(dú)立上下運(yùn)動(dòng)，故除非電極處于絕對的垂直狀態(tài)以及耐材圈處于絕對的水平狀態(tài)，否則，電極與耐材圈的孔之間的間隙將隨著爐蓋與電極的相對位置不同出現(xiàn)變化。當(dāng)這個(gè)間隙縮小到一定程度時(shí)，電極發(fā)生抖動(dòng)就有可能觸碰到耐材而發(fā)生折斷。

一般來說，電極是通過夾頭固定在橫臂上，其位置不容易發(fā)生改變，但是由于耐材圈屬于消耗品，需要經(jīng)常更換，更換過程中，其電極孔的位置會(huì)隨著爐蓋的位置、耐材圈放置的位置等而發(fā)生變化。故每次更換耐材圈，都必須對電極與耐材圈孔的間隙進(jìn)行調(diào)整，確保間隙，使得電極不因觸碰耐材圈而發(fā)生折斷。

3 影響電極與耐材圈對中的因素分析

由于影響到電極與耐材圈對中的因素比較多，以下對構(gòu)成這一系統(tǒng)的設(shè)備進(jìn)行介紹分析。首先對影響電極垂直位置的設(shè)備：橫臂立柱、橫臂、夾頭，進(jìn)行分析；再次對影響耐材圈水平位置的設(shè)備：爐蓋及爐蓋升降油缸立柱，進(jìn)行分析；最后對耐材圈本體進(jìn)行分析。

3.1 橫臂立柱

橫臂立柱做為電極升降的載體，其由單作用油缸驅(qū)動(dòng)，每根電極對應(yīng)一根立柱。立柱橫截面為矩形，中空，材質(zhì)為耐磨合金，驅(qū)動(dòng)油缸安裝于立柱底部，油缸另一端則與地面通過關(guān)節(jié)球軸承連接，立柱穿過混凝土方型通道，在混凝土通道上設(shè)置有兩處導(dǎo)向裝置用于調(diào)節(jié)立柱的垂直狀態(tài)，每處都是由四個(gè)方向皆可調(diào)節(jié)的導(dǎo)輪組成。通過調(diào)節(jié)螺栓可以調(diào)節(jié)導(dǎo)輪的位置，就可以調(diào)節(jié)立柱的偏向，也就調(diào)節(jié)了電極的位置。

3.2 橫臂

電極橫臂橫截面為矩形，分三層，上下層通水冷卻，中間層為通電銅管。橫臂外表面材質(zhì)為鋁合金，其重量輕，強(qiáng)度好，適用于有力偶存在的場合，通過螺栓連接安裝在橫臂立柱上，與立柱形成一個(gè)臥著的L型。在橫臂的末端設(shè)置有電極夾頭，用于夾緊電極，由碟簧油缸驅(qū)動(dòng)，夾緊時(shí)為碟簧施力，松開時(shí)為壓力油驅(qū)動(dòng)。夾頭內(nèi)部設(shè)可更換的銅塊，8塊銅塊沿夾頭內(nèi)側(cè)弧面上下均勻布置，夾緊時(shí)銅塊緊壓在電極上，避免電極接觸接頭，減少夾頭本體磨損。若銅塊上下磨損不均，碟簧油缸夾緊時(shí)，將影響電極的垂直狀態(tài)。

3.3 爐蓋

爐蓋本體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由鍋爐管密排而成，內(nèi)部通循環(huán)冷卻水，設(shè)置有除塵通道，與除塵系統(tǒng)接口對接；爐蓋可通過垂直安裝的油缸驅(qū)動(dòng)升降，冶煉時(shí)，下降爐蓋至靠近鋼包口處，確保除塵；冶煉結(jié)束后，

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爐蓋上升至上限并由上限發(fā)訊后鋼包臺(tái)車方可走行。耐材圈安裝在爐蓋中心位置處，若爐蓋的中心與三根電極的三角形中心有偏差，將直接影響到電極與耐材圈的對中。而導(dǎo)致這兩個(gè)中心不重合的原因主要有爐蓋的制造誤差、爐蓋的安裝誤差。在這里我們不討論爐蓋的制造誤差。爐蓋的安裝誤差主要是指三個(gè)驅(qū)動(dòng)爐蓋升降的油缸吊裝點(diǎn)的誤差，該吊裝點(diǎn)與爐蓋支腿通過螺栓連接，吊裝點(diǎn)底部面板上設(shè)置有4個(gè)螺栓孔，爐蓋支腿上設(shè)置為4個(gè)腰型孔，安裝時(shí)用于調(diào)整爐蓋的中心。

3.4 爐蓋升降油缸立柱

三個(gè)爐蓋升降油缸分別固定在三根倒L型的鋼制立柱上，其中一根立柱底部焊接在平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)上，另兩根立柱通過預(yù)埋螺栓固定在混凝土墩上。若立柱安裝位置出現(xiàn)位移，比如預(yù)埋螺栓由于長期受重載出現(xiàn)塑性變形，或者由于立柱焊縫開裂，都將導(dǎo)致立柱出現(xiàn)傾斜，直接影響到爐蓋的中心，也就影響了電極與耐材圈的對中

3.5 耐材圈

耐材圈（見圖4）主要由高鋁澆筑料構(gòu)成，由兩個(gè)圓柱組成，垂直剖面呈壓縮的倒T型，直接安裝在爐蓋的密排管上；耐材圈中間均勻分布有3個(gè)直徑比電極直徑略大的圓孔；上下面設(shè)置有鋼板，用于阻擋鋼渣沖刷耐材，延長耐材圈壽命；中間設(shè)置有鋼筋，用于加強(qiáng)耐材圈的剛度。澆注料在溫度不同的環(huán)境下凝固時(shí)，其收縮程度不一樣，很容易導(dǎo)致耐材圈各尺寸出現(xiàn)誤差，特別是安裝部位的直徑誤差，以及電極孔中心位置誤差，這些關(guān)鍵尺寸將直接影響到電極與耐材圈的對中。

4 對中需要注意的幾個(gè)方面

由于耐材圈隨著生產(chǎn)的消耗需要經(jīng)常更換，更換的時(shí)間則影響到生產(chǎn)節(jié)奏，所以，如何快速對中即快速調(diào)整電極與耐材圈中孔的間隙就顯得很重要。

從上述幾個(gè)影響對中的設(shè)備我們了解到，立柱導(dǎo)輪磨損將影響到電極垂直狀態(tài)，需對其磨損狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，可以對其進(jìn)行傾向劣化管理；電極橫臂夾頭內(nèi)部銅塊的磨損，也將影響到電極垂直狀態(tài)，也需對其進(jìn)行傾向劣化管理；而爐蓋由于其不常更換，一般其支腿吊裝點(diǎn)位置不會(huì)出現(xiàn)變化，平常檢查其螺栓緊固程度即可；至于爐蓋升降油缸的立柱是否出現(xiàn)傾斜，我們也應(yīng)對其進(jìn)行周期性檢查，利用重錘拉線的簡單設(shè)備進(jìn)行檢查其垂直度，目測焊縫是否開裂等；耐材圈的尺寸檢查顯得更為重要，每次上機(jī)前，應(yīng)對其進(jìn)行關(guān)鍵尺寸復(fù)測；耐材圈上機(jī)后，要及時(shí)對其進(jìn)行穿電極測試，即操作單根電極滿行程穿過耐材圈，分別測量三根電極與耐材圈孔之間的間隙。

5 結(jié)論

綜上所述，通過對影響電極垂直位置的設(shè)備、對影響耐材圈水平位置的設(shè)備、對耐材圈本體等進(jìn)行熟悉了解，加深對系統(tǒng)的整體理解，能夠快速、有效的解決工作中碰到的LF電極與爐蓋耐材圈對中不良問題。

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