宝钢3#LF电极与炉盖耐材圈对中浅析

刘向东

摘 要：本文介绍了LF电极与炉盖耐材圈对中的必要性，以及介绍了影响电极对中的相关设备，阐述了电极对中以及平时维护需要注意的几个方面。

关键词：LF；电极；对中；炉盖；耐材圈；维护

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

1 引言

宝钢3#LF采用西马克设计的水冷炉盖系统、电极横臂系统、液压系统及大电流系统，使用液压比例回路控制电极在钢液中的位置，完成钢水的升温、深度脱硫以及合金化，使钢水各成分满足钢种要求。该设备自2006年底投产以来，设备运行可靠，故障时间短，生产的钢种能满足用户需求，得到用户的好评，但也存在如电极触碰耐材圈折断的故障，影响生产顺行。

2 电极与炉盖耐材圈对中必要性介绍

2.1 电极功能

LF设置有三根电极，呈平面三角形布置，通过碟簧油缸夹持在横臂末端的夹头内部，布置于横臂与钢液之间。变压器二次侧产生的电流通过横臂导到电极，电极与钢液之间产生高温电弧，以此来给钢水升温，电弧温度可高达几千甚至上万摄氏度。温度升高的快慢速度由电流的大小来决定，而电流大小则取决于电极在钢液中的深度，冶炼过程中，电极在钢液中的深度通过液压系统控制横臂的升降立柱来完成。电极作为导电体，其材质为石墨。其随着冶炼进行，电极在钢液中逐步消耗。当电极消耗到一定程度，就需要把一头带有内螺纹一头带有外螺纹的电极接长（见图1），再进行使用。

2.2 炉盖及耐材功能

LF处理为钢包上方设水冷炉盖，用来捕集冶炼过程中产生的烟尘，设置在钢包口与横臂之间。电极需要穿过水冷炉盖到达钢液中，在冶炼过程中，由于电弧的作用，电极会发生剧烈抖动，为防止电极剧烈抖动碰触到炉盖引起拉弧击伤设备，在炉盖中心设置一圆孔，圆孔离开电极有一定的距离。但过大的圆孔势必影响除尘效果，故在炉盖的圆孔中水平设置一带有三个孔的耐材圈，三根电极再分别从三个耐材孔中穿过。这样耐材孔可以设置的小一些，电极外沿离耐材孔有一定的间隙，既可以顾及除尘效果，又保证了电极可以从耐材孔中顺畅通过。在电极穿过耐材孔的部位，其温度最高，钢渣飞溅也最强烈。耐材圈会逐步消耗，需要定期更换耐材圈。

2.3 电极与耐材圈对中的必要性

由于电极需要从耐材圈中的孔穿过，而电极又是极易断裂的材料，一旦电极碰触到耐材，将引起电极折断（如图3），迫使生产中断，断裂的电极进入钢液中，将影响钢水中碳的成份，所以需要保证电极与耐材圈的孔之间留有合适的间隙。由于炉盖、电极都能独立上下运动，故除非电极处于绝对的垂直状态以及耐材圈处于绝对的水平状态，否则，电极与耐材圈的孔之间的间隙将随着炉盖与电极的相对位置不同出现变化。当这个间隙缩小到一定程度时，电极发生抖动就有可能触碰到耐材而发生折断。

一般来说，电极是通过夹头固定在横臂上，其位置不容易发生改变，但是由于耐材圈属于消耗品，需要经常更换，更换过程中，其电极孔的位置会随着炉盖的位置、耐材圈放置的位置等而发生变化。故每次更换耐材圈，都必须对电极与耐材圈孔的间隙进行调整，确保间隙，使得电极不因触碰耐材圈而发生折断。

3 影响电极与耐材圈对中的因素分析

由于影响到电极与耐材圈对中的因素比较多，以下对构成这一系统的设备进行介绍分析。首先对影响电极垂直位置的设备：横臂立柱、横臂、夹头，进行分析；再次对影响耐材圈水平位置的设备：炉盖及炉盖升降油缸立柱，进行分析；最后对耐材圈本体进行分析。

3.1 横臂立柱

横臂立柱做为电极升降的载体，其由单作用油缸驱动，每根电极对应一根立柱。立柱横截面为矩形，中空，材质为耐磨合金，驱动油缸安装于立柱底部，油缸另一端则与地面通过关节球轴承连接，立柱穿过混凝土方型通道，在混凝土通道上设置有两处导向装置用于调节立柱的垂直状态，每处都是由四个方向皆可调节的导轮组成。通过调节螺栓可以调节导轮的位置，就可以调节立柱的偏向，也就调节了电极的位置。

3.2 横臂

电极横臂横截面为矩形，分三层，上下层通水冷却，中间层为通电铜管。横臂外表面材质为铝合金，其重量轻，强度好，适用于有力偶存在的场合，通过螺栓连接安装在横臂立柱上，与立柱形成一个卧着的L型。在横臂的末端设置有电极夹头，用于夹紧电极，由碟簧油缸驱动，夹紧时为碟簧施力，松开时为压力油驱动。夹头内部设可更换的铜块，8块铜块沿夹头内侧弧面上下均匀布置，夹紧时铜块紧压在电极上，避免电极接触接头，减少夹头本体磨损。若铜块上下磨损不均，碟簧油缸夹紧时，将影响电极的垂直状态。

3.3 炉盖

炉盖本体结构复杂，由锅炉管密排而成，内部通循环冷却水，设置有除尘通道，与除尘系统接口对接；炉盖可通过垂直安装的油缸驱动升降，冶炼时，下降炉盖至靠近钢包口处，确保除尘；冶炼结束后，

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炉盖上升至上限并由上限发讯后钢包台车方可走行。耐材圈安装在炉盖中心位置处，若炉盖的中心与三根电极的三角形中心有偏差，将直接影响到电极与耐材圈的对中。而导致这两个中心不重合的原因主要有炉盖的制造误差、炉盖的安装误差。在这里我们不讨论炉盖的制造误差。炉盖的安装误差主要是指三个驱动炉盖升降的油缸吊装点的误差，该吊装点与炉盖支腿通过螺栓连接，吊装点底部面板上设置有4个螺栓孔，炉盖支腿上设置为4个腰型孔，安装时用于调整炉盖的中心。

3.4 炉盖升降油缸立柱

三个炉盖升降油缸分别固定在三根倒L型的钢制立柱上，其中一根立柱底部焊接在平台钢结构上，另两根立柱通过预埋螺栓固定在混凝土墩上。若立柱安装位置出现位移，比如预埋螺栓由于长期受重载出现塑性变形，或者由于立柱焊缝开裂，都将导致立柱出现倾斜，直接影响到炉盖的中心，也就影响了电极与耐材圈的对中

3.5 耐材圈

耐材圈（见图4）主要由高铝浇筑料构成，由两个圆柱组成，垂直剖面呈压缩的倒T型，直接安装在炉盖的密排管上；耐材圈中间均匀分布有3个直径比电极直径略大的圆孔；上下面设置有钢板，用于阻挡钢渣冲刷耐材，延长耐材圈寿命；中间设置有钢筋，用于加强耐材圈的刚度。浇注料在温度不同的环境下凝固时，其收缩程度不一样，很容易导致耐材圈各尺寸出现误差，特别是安装部位的直径误差，以及电极孔中心位置误差，这些关键尺寸将直接影响到电极与耐材圈的对中。

4 对中需要注意的几个方面

由于耐材圈随着生产的消耗需要经常更换，更换的时间则影响到生产节奏，所以，如何快速对中即快速调整电极与耐材圈中孔的间隙就显得很重要。

从上述几个影响对中的设备我们了解到，立柱导轮磨损将影响到电极垂直状态，需对其磨损状态进行监测，可以对其进行倾向劣化管理；电极横臂夹头内部铜块的磨损，也将影响到电极垂直状态，也需对其进行倾向劣化管理；而炉盖由于其不常更换，一般其支腿吊装点位置不会出现变化，平常检查其螺栓紧固程度即可；至于炉盖升降油缸的立柱是否出现倾斜，我们也应对其进行周期性检查，利用重锤拉线的简单设备进行检查其垂直度，目测焊缝是否开裂等；耐材圈的尺寸检查显得更为重要，每次上机前，应对其进行关键尺寸复测；耐材圈上机后，要及时对其进行穿电极测试，即操作单根电极满行程穿过耐材圈，分别测量三根电极与耐材圈孔之间的间隙。

5 结论

综上所述，通过对影响电极垂直位置的设备、对影响耐材圈水平位置的设备、对耐材圈本體等进行熟悉了解，加深对系统的整体理解，能够快速、有效的解决工作中碰到的LF电极与炉盖耐材圈对中不良问题。

参考文献：

[1]王积伟.《液压传动》第二版[M].机械工业出版社，2007（04）.

[2]朱云.《冶金设备》第一版[M].冶金工业出版社，2009（06）.