钢包精炼炉LF钢液流动的数学物理模拟与优化

LF精炼炉高效加热工艺分析及应用探讨发布时间：2023-03-03T08:02:28.881Z 来源：《中国科技信息》2022年第10月19期作者：杜世伟[导读] LF精炼是在转炉炼钢和连铸过程中的一个过渡过程，它不仅要保证快速的炼钢速度，而且保证了高质量的钢水供应杜世伟宝钢湛江钢铁有限公司广东湛江 524000摘要：LF精炼是在转炉炼钢和连铸过程中的一个过渡过程，它不仅要保证快速的炼钢速度，而且保证了高质量的钢水供应。

LF精炼是否能够保证钢水成分、温度和洁净度满足生产工艺的规定，已经成为炼钢厂的一个制约因素。

所以，在认识 LF精炼过程的特性的前提下，需要加强 LF的冶炼功能，以达到生产的需要。

通过对 LF造摘渣、钢水罐底吹氩、给水系统的优化，改善了 LF的加热效率，减少了冶炼费用，达到了高效的冶炼效果。

关键词：LF精炼炉；高效加热；工艺应用引言短流生产技术以高效、节能、先进的技术手段，被广泛地应用。

钢水炉外精炼，其实就是把在炼钢专用炼钢炉或电弧炉中可以或部分地进行的精炼工作（如脱氧、脱碳、脱硫等）转移到“钢包”或其他公共容器中进行分离，因此在国外也叫一次精炼、二次炼钢、包钢冶炼。

由于在短流程中，钢包炉的一个重要作用就是在电炉和连铸之间充当缓冲，起到承上启下、协调节奏的作用。

第二个作用是最后确定出炉质量，化学成分和温度的控制。

因此，在技术研究、设备、真空环境、液压、计算机控制等方面都要进行革新，使整个设备处于世界先进水平。

一、LF精炼工艺的特点（一）石墨电极埋弧加热LF精炼炉是利用石墨电极和钢液间的高温电弧作为加热介质，使其升温速率在4-5 C/min左右。

在加热过程中，将石墨电极插入到泡沫渣层中进行埋弧处理，从而在熔渣中形成高温电弧。

泡沫渣能有效地屏蔽高温电弧，降低高温电弧对钢包的辐射，同时也能有效地保护炉衬；同时，钢液和炉渣能有效地吸收电弧热量，从而使热效率得到改善[1]。

熔渣的粘稠度对泡沫特性有一定的影响，在合适的粘度下，熔渣泡沫能够保持很长一段时间。

安徽工业大学科技成果——钢包精炼炉（LF炉）电极
智能控制与优化
成果简介本项目面向钢包精炼炉（LF炉）电极系统，开发出一种神经网络建模、解耦及控制的智能控制系统。

包括开发出一种含有智能控制算法、SIEMENS Win AC软件、工业以太网、现场总线等多种软硬件技术的系统集成平台，从而实现LF炉三相电极电流的实时在线解耦与控制。

成熟程度和所需建设条件本项目先后成功应用于马钢和湖北新冶钢，结果表明节能减排效果显著，经济和社会效益明显。

本系统可以和原系统兼容，只需要添加一台工控机。

LF炉电极智能控制柜
技术指标LF炉电耗95.66kwh/t，电极1.07kg/t。

市场分析和应用前景可以应用于超大功率电弧炉电极控制。

社会经济效益分析体现在电耗和电极消耗的减少。

调试和监视界面
知识产权及成果获奖情况
成果“钢包精炼炉电极控制系统智能建模及控制技术的研究与开发”获得安徽省科技进步二等奖。

发明专利：ZL200510123198.3基于模型参考自适应控制的多变量系统神经网络解耦的简捷方法；ZL200510123197.9基于神经网络逆辨识与逆控制的多变量系统的间接解耦方法
合作方式合作开发、受托开发。

LF精炼炉脱硫工艺制度的研究与优化随着科学技术的不断发展，对炼钢生产率、钢的成本、钢的纯净度以及使用性能等方面，都提出了越来越高的要求。

这使传统的炼钢设备和炼钢工艺难以满足需求。

炉外精炼也称二次精炼或钢包冶金，将在常规炼钢炉中完成的精炼任务，部分或全部地移到钢包或其它容器中进行，达到提高钢质量的目的。

LF炉作为炉外精炼设备的一种，具有优异的综合性能，钢液经过LF炉处理可以提高纯净度。

本文在分析研究脱硫的热力学和动力学基础上，结合LF炉的生产实际，对其工艺参数及操作制度进行了研究和优化。

通过控制转炉下渣量、LF炉快速造渣及加快脱硫反应速率等措施，可以实现LF炉生产工序及整个炼钢车间生产工序的高产、优质、低成本。

关键词: LF炉；脱硫；造渣1.1 炉外精炼技术的发展[1]随着现代科学技术的发展和工农业对钢材质量要求的提高，钢厂普遍采用了炉外精炼工艺流程，它已成为现代炼钢工艺中不可缺少的重要环节。

由于这种技术可以提高炼钢设备的生产能力，改善钢材质量，降低能耗，减少耐材、能源和铁合金消耗，因此，炉外精炼技术己成为当今世界钢铁冶金发展的方向，对于炉外精炼技术存在的问题及发展方向有必要进行探讨。

钢中的硫、磷、氢、氧、氮含量大大地影响了钢的性能，如抗拉强度、成型性、可焊性、抗腐蚀性和疲劳性能等。

当钢中硫、磷之和低于0.004%，且氢、氧、氮含量较低时，钢的性能会产生较大的变化，尤其是抗腐蚀性、低温脆性、可焊性和成型性会有几倍甚至几十倍的提高，这比添加合金元素更有效。

为此，作为冶炼高级优质钢的必要手段——炉外精炼，必须有效地脱除杂质元素来提高钢的质量、改善钢的性能。

我国钢铁工业在品种、质量、消耗、成本及劳动生产率等方面与发达国家相比还很落后，主要表现在钢的化学成分波动范围大，硫、磷等有害元素和气体、非金属夹杂物含量相对较高，即钢的纯净度差，从而使钢材的性能不稳定。

随着中国加入世界贸易组织，中国钢材己进入全球化序列。

冶金炉条件下炉内多相流动数值模拟随着工业技术的发展，冶金炉已成为金属材料生产过程中的重要设备。

在冶金炉内，多相流动的研究对于冶金工艺的优化和安全性的保证至关重要。

通过数值模拟的方法，可以对冶金炉条件下炉内多相流动进行深入研究，从而提高冶金生产的效率和质量。

冶金炉内的多相流动通常包括了固体颗粒、液体金属以及气体相。

在冶金炉的工作过程中，这些相互作用复杂，需要进行数值模拟来更好地理解其行为和相互作用。

进行冶金炉内多相流动的数值模拟，一般采用计算流体力学（CFD）方法。

CFD方法可以基于Navier-Stokes方程来解析流动问题，通过建立三维数学模型，并结合边界条件和初始条件，通过数值计算来模拟流动过程。

首先，建立冶金炉内多相流动的数学模型。

对于液体金属和气体相，可以考虑它们之间的相互作用力，包括重力、表面张力以及湍流引发的湍流粘度。

对于固体颗粒相，可以引入更复杂的模型，包括颗粒之间的碰撞和相互作用力。

在建立数学模型之后，需要考虑边界条件和初始条件的设定。

边界条件包括了冶金炉壁面和其他设备的接触情况，如固体颗粒的进出口以及液体金属和气体相的进出口。

初始条件则是指流动场的初始状态。

利用建立好的数学模型和设定的边界条件和初始条件，通过数值计算方法来解析冶金炉内多相流动问题。

数值计算方法可以采用有限差分法、有限元法或者有限体积法等，根据具体问题的需求进行选择。

在数值模拟过程中，可以通过网格划分方法来离散化数学模型。

合适的网格划分可以提高数值计算的精确性和计算效率。

同时，还可以考虑引入自适应网格技术，根据流动场的变化，动态地调整网格分布和大小。

通过数值模拟，可以得到冶金炉内多相流动的详细信息。

这些信息可以用于分析不同工艺条件下的流动特性和传热传质过程。

通过对流场、温度场、浓度场等参数的分析，可以优化冶金炉的结构和工艺参数，从而提高冶金炉的效率和产品质量。

此外，数值模拟还可以用于预测冶金炉内的异常情况和安全事故的发生概率。

冶金工业炉外精炼(LF)的应用分析山西通才工贸有限公司山西临汾 043409摘要：钢液精炼是钢铁生产过程中的重要环节，因为它可以降低氧化合金的利用率。

这意味着，通过精炼，可以减少废料的产生，同时提高钢材的质量。

在过去，精炼通常在转炉内进行，但是，这种方法存在一些问题，例如回收率不均衡等。

为了解决这些问题，炉外精炼(LF)技术被广泛采用。

这种技术可以显著改善钢液的纯度，从而提高钢材的质量。

除了提高钢材的质量，炉外精炼(LF)技术还可以减少转炉内渣量到5%，这意味着这种技术可以提高炉渣的浮率。

这对于钢铁生产是非常重要的，因为高浮率可以减少废料的产生。

炉外精炼(LF)技术在保证钢材稳定生产方面起着举足轻重的作用。

这种技术可以确保钢铁生产的过程中不会出现问题，从而保证钢材的质量和数量。

关键词：冶金工业炉；外精炼(LF)；应用1冶金工业中炉外精炼(LF)的应用意义炉外精炼技术在冶金行业中的应用越来越广泛，它在钢铁生产过程中扮演着至关重要的角色。

炉外精炼可以改进热力条件，降低气体压力，改善真空现象。

这样，就可以保证炼钢过程中的温度、压力和气氛等因素的稳定性，从而提高冶金反应速度，保证炼钢过程的均匀性。

此外，炉外精炼可以提高渣钢的反应面积，加快反应速度。

在炉外精炼的过程中，通过对渣钢进行预处理和加入适当的精炼剂，可以提高渣钢的反应活性，使其与精炼剂充分混合，从而促进反应的进行，提高反应效率和产量。

炉外精炼装置具有加热功能，可以精确控制反应条件，满足各阶段的供热要求，实现精细的配方调整。

这样，就可以根据不同的生产需求，对炉外精炼装置进行精细的调节和控制，从而实现最佳的生产效果。

总的来说，炉外精炼技术的应用，不仅可以提高钢铁生产的效率和产品质量，而且可以降低能源消耗和环境污染，具有非常重要的经济和社会效益。

因此，在未来的钢铁生产中，炉外精炼技术将会得到更加广泛的应用和推广。

2炉外精炼(LF)简介钢铁生产是工业生产中非常重要的一环。

第２８卷第２期２０１８年４月㊀㊀㊀㊀㊀㊀安徽冶金科技职业学院学报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｎｈｕｉＶｏｃａｔｉｏｎａｌＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｔａｌｌｕｒｇｙａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｖｏｌ.２８.Ｎｏ.２Ａｐｒ.２０１８炼钢厂ＬＦ精炼炉炉盖水冷环管的结构优化迟志涛１ꎬ李㊀涛２(１.马钢股份公司技术中心安徽马鞍山２４３０００ꎻ２.马钢股份公司冷轧总厂安徽马鞍山２４３０００)摘㊀要:针对炼钢厂ＬＦ精炼炉炉盖水冷环管的结构和受热特点ꎬ通过理论计算和数值模拟方法对炉盖水冷环管的能量损失和冷却能力等方面进行了分析ꎬ研究结果给现场的设备改造提供了优化方案ꎬ并经过工业试验验证了改造方案的合理性ꎮ关键词:ＬＦꎻ水冷环管ꎻ数值模拟中图分类号:ＴＦ７６９.２㊀文献标识码:Ｂ㊀文章编号:１６７２－９９９４(２０１８)０２－０００４－０４收稿日期:２０１８－０３－２９作者简介:迟志涛(１９８２－)ꎬ男ꎬ马钢技术中心ꎬ工程师ꎬ工学硕士ꎮ㊀㊀ＬＦ炉生产时由于连续加热㊁持续升温等特殊的生产工艺ꎬ导致水冷炉盖的冷却水出水温较高ꎬ易出现水冷炉盖出水温度报警频繁㊁环管漏水等生产故障ꎮ在炼钢生产过程中经常被迫停炉对漏水点进行焊补ꎬ严重影响生产节奏ꎬ设备不得不停机检修[１]ꎬ连续１２个月设备停机次数累计达到１３７次ꎬ其中还不包括区域设备点检维护人员处理的次数ꎮ１㊀ＬＦ炉水冷炉盖受热分析１.１㊀ＬＦ炉水冷炉盖结构和传热特点㊀㊀传热学中热量传递有三种基本方式:热传导㊁热对流㊁热辐射[２]ꎮ㊀㊀水冷炉盖的主要换热方式包括三种:水冷环管内壁与管内冷却水的对流换热㊁水冷环管冷却外壁与内壁的稳态导热㊁炉盖内的烟气对水冷环管外壁进行辐射换热ꎮ图１㊀钢水包与水冷炉盖布置图图２㊀冷却进出水系统示意图㊀㊀在水冷炉盖的水路分配系统中ꎬ总管供水至水冷炉盖上的集水箱ꎬ故水冷炉盖的水冷环管为并联管道(见图２)ꎬ故Ａ㊁Ｂ间的水头损失均等于Ａ㊁Ｂ两集水箱之间的总水头差ꎬ即并联各管段的水头损失相等ꎬ总流量为各管流量值之和ꎬ同时各管路内沿程损失相等ꎬ如下式所示ꎬ由此可得Ｌ２为３８.７８ｍ３/ｈꎮ㊀㊀Ｌ１ʒｌ２ʒＬ３ʒＬ４ʒＬ５＝１Ｓ１ʒ１Ｓ２ʒ１Ｓ３ʒ１Ｓ４ʒ１Ｓ５(１)２.２㊀２＃水冷环管热负荷能力㊀㊀原２＃水冷环管设计总长度为９７ｍꎬ外径８３ｍｍꎬ其表面积为:㊀㊀Ａｗ＝(π ｄｗ Ｌ)＝(３.１４ˑ８３ˑ９７)/１００＝２５.２８ｍ２(２)㊀㊀实际上环管与钢水辐射的高温烟温接触的面积即起到主要热量转换的钢管面积只有其中的二分之一ꎬ故２＃水冷环管的实际受热面积为Ａ２＝１２.６ｍ２ꎮ㊀㊀根据斯蒂芬－玻尔兹曼定律(Ｓｔｅｆａｎ－Ｂｏｌｔｚ￣ｍａｎｎ)定律可知ꎬ炉内烟气对２＃水冷环管的辐射热的热量:㊀㊀Ｑ２＝εσＡ２Ｔ４＝３.５１ˑ１０６Ｗ(３)㊀㊀式中:ε称为物体的发射率ꎬσ为黑体辐射辐射常数ꎮ２.３㊀水冷环管换热能力校核㊀㊀由图１可知ꎬ在实际的生产过程中ꎬ２＃水冷环管对炉内温度的控制起着主要的作用ꎬ因此在假设炉内无热量损失的稳态情况下ꎬ根据热力学定律可知:㊀㊀Ｑ烟放＝Ｑ水吸(４)㊀㊀Ｑ水吸＝Ｑ１＃＋Ｑ２＃＋Ｑ３＃＋Ｑ４＃＋Ｑ５＃(５)㊀㊀根据牛顿冷却公式公式:㊀㊀Ｑ２＝ＣＬ２(Ｔ出－Ｔ进)＝４.２ˑ３８.７８ˑ(６０－２５)ˑ３.６＝１５８３４１６.２３Ｗ(６)㊀㊀式中:Ｔ出为水冷环管出水温度６０ħꎻＴ进为水冷环管进水温度２５ħꎮ表１㊀水冷环管热负荷校核表环管号烟气辐射热量/Ｗ冷却水吸收热量/Ｗ热负荷能力/Ｗ２＃水冷环管３５０７８６４.９１５８３４１６.２３－１９２４４４８.７０㊀㊀由上表可知ꎬ２＃水冷环管的热负荷能力较差ꎬ即换热能力不足ꎬ满足不了实际生产工况的需求ꎮ２.４㊀２＃水冷环管有效冷却能力分析㊀㊀２＃水冷环管的质量流量为:Ｍ２＝ρ水ˑＬ２＝１ˑ１０３ˑ３８.７８３６００＝１０.７７ｋｇ/ｓ㊀㊀２＃水冷环管的流速为:Ｖ２＝Ｌ２π ｒ２ｎ １３６００＝２.７９９ｍ/ｓꎬ其中ｒｎ为水冷环管内壁半径ꎬｒｎ＝ｄｎ/２＝(８３－２∗６.５)/２＝３５ｍｍꎻ㊀㊀雷诺数为:Ｒｅｓ＝Ｖ２ｄｎη＝３.１１ˑ１０５ꎬ其中ꎬη为冷却水平均运动粘度ꎻ㊀㊀因ＲｅＳ＝３.１１ˑ１０５>２３００ꎬ故该管内的水流动为旺盛湍流ꎮ㊀㊀经查表可得常温下水的普朗特数为:Ｐｒｓ＝４.１５ꎮ㊀㊀现在结合实际工况ꎬ利用假设迭代的方法校验冷却能力ꎬ先假设内壁温度ｔｎ１＝８０ħꎬ根据米海耶夫公式可得冷却水的努塞尔数为:㊀㊀Ｎｕｓ＝０.０２１Ｒｅ０.８ｓＰｒ０.４３ｓＰｒｓＰｒｎæèçöø÷０.２５㊀㊀再根据牛顿冷却对流换热公式:Ｑ＝ｈｓＡｎｔ出－ｔ进ｌｎｔｎ－ｔ进ｔｎ－ｔ出æèçöø÷㊀㊀经过对上面连个公式数次迭代计算算出ｔｎ＝６０ħꎬ则Ｎｕｓ＝１２７６.６９ꎬ其中:Ｐｒｓ为内壁温度６０ħ下水的普朗特数Ｐｒｓ＝２.９９ꎻ㊀㊀冷却管内的对流换热系数为:ｈｓ＝Ｎｕｓλｄｎ＝９４５９.５１Ｗ/(ｍ２ Ｋ)㊀㊀在当前条件下ꎬ根据牛顿冷却公式可以得出在此情况下能够达到冷却效果的水冷环管的有效长度Ｌｙ为:㊀㊀Ｌｙ＝Ｑｈｓˑπˑｄｎ２æèçöø÷２ˑ(ｔｎ－ｔ平均)＝４３.１２ｍ㊀㊀由此可知ꎬ原设计管道长度达到９７ｍꎬ而实际有效的冷却长度只有４３.１２ｍꎬ而且该结论与实际工况也相接近ꎮ３㊀水冷环管结构改进方案及数值模拟㊀㊀根据对２＃水冷环管有效冷却长度的计算分析ꎬ结合现场实际工况ꎬ对２＃水冷环管提出了的改造方案ꎬ其中２－１＃水冷环管５３ｍꎬ２－２＃水冷环管４４ｍꎮ３.１㊀三维几何整体模型的建立㊀㊀因ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ建模功能强大[３]ꎬ故本文中采用ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ三维造型软件对其进行三维造型设计ꎮ图３㊀２－１＃水冷环管三维造型图图４㊀２－２＃水冷环管三维造型图５总第８０期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀迟志涛ꎬ李㊀涛:炼钢厂ＬＦ精炼炉炉盖水冷环管的结构优化３.２㊀网格划分㊀㊀Ｇａｍｂｉｔ是专用的前处理软件[４]ꎬ本例是采用三维几何体网格划分中四面体网格划分法划分的网格ꎬ该方法能用更少的单元/节点获得高精度的结果ꎬ因此组合方案一对四条水冷环管进行网格划分的结果如下ꎮ图５㊀２－１＃水冷环管网格图图６㊀２－２＃水冷环管网格图３.３㊀边界条件确定㊀㊀(１)入口边界㊀㊀２－１＃水冷环管和２－２＃水冷环管的入口速度边界条件相同ꎬ其中体积流量４０ｍ３/ｈꎬ质量流量１１.１１ｋｇ/ｓꎬ流速２.８８７１ｍ/ｓꎻ入口湍流强度ꎬ由公式可知水冷环管的湍流强度及湍动能如表２所示:表２㊀水冷环管冷却水动力参数表环管号２－１＃水冷环管２－２＃水冷环管雷诺数３.２０７９６ˑ１０５３.２０７９６ˑ１０５喘流强度３.２７９８ˑ１０－２３.２７９８ˑ１０－２喘动能ꎬｍ２/ｓ２１.３４９８ˑ１０－２１.３４９８ˑ１０－２喘流耗散ꎬｍ２/ｓ３５.２３０７ˑ１０－２５.２３０７ˑ１０－２㊀㊀(２)管壁温度边界为３５３Ｋ㊁３６０Ｋꎻ３.４㊀求解模型设置㊀㊀湍流效应对流动与传热的影响较大[５]ꎬ故本文采用的是标准ｋ－ε模型ꎮｋ表示湍动能ꎬε表示耗散率ꎮ使用该模型的条件必须是完全湍流的流动ꎬ可以忽略流体中分子粘性ꎮ３.５㊀数值模拟分析㊀㊀模拟的温度分布结果如下图所示ꎮ㊀㊀从２－１＃水冷环管㊁２－２＃水冷环管的温度分布图可知其出水温度分别为３３１Ｋ(５８ħ)㊁３３１Ｋ(５８ħ)ꎮ图７㊀２－１＃水冷环管温度分布云图图８㊀２－２＃水冷环管温度分布云图４㊀工业验证㊀㊀现在根据改造方案加工制作的新水冷炉盖已经制造完毕ꎬ并上线投入使用ꎬ实际出水温度统计如下ꎮ表３㊀一组管线钢温度(ħ)统计表水冷环管２－１＃水冷环管２－２＃水冷环管进口水温２５ʃ３２５ʃ３出口水温第一炉４１４６.５出口水温第二炉４９.６５２.３５出口水温第三炉４２.６４５.４出口水温第四炉５０４４出口水温第五炉５４.１４８.１出口水温第六炉４３.５４０.５出口水温第七炉４７.４４２.３最大值５４.１５２.３５最小值４２.６４０.５㊀㊀依据统计的结果可以得出２－１＃水冷环管㊁２－２＃水冷环管的出水温度均稳定控制在５５ħꎬ小于生产工艺方提出控制在６０ħ以内的目标ꎮ６ 安徽冶金科技职业学院学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０１８年第２期５㊀经济效益㊀㊀目前设备运行状态稳定㊁功能完好ꎬ对近一年水冷炉盖本体故障运行台帐分析后可知ꎬ水冷炉盖本体在连续１２个月内共计发生漏水４次ꎮ目前水冷炉盖在线使用周期稳定在２４至２７个月之间ꎬ炉体寿命达到１１０００炉次左右ꎬ远超于未改造前的４４００炉次ꎮ参考文献[１]㊀李光瀛ꎬ马鸣图.我国汽车板生产现状及展望[Ｊ].轧钢ꎬ２０１４ꎬ３１(４):２２－３２[２]㊀戴锅生ꎬ传热学(第二版)[Ｍ].北京:高等教育出版社ꎬ１９９９:２－５[３]㊀秦㊀宁ꎬ章志兵ꎬ许恒建ꎬ柳玉起.基于ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ的钣金成形快速分析系统开[Ｊ].中国机械程ꎬ２００１ꎬ２２(９):１０２６－１０２９[４]㊀李㊀勇ꎬ刘志友ꎬ安亦然.介绍计算流体力学通用软件Ｆｌｕｅｎｔ[Ｊ].水动力学研究与进展ꎬ２００１ꎬ１６(２):２５５－２５９[５]㊀刘㊀磊ꎬ宋天民ꎬ管建军.基于ＦＬＵＥＮＴ的管壳换热器壳程流场数值模拟与分析[Ｊ].轻工机械ꎬ２０１２ꎬ３０(１):１８－２１ＳｔｒｕｃｔｕｒｅＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＷａｔｅｒ－ｃｏｏｌｉｎｇＰｉｐｅｏｆＬａｄｌｅＲｅｆｉｎｉｎｇＦｕｒｎａｃｅＣｏｖｅｒＣＨＩＺｈｉ－ｔａｏ１ꎬＬＩＴａｏ２㊀㊀Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｗａｔｅｒ－ｃｏｏｌｉｎｇｐｉｐｅｏｆＬＦｒｅ￣ｆｉｎｉｎｇｆｕｒｎａｃｅꎬｔｈｅｅｎｅｒｇｙｌｏｓｓａｎｄｃｏｏｌｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｏｆｔｈｅｗａｔｅｒ－ｃｏｏｌｉｎｇｐｉｐｅｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎａｎｄｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ.Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｒｅｓｕｌｔｓｐｒｏｖｉｄｅｄａｎｏｐｔｉｍｉｚｅｄｓｃｈｅｍｅｆｏｒｔｈｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｎｓｉｔｅ.Ａｎｄｔｈｅｒａｔｉｏｎａｌｉｔｙｏｆｔｈｅｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｗａｓｖｅｒｉｆｉｅｄｂｙｉｎ￣ｄｕｓｔｒｉａｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ.㊀㊀Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ＬａｄｌｅＦｕｒｎａｃｅꎻｗａｔｅｒ－ｃｏｏｌｉｎｇｐｉｐｅꎻｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ７总第８０期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀迟志涛ꎬ李㊀涛:炼钢厂ＬＦ精炼炉炉盖水冷环管的结构优化。

LF-20t钢包精炼炉 ;配置及技术规格书一、工艺说明LF精炼炉具有常压下电弧加热，包底吹氩气搅拌，包内造还原渣功能。

在LF 炉精炼过程中，使冶金反应的冶金热力学，冶金动力学得以充分发挥，提高精炼效率，提高钢液的纯净度，降低能耗。

LF炉的加热原理与电弧三期操作的还原相同，都是通过电弧加热对液态钢液进行升温或保温。

LF 炉的加热方式及效果：1、埋弧加热，全程保持还原渣；2、保持还原气氛；3、尽量减少热量损失，提高热效率；4、优化导电系统，提高电效率；LF炉变压器额定容量为3500kVA，一次电压33kV，据此估算，升温速度可达3℃/min，LF炉精炼周期为48min （含工艺准备时间）。

LF炉的炉体是钢包，对钢包的形状有特殊要求，直径与深度（D/H）比值，一般为0.9〜1.1锥度4-8°。

电极升降系统，采用三臂结构。

采用此结构的最大优点是可以减小电极心圆直径。

提高耐火材料寿命。

LF炉加热盖，采用管式水冷炉盖，有利于保持钢包内的还原气，有利于精炼。

为了提高易损件的使用寿命，一是从设计下手，优化结构；二是从材质选择，导电块采用铬青铜锻造，使用寿命保证一年以上。

钢包底吹氩气搅拌，钢包径深比D/H=0.9〜1.1。

由此可知相同钢水量在钢包中的钢液深度比电炉要深两倍左右，仅单靠电弧加热的电磁搅拌是远远不够的，会造成钢包中上部钢液和钢渣过热，而包钢液可能冷凝。

吹氩搅拌始终贯穿于整个精炼全过程。

是炼钢工艺的重要环节，氩气系统压力W1.0Mpa,纯度99.99%。

LF型钢包精炼炉是目前世界上使用最为广泛的炉外精炼设备之一。

它具有投资少，设备简单，精炼品种多，质量好等优点。

LF-20t钢包精炼炉具有加热升温，合金成分微调，氩气搅拌，侧温取样，脱硫、去杂质，喂丝等功能。

用于钢水成分微调，升温等。

二、设备结构特点：LF-20t钢包精炼炉总体结构采用钢包车移动方案。

由机械设备和电气设备两个部分组成。

机械部分是由包盖、加热工位桥架及炉盖提升机构，加料斗，电极升降装置，短网，液压站，氩气系统，冷却水系统，压缩空气系统等组成。

山西建邦特钢有限公司LF-60t钢包精炼炉工程技术协议甲方：山西建邦特钢有限公司乙方：西安桃园冶金设务工程有限公司二〇〇六年十一月目录1．主要工艺条件2．设备技术规格说明3．设计交接点和设备清单及设计联络4．资料的提交及进度5．运行保证值6．设备制造的监制和验收7．人员培训及技术服务8．安装调试9．其它山西建邦特钢有限公司——————以下简称甲方西安桃园冶金设备工程有限公司——————以下简称乙方为满足生产发展需要及适应调整产品结构、扩大产量及产口品种，提高质量，达到节能、降耗、降低成本；同时协调转炉与连铸之间的生产需要，保证转炉、连铸匹配生产实现多炉连浇，山西建邦集团特钢有限公司转炉炼钢车间拟新建一台LF-60t钢包精炼炉。

LF炉主要与新建的转炉和连铸机匹配。

新建的LF炉设备必须是完整的、技术的先进的、运行是可靠的；保证钢包炉的产品具有较强的国际市场竞争力。

工程范围包括LF精炼炉设备及其设备土建的设计、设备供货、运输、安装和调试。

1．主要工艺条件1．1工艺布置a．LF钢包精炼炉采用离线布置。

b．LF钢包精炉采用钢包回转台工作。

c．单炉处理量：最大70t，平均60t。

d．处理周期：300min。

1．2冶炼条件转炉座数1座（新建）转炉公称容量60t转炉平均出钢量60t转炉最大出钢量70t转炉平均冶炼周期300min1．3LF-60t精炼炉电极条件考虑电极的合理载流能力，LF-60t钢包精炼炉电极及接头选用Ф350mm的UHP电极较合理。

1．4设备结构形式LF-60t钢包精炼炉采用还原气氛及微正压条件下的电弧加热，电极升降采用三相电极分别调节，结构形式为三相三臂加热基架式。

1．5设备功能LF钢包精炼炉可以取代初炼炉进行还原期操作，对钢液进行升温、脱氧、脱硫、脱气、合金化、吹氩搅拌，使钢液成份和温度均匀，提高钢液质量，增加产量。

设备具有以下功能：1）对钢水的成分进行调及精确控制；2）确保炉内气氛的可控性强，可实现在强还原气氛下精炼；3）可精确调整钢水温度，为连铸机提供准确的浇钢温度；4）采用钢包底吹氩搅拌，均匀钢水成分和温度；5）通过氩气搅拌（配合渣精炼进行脱硫）及喂丝改变夹杂物形态，去除夹杂，提高钢水的纯净度和质量；6）作为转炉、连铸机之间的缓冲设备，保证转炉、连铸匹配生产，实现多炉连铸。