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[摘要]LF炉精炼是一种炉外精炼技术，主要炼制特种钢，它主要是通过三相电极之间短路起弧来提高钢水的温度，降低碳、硫、磷等杂质的含量，同时通过钢包底吹吹入氩气对钢水进行搅拌，并且加入一些物质来进行造渣，以达到进一步冶炼的目的。文章介绍了LF炉系统的组成和电极的控制，为承钢150吨转炉LF精炼炉的维护提供了参考。
[关键词]LF炉系统工艺流程 电极控制
中图分类号：U693+.32 文献标识码：U 文章编号：1009―914X（2013）28―0373―01
1、LF炉系统组成
承德钢铁公司150吨转炉系统LF精炼炉的主要组成装置及各个装置的作用：
（1）钢包车系统
负责将钢水包运到或者送出精炼位置，可以选择变频控制或者工频控制方式。
（2）电极升降系统
此部分主要是液压系统，因为电极的升降是依靠比例阀调节的，而比例阀是依靠液压来进行调节的。液压式的使用液压缸驱动电极的升降。电弧电流和电压与相应的给定值进行比较，其差值经放大传给比例阀线圈。差值为零时比例阀无动作。电弧电流大于给定值时，比例阀线圈中通过使阀杆向上运动的方向电流，通过比例阀控制使液压介质流入电极升降液压缸，驱动电极向上运动。当实际电弧电流与设定值相等时，比例阀线圈上无电流，液压介质停止流动，电极随即停止与运动。反之，如果电弧电流小于给定值，则电极向下运动。
（3）电极的供电系统
此部分主要由变压器、短网、高压开关等装置组成。变压器共有13个电压档位供用户选择，每个档位赋给相应的额定电压、额定电流和最大弧流值。短网又称为大电流回路，由变压器二次侧引出铜排、软铜排、水冷铜管、水冷电缆、导电横臂组成。高压供电系统由高压隔离开关（带接地开关）及电压互感器、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组成。
（4）钢包底吹氩气系统
可以手动或者自动调节调节阀门的开度，以对氩气的流量进行控制。根据精炼炉钢包钢液深度及液面直径的不同，精炼时通过调节氩气的流量和吹氩强度，以适应不同精炼工艺的需要。通过吹入氩气的搅拌来达到均匀铁水成分、温度的目的，并且使夹杂物长大上浮，进一步提高钢液纯净度的目的。
（5）喂丝系统
根据钢水成分的不同喂入相应的丝线，比如加入铝线或者钙线以造出不同程度的渣。为了控制金属线的加入量和喂丝速度，在喂丝机上装有显示喂入长度的计数器和速度控制器。当喂丝机以一定的速度把金属线送入钢包内到预定长度时，喂丝机自动停止喂丝。
（6）上料投料系统
上料时，将所需的料种加入LF高位料仓中。加料系统有3个称量仓，称量后由皮带机送入精炼炉受料斗，当需要加料时，打开受料斗翻板阀即可向炉内加料。各个料仓都设有变频振动给料机，每个称量仓都设有振动给料机和称重装置。加料系统由PLC控制，在HMI上显示加入的重量值。
（7）测温取样系统
钢包盖上有一取样孔，精炼过程中或精炼完成后可在取样孔内插入测温枪或者取样装置进行温度测量和取样操作。
1、工艺流程
天车吊包将钢包吊到LF炉钢包车上，操作工将氩气管接通，进行吹氩测温取样操作，然后钢包车运行至精炼工位，包盖盖好，加入造渣剂，开始对电极进行通电，加热钢水，在加热的过程中采用小流量氩气对钢水进行搅拌。加热几分钟后，基本达到了热平衡，钢水的温度基本不变的时候，停止加热，将电极提起，同时使用大流量的氩气进行搅拌，使得钢水的温度和成本混合均匀。测温取样的结果出来后，根据结果及所需要的目标钢种，通过精炼模型或者操作工人的经验，计算出所需加入的合金料的种类及重量。合金料能够起到微调钢水成分的目的，加入合金料后，继续加热，使得钢水的成分和温度达到预定的目标，再进行一次测温取样，之后进行喂丝，喂如铝丝或者碳化硅丝，达到脱氧脱碳的目的，并将杂物的形态改变。喂丝的过程中，使用小流量吹氩，以得到较为纯净，较为均匀的钢水。喂丝结束后，包盖升起，钢包车运行至吊包位，断开吹氩管路，天车将钢包吊走，至此，LF炉的一个冶炼周期完成。
2、电极控制
精炼炉系统中最重要的是电极的控制。LF精炼炉作为电弧炉的一种，它是靠三相电极和钢液之间放电产生电弧，利用电弧的热对金属和炉渣进行融化，以冶炼高品质钢或者特殊钢种。电弧炉炼钢需要消耗巨大的电能，电弧炉工作需要很大的电功率，一台三相电炉变压器的容量可以达到几千甚至几万千伏安，电炉工作时所需要的功率值变化速度快，变化幅度大，而电极调节系统的作用是通过调节电极的位置来达到调节功率的目的。因此，好的电极控制方案可以缩短精炼周期，减少电能的消耗，降低冶炼成本，确定较佳的功率因数。电极控制在精炼炉炼钢过程中有着举足轻重的作用。
LF炉系统共有两套PLC，电极的控制在PLC1中，其硬件配置如图1所示：
图1电极控制硬件配置图
承钢150吨转炉LF炉精炼炉电极控制具有自动和手动两种操作方式，模式选择由主操作台上的手动/自动转换开关切换。
1）自动操作方式：
加热开始、加热自动、加热未停止、加热时间未到、电极/炉盖集中操作、断路器合闸、炉盖未到上限时可以自动加热。
电极升降自动调节系统通过现场检测元件及AI、DI輸入模块等，将三相电弧电压、电弧电流、变压器挡级、电极限位及其它相关的给定参数采集到PLC中。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比例阀功率放大器，功率放大器控制电极升降比例阀，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通过实时数据网络获取HMI下达的设定参数和控制指令，按最佳功率曲线进行控制，完成精炼过程自动化。同时各设备的运行状态、工艺参数、弧压弧流曲线可在HMI显示。岗位可以在操作画面上选择长弧、中弧和短弧，长弧是将变压器额定电流乘以0.8设置为设定弧流；中弧是将变压器额定电流乘以0.9设置为设定弧流；短弧是将变压器额定电流乘以1.0设置为设定弧流。
2）手动操作方式：
在HMI上，控制单相电极的上升/下降或三相电极的同时上升/下降，手动操作主要在调试或紧急情况下使用。另外，在炉前操作箱也可以控制电极的上升/下降，主要在更换或接长电极时使用。
程序中手动控制优先，自动方式下，也可以手动干预电极的升降和停止。
[关键词]LF炉系统工艺流程 电极控制
中图分类号：U693+.32 文献标识码：U 文章编号：1009―914X（2013）28―0373―01
1、LF炉系统组成
承德钢铁公司150吨转炉系统LF精炼炉的主要组成装置及各个装置的作用：
（1）钢包车系统
负责将钢水包运到或者送出精炼位置，可以选择变频控制或者工频控制方式。
（2）电极升降系统
此部分主要是液压系统，因为电极的升降是依靠比例阀调节的，而比例阀是依靠液压来进行调节的。液压式的使用液压缸驱动电极的升降。电弧电流和电压与相应的给定值进行比较，其差值经放大传给比例阀线圈。差值为零时比例阀无动作。电弧电流大于给定值时，比例阀线圈中通过使阀杆向上运动的方向电流，通过比例阀控制使液压介质流入电极升降液压缸，驱动电极向上运动。当实际电弧电流与设定值相等时，比例阀线圈上无电流，液压介质停止流动，电极随即停止与运动。反之，如果电弧电流小于给定值，则电极向下运动。
（3）电极的供电系统
此部分主要由变压器、短网、高压开关等装置组成。变压器共有13个电压档位供用户选择，每个档位赋给相应的额定电压、额定电流和最大弧流值。短网又称为大电流回路，由变压器二次侧引出铜排、软铜排、水冷铜管、水冷电缆、导电横臂组成。高压供电系统由高压隔离开关（带接地开关）及电压互感器、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组成。
（4）钢包底吹氩气系统
可以手动或者自动调节调节阀门的开度，以对氩气的流量进行控制。根据精炼炉钢包钢液深度及液面直径的不同，精炼时通过调节氩气的流量和吹氩强度，以适应不同精炼工艺的需要。通过吹入氩气的搅拌来达到均匀铁水成分、温度的目的，并且使夹杂物长大上浮，进一步提高钢液纯净度的目的。
（5）喂丝系统
根据钢水成分的不同喂入相应的丝线，比如加入铝线或者钙线以造出不同程度的渣。为了控制金属线的加入量和喂丝速度，在喂丝机上装有显示喂入长度的计数器和速度控制器。当喂丝机以一定的速度把金属线送入钢包内到预定长度时，喂丝机自动停止喂丝。
（6）上料投料系统
上料时，将所需的料种加入LF高位料仓中。加料系统有3个称量仓，称量后由皮带机送入精炼炉受料斗，当需要加料时，打开受料斗翻板阀即可向炉内加料。各个料仓都设有变频振动给料机，每个称量仓都设有振动给料机和称重装置。加料系统由PLC控制，在HMI上显示加入的重量值。
（7）测温取样系统
钢包盖上有一取样孔，精炼过程中或精炼完成后可在取样孔内插入测温枪或者取样装置进行温度测量和取样操作。
1、工艺流程
天车吊包将钢包吊到LF炉钢包车上，操作工将氩气管接通，进行吹氩测温取样操作，然后钢包车运行至精炼工位，包盖盖好，加入造渣剂，开始对电极进行通电，加热钢水，在加热的过程中采用小流量氩气对钢水进行搅拌。加热几分钟后，基本达到了热平衡，钢水的温度基本不变的时候，停止加热，将电极提起，同时使用大流量的氩气进行搅拌，使得钢水的温度和成本混合均匀。测温取样的结果出来后，根据结果及所需要的目标钢种，通过精炼模型或者操作工人的经验，计算出所需加入的合金料的种类及重量。合金料能够起到微调钢水成分的目的，加入合金料后，继续加热，使得钢水的成分和温度达到预定的目标，再进行一次测温取样，之后进行喂丝，喂如铝丝或者碳化硅丝，达到脱氧脱碳的目的，并将杂物的形态改变。喂丝的过程中，使用小流量吹氩，以得到较为纯净，较为均匀的钢水。喂丝结束后，包盖升起，钢包车运行至吊包位，断开吹氩管路，天车将钢包吊走，至此，LF炉的一个冶炼周期完成。
2、电极控制
精炼炉系统中最重要的是电极的控制。LF精炼炉作为电弧炉的一种，它是靠三相电极和钢液之间放电产生电弧，利用电弧的热对金属和炉渣进行融化，以冶炼高品质钢或者特殊钢种。电弧炉炼钢需要消耗巨大的电能，电弧炉工作需要很大的电功率，一台三相电炉变压器的容量可以达到几千甚至几万千伏安，电炉工作时所需要的功率值变化速度快，变化幅度大，而电极调节系统的作用是通过调节电极的位置来达到调节功率的目的。因此，好的电极控制方案可以缩短精炼周期，减少电能的消耗，降低冶炼成本，确定较佳的功率因数。电极控制在精炼炉炼钢过程中有着举足轻重的作用。
LF炉系统共有两套PLC，电极的控制在PLC1中，其硬件配置如图1所示：
图1电极控制硬件配置图
承钢150吨转炉LF炉精炼炉电极控制具有自动和手动两种操作方式，模式选择由主操作台上的手动/自动转换开关切换。
1）自动操作方式：
加热开始、加热自动、加热未停止、加热时间未到、电极/炉盖集中操作、断路器合闸、炉盖未到上限时可以自动加热。
电极升降自动调节系统通过现场检测元件及AI、DI輸入模块等，将三相电弧电压、电弧电流、变压器挡级、电极限位及其它相关的给定参数采集到PLC中。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比例阀功率放大器，功率放大器控制电极升降比例阀，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通过实时数据网络获取HMI下达的设定参数和控制指令，按最佳功率曲线进行控制，完成精炼过程自动化。同时各设备的运行状态、工艺参数、弧压弧流曲线可在HMI显示。岗位可以在操作画面上选择长弧、中弧和短弧，长弧是将变压器额定电流乘以0.8设置为设定弧流；中弧是将变压器额定电流乘以0.9设置为设定弧流；短弧是将变压器额定电流乘以1.0设置为设定弧流。
2）手动操作方式：
在HMI上，控制单相电极的上升/下降或三相电极的同时上升/下降，手动操作主要在调试或紧急情况下使用。另外，在炉前操作箱也可以控制电极的上升/下降，主要在更换或接长电极时使用。
程序中手动控制优先，自动方式下，也可以手动干预电极的升降和停止。