劉 偉

（酒鋼宏興股份公司不銹鋼分公司,甘肅 嘉峪關 735100）

在不銹鋼初煉鋼水中，僅靠常規(guī)挖潛手段來降低成本的空間已十分有限，必須通過新的工藝和技術(shù)革新來尋求更大突破。目前，國內(nèi)不銹鋼企業(yè)普遍采用中頻爐熔化鎳、鉻合金的方式來提高煉鋼鎳、鉻的收得率，其收得率較現(xiàn)有工藝分別提高1%和4%。因此，新建中頻爐項目將是不銹鋼今后對標挖潛、降本增效的首選。

1 概述

目前，酒鋼不銹鋼煉鋼采用電弧爐來熔煉鎳、鉻合金，為氬氧精煉爐提供初煉鋼水。由于電弧爐冶煉存在溫度高、渣量大的問題，導致鎳、鉻元素在電弧爐冶煉環(huán)節(jié)損失量相對較大。因此，從成本方面考慮，鎳含量大于15%的鎳系合金不允許入電弧爐進行熔化。但從酒鋼不銹鋼公司對鎳、鉻資源的掌控和采購情況來看，F(xiàn)eNi10 原料采購日趨困難，采用鉻鐵粉、鎳粉、FeNi25、FeNi45 等經(jīng)濟性相對較好的高鎳類原料生產(chǎn)不銹鋼將成為必然，而受AOD（Argon Oxygen Decarburization furnace）轉(zhuǎn)爐過程溫度條件限制，該類原料在AOD 內(nèi)的用量極為有限。另外，受國內(nèi)超高功率石墨電極價格上漲因素影響，導致電爐冶煉僅電極成本每噸就增加了500 元。而使用中頻爐熔化高鎳、含鉻合金原料，可有效解決上述問題。因此，為進一步降低不銹鋼冶煉成本，提高酒鋼不銹鋼產(chǎn)品的市場競爭力，在不銹鋼分公司煉鋼廠內(nèi)增建一臺中頻爐，配合電弧爐為AOD 轉(zhuǎn)爐提供不銹鋼初煉鋼水。隨著酒鋼不銹鋼產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整力度的不斷加大，常規(guī)304 鋼種生產(chǎn)比例和電弧爐開動率逐步下降，具備了中頻爐和電弧爐交替輪換生產(chǎn)的條件。同時，中頻爐參與高鎳、高鉻品種鋼（2205、310S 等）的生產(chǎn)，較電弧爐更有成本優(yōu)勢。中頻爐的投用，將有效提高不銹鋼煉鋼工藝的靈活性，通過工藝優(yōu)化組合，進一步豐富產(chǎn)品種類并實現(xiàn)多元化經(jīng)營[1]。

中頻爐和電弧爐輪換生產(chǎn)，有助于降低電弧爐電極、耐材成本，并且將有效提高不銹鋼煉鋼工藝的靈活性和原料的適應能力，還可解決后續(xù)面臨的鎳（FeNi10）、鉻（爐料級鉻鐵）資源短缺的問題。選用50 t 中頻感應爐可以與煉鋼生產(chǎn)節(jié)奏相匹配，靈活實現(xiàn)鋼水熔煉和調(diào)配。

2 產(chǎn)品方案

在穩(wěn)定可靠的前提下，盡可能采用先進的工藝技術(shù)和設備；同時兼顧利用好公司現(xiàn)有條件、設施，減少非生產(chǎn)性設施的投資，盡量節(jié)約投資，提高企業(yè)的總體經(jīng)濟效益，本項目新增50 t 中頻爐一座，位于酒鋼不銹鋼分公司煉鋼廠二期D-E 跨（加料跨）3-1#和3-5#柱間。中頻爐平臺面積23.8 m×20 m，高8 m。東側(cè)布置2 臺50 t 中頻爐爐體，嵌入在平臺內(nèi)。平臺房間內(nèi)布置變壓器、中頻電源、電容器柜、電抗器、液壓站、供水泵等設備。中頻爐平臺上布置可逆皮帶，2 臺振動給料車，移動集塵罩等設備。在中頻爐平臺西側(cè)布置儲料地倉、斗式提升機等設備。

3 工藝流程

中頻爐生產(chǎn)工藝為配料、塊狀物料地倉上料、上料小車加料、送電熔化、二次（三次）加料、送電熔化、出鐵等。

主要工藝流程如圖1 所示。

圖1 工藝流程

3.1 鎳鋼生產(chǎn)工藝（中頻爐+三脫/脫磷轉(zhuǎn)爐）

中頻爐熔化含鎳、含鉻鐵水，與脫磷鐵水在中頻爐跨完成混兌后，從2 號AOD 轉(zhuǎn)爐爐下過跨并兌入AOD 進行冶煉。也可在完成混兌后從二期過跨車過跨至轉(zhuǎn)爐跨。脫磷鐵水包（包嘴、鏈接板）的轉(zhuǎn)向問題由三脫旋轉(zhuǎn)過跨車來完成。FeNi10 原料緊缺的情況下，可采用中頻爐熔化FeNi34/45 原料和純鎳的一步法工藝來維持中厚板及高品質(zhì)300 系列的生產(chǎn)。同時，實現(xiàn)在甩開電弧爐的情況下完成2205、310S 等高合金低磷鋼種的生產(chǎn)。

3.2 鉻鋼生產(chǎn)工藝（超純和400 系列）

該工藝主要生產(chǎn)400 系列及高鉻超純鐵素體不銹鋼，中頻爐以熔化含鉻類經(jīng)濟性原料和400 系列不銹廢鋼為主。脫磷轉(zhuǎn)爐和三脫處理1、2 號轉(zhuǎn)爐一步法冶煉用鐵水，中頻爐熔煉產(chǎn)出的含鉻鐵水采用一兌二的方式分別兌入1、2 號轉(zhuǎn)爐。

3.3 工藝說明

本研究在煉鋼廠加料跨區(qū)域設儲料地倉（鎳、鉻鐵各1 個），原料類型為鉻鐵、鎳鐵（塊度＜80 mm），按存儲2×150 t 原料考慮，通過汽車運輸將原料送至地倉。生產(chǎn)時通過振動給料機送至斗提，由斗提將原料送至可逆皮帶，再由皮帶送至上料小車，然后由上料小車將爐料加入中頻爐內(nèi)，爐內(nèi)原料填充滿后開始送電，期間上料小車可多次為中頻爐加料，保持中頻爐一直處于滿爐狀態(tài)。熔煉完成后，將熔煉的鐵水倒入鋼包車中，鋼包車運行至B-C 跨（鋼水接受跨）并由起重機將鐵水兌入AOD 轉(zhuǎn)爐。也可與脫磷鐵水混兌后再運至B-C 跨，再兌入AOD 轉(zhuǎn)爐。

3.4 原料方案

中頻爐爐料合理的配方可以避免因調(diào)整成分而拖延熔煉時間，杜絕因成分不合格而使鋼液報廢，增加物耗、電耗。鋼鐵料的使用原則主要考慮裝料方法、冶煉方法、鋼種的化學成分以及產(chǎn)品對質(zhì)量的要求等。此外，在配料時，還應預先掌握好鋼鐵的塊度和單位體積重量。本次改造中爐料中應配入大塊料30%～40%、中塊料40%～50%、小塊料或輕薄料15%～25%。以保證其熔化效率，中頻爐使用主要原料為鉻鐵自然塊、FeNi35/45、純鎳、自產(chǎn)廢鋼（坯頭尾及渣鋼除外）、部分進口哈鐵及自產(chǎn)不銹鋼廢鋼等原料。其中所用鉻鐵要求含鉻約為67%，鐵30%，碳8%。硅約為4.5%，鉻鎳生鐵要求含鐵約為78%～89%，鎳5%～12%，碳4%，鉻約為3%，所用鎳鐵成分含鐵約為45%，鎳20%～50%，碳1%，磷低于0.035%，中頻爐熔化的不銹鋼成分應滿足國標規(guī)定的各不銹鋼成分要求。

3.5 工藝參數(shù)

本次項目改造是在不銹鋼分公司煉鋼廠內(nèi)新建一座50 t 中頻感應爐及配套設施，以配合電弧爐為AOD 轉(zhuǎn)爐提供不銹鋼初煉鋼水。其鋼水容積范圍在50～60 噸，額定工作溫度1 600 ℃，平均熔化率（40±1.6）t／h，冷卻水流量工作爐400+備用爐150 t／h，進出水壓差0.20～0.25 kgf，溫升≤12 ℃，感應器電壓5 700 V，平均能耗（650±26）℃/t，整流變壓器總?cè)萘?4 000 KVar，中頻電源功率范圍22 000～30 000 KW，中頻電壓290 V，中頻頻率110～190 Hz。

4 工藝設備

4.1 整流變壓器

選用最新的單臺24 脈沖結(jié)構(gòu)的34 000 KVA整流變壓器給一套中頻電源柜供電，二次側(cè)4 組繞組，相位互差15°，高壓合成為24 脈沖整流模式，諧波含量降低7%以下。

設備組成包括變壓器本體、膨脹油枕及變壓器本體所帶全部附件[2]。變壓器的冷卻方式為強油水冷方式，因此要求變壓器的冷卻水為工業(yè)軟化水。變壓器配有重瓦斯、輕瓦斯、釋壓器等保護功能，并配有油溫檢測元件，可實現(xiàn)高溫報警和超溫跳閘保護。變壓器本體的油溫油壓信號及瓦斯繼電器信號均檢測輸送給PLC 系統(tǒng)，實現(xiàn)遠程監(jiān)控和保護[2]。

調(diào)壓方式：三檔分接開關，無載手動調(diào)節(jié)。

4.2 中頻電源

本研究采用型號：KGPS1618，單臺功率16 MW，輸入電壓1800 V，12 脈沖整流。兩臺并聯(lián)構(gòu)成32 MW，24 脈沖。輸入：電壓4 組三相1 800 V，輸出：單相中頻2 900 V，頻率范圍110～180 Hz?？呻S感應爐的爐膛內(nèi)鋼水的多少和功率大小的需求，調(diào)節(jié)頻率和輸出電壓。

4.3 濾波電抗器

中頻電源的直流濾波電抗器關系到中頻電源短路保護的可靠性。同時也與電磁噪音和能耗有較大關系。本項目采用新型的油浸式殼外冷卻電抗器，徹底解決了效率、冷卻、環(huán)境溫度三者之間的矛盾。同時外殼接地，導電裝頭全封閉，安全性很高。

4.4 補償電容器柜

用于補償感應爐的感性無功，中頻電源柜只需輸送有功功率，大大降低逆變器的容量和成本。補償電容器柜采用抽屜式雙層結(jié)構(gòu)，布置緊湊，電效率高，外泄的電磁干擾小，占地面積小。

中頻輸出大電流母排采用模具成型的水冷寬銅排，無需焊接水冷銅管，無變形無氧化，美觀高效。

中頻電源和電容器柜的所有電接頭全部采用鍍錫工藝，不易氧化，接觸電阻小，減少接頭發(fā)熱，提高電效率。總?cè)萘?8 萬kVar，殼外水冷。

4.5 中頻爐爐體

爐體型號：GWG6030-0.1，容積60 t，功率30 MW，頻率110～190 Hz。

4.5.1 爐殼

爐殼結(jié)構(gòu)選擇開放式框架結(jié)構(gòu)，相比封閉式卷筒結(jié)構(gòu)，框架結(jié)構(gòu)易于觀察維護、排氣散熱。框架結(jié)構(gòu)的爐殼立柱，采用盒式立體結(jié)構(gòu)，以H 鋼為中心，四面滿焊足夠厚度的鋼板。爐底采用封頭結(jié)構(gòu)，強度高、散熱好。爐架擋板表面噴涂或澆筑耐火材料。轉(zhuǎn)動耳軸內(nèi)采用自潤滑銅套，無需安裝注油潤滑系統(tǒng)。

4.5.2 感應線圈

爐體中最關鍵的部件：感應線圈，它對整個系統(tǒng)的效率、可靠性和使用壽命影響巨大。

感應線圈采用專用模具，實現(xiàn)完全平繞制作。相比傳統(tǒng)的螺旋繞制方式，電磁力完全垂直指向，減小了電磁振動。

感應線圈的打火放電，絕大多數(shù)是匝間放電。本項目采用絕緣涂層J39，該材料綜合性能優(yōu)于目前行業(yè)內(nèi)的其他產(chǎn)品：絕緣性能高、附著力強、延展性好、阻燃、不親水、耐溫H 級。

感應線圈采用無氧紫銅，純度大于99.97%，適合高效導電。

4.5.3 磁軛

磁軛采用武鋼的厚度為≤0.3 mm 優(yōu)質(zhì)晶體有取向冷軋硅鋼片，疊片外側(cè)壓裝不銹鋼水冷方管。合理設計磁軛截面，磁軛總包圍長度覆蓋線圈的比例＞60%，保持較低的磁通密度，確保磁軛溫升小于70 ℃。完全符合相關國家標準規(guī)定。

4.5.4 爐襯頂出機構(gòu)

本研究中的中頻爐提供了爐襯頂出機構(gòu)。獨立設計的頂爐襯液壓站和長行程的液壓缸均固定在一臺小車上。使用時將小車連同液壓站和液壓缸吊到爐臺上。手動操作液壓缸掛在爐底特制的掛鉤上，再推動液壓缸前行，逐步緩慢推出爐襯。

4.6 液壓站

中頻爐的傾爐動作頻次低，定位要求簡單，依靠傾爐操作人員的按鈕控制爐體上升下降即可完成出鋼和回爐。傾爐采用遙控操作，爐臺無需設置操作臺，爐臺無障礙，傾爐操作安全靈活。遙控故障時的應急狀態(tài)可采用線控盒控制。液壓電控柜采用雙進線開關，備用電來自用戶的應急電源，比如柴油發(fā)電機。萬一動力電失常，可由應急電提供液壓站短時工作和爐體冷卻水泵連續(xù)運行。

4.7 漏爐報警系統(tǒng)

感應中頻爐的一關鍵安全措施是鋼水滲漏的檢測。包括主動檢測、線圈的保護膠泥及冷卻水采用低壓3 個措施。

4.8 智能阻抗調(diào)節(jié)裝置

智能調(diào)節(jié)器的功能就是自動判斷限流狀態(tài)的電壓下降深度，當超過5%～10%時，會自動減少補償電容，改變阻抗。使直流電壓再回升到最高值。這樣始終保持輸入功率因數(shù)≥0.92，且工作電流在最大值附近。

4.9 中頻爐控制系統(tǒng)

為進一步提高中頻設備的自動化程度，本研究的中頻爐配備SIEMENS 1500 系列PLC 控制系統(tǒng)，安裝基于SIEMENS 研發(fā)的中頻爐熔化管理軟件，可采集設備運行參數(shù)，分析設備運行狀態(tài)是否在正常范圍內(nèi)。熔化管理系統(tǒng)主要完成對中頻感應爐系統(tǒng)的運行在線實時監(jiān)控。同時將操控功能及狀態(tài)信息與主體設備實現(xiàn)隔離，方便又安全。

4.10 移動除塵罩

采用半密閉罩除塵方式，可解決加料、熔化、倒渣、出鋼的全工藝流程的煙氣收集。根據(jù)生產(chǎn)需要，可以驅(qū)動集塵罩橫向移動。

為了便于適應不同工況的除塵要求，均采用變頻驅(qū)動方式。通過調(diào)節(jié)各獨立爐體除塵罩與風管的對接閥門風口大小來適當分配不同工況爐體的風量需求。

4.11 加料小車

50 t 電爐加料按一對一配置2 臺20 t 縱向旋轉(zhuǎn)行走加料小車，分批加料；加料車型號：ZDLC-20A，自重約15 t，額定裝料20 t，最大24 t，有效容積20 m3,滿載最大總重39 t。

5 設備能力

為配合現(xiàn)有AOD 爐的85 min 的生產(chǎn)周期，計劃中頻爐的熔化周期也為85 min。包括首次加料時間4 min，測溫時間3 min，出鋼時間3 min，用于熔化的時間約75 min，年工作時間為180 d。

除去維護、檢修時間，年有效作業(yè)時間：

180×0.92×24=3 974 h；

年最大產(chǎn)量：3 974×50×60/85=14 萬t；

考慮到和電爐交替生產(chǎn)，故年最大產(chǎn)量按10萬t考慮。

6 結(jié)論

隨著酒鋼不銹鋼產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整力度的不斷加大，常規(guī)304 鋼種生產(chǎn)比例和電弧爐開動率逐步下降，具備了中頻爐和電弧爐交替輪換生產(chǎn)的條件。增設中頻爐的目的為靈活實現(xiàn)鋼水熔煉和調(diào)配，中頻爐參與高鎳、高鉻品種鋼（2205、310S 等）的生產(chǎn)，較電弧爐更有成本優(yōu)勢。中頻爐的投用將有效提高不銹鋼煉鋼工藝的靈活性，通過工藝優(yōu)化組合，進一步豐富產(chǎn)品種類并實現(xiàn)多元化經(jīng)營。同時，中頻爐和電弧爐輪換生產(chǎn)，有助于降低電弧爐電極、耐材成本，并且將有效提高不銹鋼煉鋼工藝的靈活性和原料的適應能力，還可解決后續(xù)面臨的鎳（FeNi10）、鉻（爐料級鉻鐵）資源短缺的問題。