王允　何水珍

【摘要】隨著德國的BSE公司率先開發(fā)出了全鋁合金電極橫臂，一些鋼廠陸續(xù)對這種橫臂進行應(yīng)用，取得了良好的效果，其它鋼廠紛紛引進該技術(shù)。本文對鋼包精煉爐三種類型的導(dǎo)電橫臂進行對比分析。并對鋁合金橫臂改造的可行性進行分析研究，指出全鋁合金導(dǎo)電橫臂技術(shù)將是國內(nèi)外電爐節(jié)能技術(shù)的發(fā)展趨勢。

【關(guān)鍵詞】電爐；鋁合金導(dǎo)電橫臂；趨勢

鋼包精煉爐的生產(chǎn)消耗大量電能，導(dǎo)電橫臂作為電纜鏈接電極的橋梁對系統(tǒng)的電耗存在重要影響，它給電極供電，使鋼水被加熱升溫。導(dǎo)電橫臂的設(shè)計應(yīng)滿足：輕重量、好剛性、小阻抗、長壽命。電極橫臂一端支撐在升降立柱上，而另一端夾持電極，導(dǎo)電橫臂的重量如果可以減輕，驅(qū)動電極立柱升降運行的功率就可以減少，同時也能使電極調(diào)節(jié)控制器響應(yīng)能力大大提高。

1.導(dǎo)電橫臂的發(fā)展現(xiàn)狀

在鋼包精煉爐煉鋼的過程中，三相電極相互短路放電，在鋼水之間形成高功率的高溫電弧，從而使電極橫臂強烈地電磁振動[1]，所以導(dǎo)電橫臂應(yīng)具有良好的穩(wěn)定性和強度。為了能夠快速熔化爐料，電極橫臂還應(yīng)具備較低的阻抗值。而且，為了適應(yīng)現(xiàn)場高溫的工作環(huán)境，導(dǎo)電橫臂內(nèi)部一般采用水冷系統(tǒng)進行冷卻，并盡可能減少靜電塵埃打火，以延長橫臂的工作壽命。

目前，老式的導(dǎo)電管導(dǎo)電的導(dǎo)電橫臂由于維護復(fù)雜，已基本被淘汰，較少使用。前些年國外開發(fā)出了用覆銅鋼板制造的導(dǎo)電橫臂，該導(dǎo)電橫臂跟傳統(tǒng)的全鋼導(dǎo)電橫臂相比使用效果較好，短網(wǎng)系統(tǒng)的電氣性能有了一定的改進。但是它也有一些不足之處，比如重量過重，它比傳統(tǒng)的導(dǎo)電橫臂還要重20%左右，這勢必影響電極調(diào)節(jié)器的工作靈敏度。此外，每相電極橫臂都是一個獨立的單體，而且每相在結(jié)構(gòu)上都有一些差別，當(dāng)電極夾持器損壞時，整個電極橫臂需要整體下線進行處理，造成維護周期偏長，嚴重影響鋼廠生產(chǎn)的連續(xù)性。

2.三種導(dǎo)電橫臂的分析對比

全鋼電極橫臂由支撐和導(dǎo)電兩部分構(gòu)成，即鋼結(jié)構(gòu)支撐與導(dǎo)電管。由于鋼的比重偏大、導(dǎo)電性能比較差，因此該橫臂的劣勢是重量大、電耗高、壽命短、維護差。而全鋼電極橫臂，為滿足其導(dǎo)電性能和安全條件，母線連接的工序復(fù)雜，時間長、可維護性差。此外，由于導(dǎo)電橫臂在升溫過程中強烈地電磁振動，銅管的維護工作量增加。銅鋼復(fù)合型電極橫臂作為全鋼導(dǎo)電橫臂升級型產(chǎn)品，它采用橫臂外層的銅板來導(dǎo)電，從而取消了電極橫臂系統(tǒng)的導(dǎo)電鋼管或銅管，將導(dǎo)電橫臂的導(dǎo)電與支撐兩種功能進行整合，這種設(shè)計能夠減少導(dǎo)電橫臂的阻抗值，明顯改善了導(dǎo)電性能[2]。它的缺點是銅鋼復(fù)合板中的銅板比較薄，導(dǎo)電面積必然不足，因此阻抗值仍存在提高的空間。全鋁合金導(dǎo)電橫臂是由鋁合金板焊接制成的箱式結(jié)構(gòu)，它內(nèi)部通水冷卻。這種結(jié)構(gòu)不僅剛度和強度較好，而且重量較輕。由于系統(tǒng)共振的頻率與電極調(diào)節(jié)器的靈敏度成正比，降低重量就意味著提高控制器靈敏度，同時也使電極立柱的靈敏度大大提高 ，電極提升的速度最大可達15m/min，電極升降的速度都有所加快，三相電流不平衡度大大減少，這樣就可減少電極損耗，即提高效率，又能節(jié)約成本。

3.鋁合金導(dǎo)電橫臂的優(yōu)勢

全鋁合金橫臂主要的優(yōu)勢有不生銹，耐腐蝕，重量輕。它比傳統(tǒng)的全鋼電極橫臂輕40%左右，從而使得電極升降調(diào)節(jié)響應(yīng)更快，靈敏度更高。此外可以采用較粗電極，提高二次電流，而且使?fàn)t子總重量減輕，電效率提高[3]。由于阻抗值減少，所以有功功率提高，輸入功率也隨之提高。根據(jù)統(tǒng)計，輸入功率提高9%，功率因數(shù)提高，它使?fàn)t子平均功率因數(shù)提高4%，冶煉周期縮短3.5%。使用過程中運行穩(wěn)定。由于升溫過程中振動減小，可以使電極消耗降低4%。它完全符合共振頻率的需要。這種新型全鋁式導(dǎo)電橫臂在國內(nèi)外也是剛剛進入實用階段，可以說，它是目前鋼包精煉爐最先進的設(shè)備。全鋁合金式電極橫臂采用呈箱式結(jié)構(gòu)，不易變形、結(jié)構(gòu)堅固、外形簡單、使用可靠、維護容易，它在爐體機械結(jié)構(gòu)方面得以優(yōu)化。此外，從電氣方面看，電阻及電抗值都比傳統(tǒng)的老式電極橫臂要小的多。

此外鋁合金導(dǎo)電橫臂不僅使導(dǎo)電和支撐電極兩種功能合并，還簡化了橫臂結(jié)構(gòu)，采用這種設(shè)計后橫臂整體進行導(dǎo)電，使其導(dǎo)電截面積大幅增加，由于鋁合金電極橫臂在電極夾頭部位沒有絕緣板隔離，因此不會因為這部分粘附帶電塵埃堆積而引起飛弧，打壞電極夾頭。全鋁合金電極橫臂由于沒用采用銅材，所以在制造成本方面具備一定的優(yōu)勢。由于現(xiàn)場工況環(huán)境復(fù)雜，為防止電極橫臂由于長期處于冷卻水的腐蝕作用，還需用鎂合金復(fù)合材料進行電化防腐，防腐周期大約5年更換一次。在正常冷卻和防腐條件下，鋁合金導(dǎo)電橫臂的設(shè)計壽命可達10年以上。

4.全鋁合金導(dǎo)電橫臂改造的可行性分析

經(jīng)過改造后，原有短網(wǎng)及水冷電纜不變，升級換下的銅鋼復(fù)合導(dǎo)電橫臂和夾持器可作其它電爐的備件繼續(xù)上線使用。升降立柱略微調(diào)整，原有液壓系統(tǒng)不做變動。改造后創(chuàng)造的效益可以做如下推算：

（1）關(guān)于節(jié)電的效益

鋁制導(dǎo)電橫臂相對于銅鋼復(fù)合導(dǎo)電橫臂能節(jié)電3～5%[4]，電極消耗節(jié)省4%。以本鋼5#LF爐為例，5#LF爐平均年產(chǎn)12000爐，平均通電時間13分鐘，平均鋼水重量165噸，平均有功功率為17M瓦/時。

平均噸鋼電耗為（17×1000×13/60）/165=22.32度。

每年可以節(jié)電12000×165×22.32×0.03=1325808度電。

以每度電0.56元計，每年可以節(jié)省1325808×0.56=74.2452萬元。

（2）關(guān)于節(jié)省電極消耗，做以下推算：

升溫時電極消耗按0.01kg/kwh計算，每年消耗電極為12000×165×22.32×0.01=441936 kg。

電極單價按17.41元/kg，每年可節(jié)省=441936×17.41×0.04=30.78萬元。

節(jié)電加上節(jié)省電極每年至少可以節(jié)省74.2452+30.78=105.0252萬元。保守估計三年收回投資成本，改造完全可行。

5.結(jié)論

自從全鋁合金導(dǎo)電橫臂技術(shù)在德國取得成功以來，由于該技術(shù)的顯著優(yōu)點， 美國、英國和法國等國家相繼采用了這種新型導(dǎo)電橫臂。我國寶鋼集團于1999年首次建成300噸采用全鋁合金導(dǎo)電橫臂技術(shù)的鋼包精煉爐后，國內(nèi)其它鋼廠也已瞄準(zhǔn)該技術(shù)領(lǐng)域的最新動態(tài)，或進行改造，或進行引進技術(shù)，相信隨著國內(nèi)鋼鐵行業(yè)節(jié)能形式的嚴峻，不久的將來，全鋁合金導(dǎo)電橫臂改造必將擁有更廣闊的應(yīng)用前景，成為電爐節(jié)能技術(shù)發(fā)展的新趨勢。

參考文獻

[1]高金成.超高功率電爐電極消耗分析[J].江蘇冶金，2001，（6）：36-39.

[2]關(guān)玉龍.電弧煉鋼技術(shù)[M]，北京：科學(xué)出版社，1990，1-9.

[3]李士琦，陳煜，劉潤藻，季淑娟.現(xiàn)代電弧爐煉鋼技術(shù)進展[J].中國冶金，2005，15（6）：8-13.

[4]田輝，宋華德，我國節(jié)能電弧爐技術(shù)的發(fā)展[J].特殊鋼，1999，（6）：29.