50吨电炉横臂绝缘防护装置的设计与应用

杨建伟

（山钢股份莱芜分公司特钢事业部机动科，山东 莱芜271104）



50吨电炉横臂绝缘防护装置的设计与应用

杨建伟

（山钢股份莱芜分公司特钢事业部机动科，山东 莱芜271104）

摘要：从电炉横臂绝缘工作环境和失效形式入手，分析了其产生的原因，有针对性的介绍了设计横臂绝缘防护装置的要点，功能及应用情况，实现了横臂绝缘可靠稳定长寿命工作，显著提高了生产效率，取得了良好的效果。

关键词：电炉；横臂绝缘；防护设计；应用

导电横臂是电弧炉炼钢的一个重要设备，其稳定性是影响电炉炼钢维修成本的一个重要因素。莱钢特钢事业部50 t超高功率电炉（UHP）自投产以来，导电横臂故障率高，分析其主要原因是横臂绝缘易沾渣短路或者绝缘失效老化导致的，造成横臂和抱手易短路，打火，经常漏水，使用寿命短，以至生产长时间的热停，已经成为制约炼钢成本降低的一个重要因素。因此，提高电炉横臂绝缘的可靠性性和使用寿命对提高电炉设备的稳定性，提高生产效率，降低维修成本都有着重要意义。

1　横臂绝缘失效及防护增效

电弧炉导电横臂通常与电极升降立柱通过横臂支座连接，为了防止导电横臂上的电流通过电极升降立柱，在横臂支座与立柱两者之间设有绝缘板。在实际冶炼过程中，由于电炉中高浓度烟尘所含的部分粉尘和电炉兑铁水过程中四处飞溅的铁水，沉积绝缘周围及各处表面，高温状态下当导电横臂送电时，绝缘板表面沾渣或老化失效，导致横臂与立柱短路［1］，甚至导致横臂，抱手打火漏水，冶炼过程触断电极［2］，产生设备热停。

电炉横臂绝缘防护装置的主要作用就是阻止绝缘表面及周围沾渣短路，防护老化失效，提高整个横臂系统的稳定性和使用寿命［2］。冶炼过程或者兑铁水准备过程中，通过管路的控制向横臂绝缘表面及周围直接喷吹气流，持续大流量吹扫形成一个保护气流层进行隔绝，减少了粉尘，钢渣等物与绝缘表面的接触面积，同时冷分吹扫绝缘表面温度得到有效降低，降低高温烘烤对绝缘的腐蚀，从而消除了绝缘易老化失效，降低了横臂系统的短路故障率，提高了整体使用寿命。如图1所示。

图1　横臂绝缘防护设计图

2　横臂绝缘防护装置的设计

横臂绝缘防护系统的设计主要包括动力系统管路设计、喷吹管设计和电控系统的设计。

2.1动力系统管路的设计

动力系统管路主要指气源管路铺设。气源取自车间压缩空气，由压风（压缩空气简称）主管道引出DN40D的支气管路连接到小储气罐蓄能输出，经过截止阀、过滤器、减压阀、电磁截止阀、流量调节阀、单向阀进入分配器，通过流量表对风量进行监控。进入分配器的压缩空气分三路经截止阀通到三个喷吹管上，对三相横臂绝缘进行吹扫防护，如图2所示。

图2　动力系统管路设计图

2.2喷吹管的设计

喷吹管是由不锈钢管（1Cr18Ni9Ti）焊接组成，安装固定于横臂立柱。喷吹管是由U行不锈钢管做成，实施吹扫作用是通过喷吹管上均布的喷吹孔进行的。采用压风对绝缘进行防护必须考虑车间的供风系统总流量压力及对绝缘造成的损伤，喷吹孔孔径设计太大，风量就大，造成总供风系统压力低波动大，车间内供风不足，增加新问题；如果孔径设计太小，风量变小，不仅起不到很好的防护效果，而且增加绝缘的老化速度，导致绝缘寿命缩短，提早失效。经过近一年的实践摸索，根据50 t电炉自身工艺条件及横臂间距，立柱表面尺寸及绝缘尺寸等情况进行如下设计：喷吹管利用φ32 mm不锈钢管制作，分三段，用冲压弯头焊接连接成U形状，最长管1 880 mm，主喷吹管长580 mm，短管长300 mm，长管后部焊接一接头，连接分配器输出管路，如图3所示。其上采用120°角上下钻φ1.5 mm的喷吹孔，长管约1 600 mm不钻孔，其余孔均布，目的是避免直接喷射，减少对绝缘的冲刷。

图3　喷吹管设计图

3　防护装置机能

当准备工作完成后，将压缩空气的截止球阀打开，分配器至各横臂绝缘间的截止球阀打开，将操作台上的“手动/自动/停止”选择开关选到自动位置上，电炉侧枪吹氧开启时，绝缘防护系统的电磁阀得电打开，对绝缘吹扫形成气流防护层，避免其表面及周围沾渣，提高其可靠性和适应寿命［1］。风量通过流量表进行显示，如果风量不合适，可以通过流量调节阀进行调节。电炉侧枪吹氧停止时，系统管路上的电磁阀失电关闭，因为车间停止生产，不会对横臂绝缘造成损伤，所以节约能源。

4　应用效果

该装置投入使用后，运行稳定，冶炼过程中横臂短路打火的现象消失，绝缘吹扫装置安装后如图4所示，其防护作用得到充分发挥，绝缘即使在冶炼过程中和兑铁水的过程中也能露出原色，使横臂、抱手、支座及立柱不定期短路打火或者击穿打漏的故障率有效降低，使用寿命明显延长，绝缘稳定性显著提高，同时对电炉生产顺行提供了保障，取得了明显的经济效益。

图4　绝缘防护装置安装使用图

防护装置应用前，每年更换一件横臂，约20万元左右；抱手更换一次的费用为2万元，三个横臂一年更换12次；横臂绝缘更换一次费用为0.6万元，三个横臂一年更换18次；横臂支座更换一次费用为2.2万元，三个横臂一年更换3次。应用后3年更换1件横臂，1年更换3个抱手，1年更换3套绝缘，3年更换1套支座，可节约备件费用46.2万元。同时每月因绝缘失效导致的热停有原来的2小时减少为0.每年产生的效益为6.6万元（1h/月 ×55t/h×50元/t ×12月）则年净效益为52.2万元。

参考文献：

［1］李明奇，贾二强，林万兴.电弧炉冶炼过程触断电极故障的处理［J］.设备管理与维修，2010，（11）：32-32.

［2］张鹤，黄传刚.电弧炉短网三相不平衡估算与研究［J］.现代冶金，2010，（01）：62-65.

Design and Application of the 50 Ton Electric Furnace Cross Arm Insulation Protection Device

YANG Jian-wei
（Shandong Co.Ltd.，Laiwu Branch Special Steel Division of Motor Branch，Laiwu Shandong 271104，China）

Abstract：From the furnace wishbone insulation work environment and failure form of，analyzes the reasons of its，for the the design of transverse arm insulated door device points，function and application，the realization of the transverse arm insulated stable and reliable and has the advantages of long service life，and significantly improve the production efficiency，achieved good results.

Key words：electric furnace cross；arm insulation；protection design；application

中图分类号：TF305

文献标识码：B

文章编号：1672-545X（2016）03-0216-02

收稿日期：2015-12-11

作者简介：杨建伟（1983-），男，陕西宝鸡人，本科，机械工程师，研究方向为机械设备技术管理与维护。