高铁水比条件下提高电炉炉盖寿命的研究

于学文1，孟宪华1，刘 鹏1，王 辉2，李金举1

( 1 特钢事业部; 2 股份炼铁厂)

摘 要: 针对铁水兑入比例高、供氧强度大、炉盖散热条件差、除尘系统故障等原因导致电炉耐材小炉盖使用寿命降低等问题，采取相应工艺优化和改进措施，提高了电炉小炉盖的使用寿命。

关键词: 电炉盖预制块 寿命 热负荷

0 前言

电炉炉盖寿命的长短及其性能的优劣，对钢的产量、质量、消耗等技术经济指标有直接关系。莱钢 50 t 电炉随着热装铁水比例和冶炼强度的不断提高，冶炼周期缩短，急冷急热频繁，电炉盖受到的热辐射、热震强度增大，强化用氧导致高温氧化性气流和飞溅熔渣冲刷炉盖，使炉盖侵蚀速度加快，寿命缩短，成为制约电炉稳定生产的“瓶颈”问题。

1 现状分析

50 t 电炉采用高铁水比例冶炼工艺以来，铁水比例提高到 50% ～70%。为提高脱碳和生产效率，采用 4 支炉壁集束氧枪和 1 支炉门氧枪强化供氧。电炉平均用氧量达到 39 m3/ t 钢，在冶炼周期缩短的同时，炉内热负荷增大，高温氧化性气流和飞溅熔渣冲刷耐材炉盖，使炉盖侵蚀加剧。炉盖平均使用寿命不足 200 次，导致生产过程频繁更换炉盖，造成后部工序节奏紧张，影响 VD 处理效果，引起连铸拉速波动，影响了生产效率和钢水质量的稳定。2 炉盖尺寸及主要理化指标电炉炉盖形状为圆台形见图 1。大圆Ø2 360mm，小圆Ø2 183 mm，厚度 500 mm，电极孔直径Ø600 mm，极心圆Ø1 150 mm，材质为铬刚玉，整体浇注振动成型，理化指标见表 1。

3 影响炉盖寿命原因分析

3． 1 气流与溅渣冲刷

50 t 电炉采用高比例铁水工艺后，兑铁水比例由原来的 30% 左右增至 50% ～ 70%，炉中配碳量由 1. 0% ～1. 5%提高 2. 7%以上。原来铁水比例在30% 左右时，炉壁氧枪、炉门氧枪基本不用高氧就能将钢中碳脱至要求范围内，现在由于配碳量提高，必须用四支炉壁枪加上个别时间段的炉门氧枪同时用高氧脱碳，熔池碳氧反应剧烈，吹氧产生的气流和溅渣高速冲刷炉盖内衬，导致炉盖侵蚀加快寿命缩短。

3． 2 化学侵蚀

电炉兑铁水比例在 50% ～70% 范围内，吹氧脱碳时氧气流量大于5 200 Nm3/ h，因短时间内供氧强度大，势必将造成部分过剩氧气分布在炉内自由空间内，造成炉内氧气浓度升高( 测定氧气浓度最高可达 20%以上) ，高温下处于软化状态的炉盖工作面在高氧化氛围下氧化侵蚀速度加快; 另外，铁水中含有一定量的 Si、Mn 等元素，在氧化气氛下形成SiO2和少量的 SO2等酸性物质也对炉盖产生侵蚀，资料介绍以上原因可使炉盖的使用寿命降低 50%以上［1］。

3． 3 热震与机械振动

电炉加料、出钢、电弧加热引起炉盖温度骤变产生热震，导致炉盖工作面耐材剥落。炉盖提升、旋转和电极升降过程中的机械振动，也加剧了炉盖的损坏。

3． 4 热辐射

炉盖长期处于电弧加热引起的热辐射和氧化脱碳过程产生的热量辐射中，增加了炉盖的热负荷和熔损。

3． 5 第四孔弯烟道堵塞

第四孔弯烟道用于炉内烟气余热的回收利用，由于第四孔除尘烟道因管道走向弯曲，加上吹氧操作不慎极易出现第四孔处粘钢或水冷弯烟道内积渣堵塞的情况，使得炉内废钢熔化、碳氧反应所产生的高温烟气和火焰难以有效排出，大部分从电极与电极孔之间的间隙逸出，严重恶化了炉盖的工作环境，加剧了炉盖中心三角区耐材的损蚀，造成炉盖使用寿命降低。

3． 6 渣钢与粉尘堆积

电炉冶炼过程中，吹炼喷溅作用会使一部分渣钢聚集附着在电极孔和电极上，电极上面附着的渣钢与高温粉尘掉落以后，会堆积在炉盖上面的电极孔周围，严重影响炉盖的散热及电极喷淋水对炉盖的冷却效果，当这些渣钢堆积达到一定数量后，送电冶炼时还会发生“起弧现象”，这也降低了炉盖的使用寿命。

4 提高炉盖寿命措施

4． 1 优化电炉供电和用氧操作

在铁水兑入比例 50% ～70% 条件下，为避免氧化期脱碳时熔池长时间激烈沸腾冲刷炉盖，熔炼前期合理控制供氧强度，将熔清碳控制在 0． 60% ～1． 20% 范围内，并根据熔清碳分析结果适当调整氧气压力，碳偏高按上限控制，碳偏低按下限控制。吹氧脱碳的同时从炉门喷碳粉造泡沫渣，遮蔽电弧防止热辐射损害炉盖。为防止使用炉门氧枪喷溅造成炉盖粘钢，应控制氧压在1. 0 MPa 以内，炉门氧枪使用过程中，采取关停 1#或 4#氧枪的操作方式。氧化后期，停止使用炉门氧枪，并适当降低供氧强度，保证终点碳符合要求。熔炼过程根据熔池测温情况适时调控变压器输入功率，防止高温出钢。通过优化用氧、供电制度和操作，提高了热效率，降低了炉气压力和氧化气氛，溅渣现象明显减轻，第四孔烟道积渣堵塞机率降低，有效减轻了炉盖的侵蚀速度。

4． 2 泡沫渣埋弧操作

良好的泡沫渣有利于提高炉盖寿命。高铁水比例和稳定的留渣留钢操作为提前造泡沫渣创造了条件，送电形成熔池后迅速造泡沫渣，保证电炉埋弧操作，达到提高电炉热效率，减少送电时间，降低炉盖热负荷，保护炉盖的目的。为提高炉渣发泡性能，优化了炉渣组元，改用类石墨代替焦炭粉造泡沫渣，炉渣发泡快，持续时间长，效果好，对提高炉盖寿命起到了很大作用。

4． 3 改进炉盖质量

根据实践经验，炉盖工作面形成一个连续的、高黏滞性的附渣层则会减轻熔渣向炉盖渗透侵蚀程度，有利提高炉盖寿命。为此，与炉盖生产厂家联系对小炉盖材质进行了改进，提高其抗热震和剥落能力改善挂渣效果，并适当增加了炉盖厚度。

4． 4 改进电极喷淋架

电极喷淋主要用于冷却电极，降低电极消耗，为改善炉盖的冷却条件，在三个电极喷淋架上位于电极极心圆的一侧开几个小孔，使电极喷淋冷却水能同时冷却电极和炉盖上方，带走部分热量，降低炉盖所承受的热负荷，防止了炉盖由于急冷急热引起的热剥落，提高了其使用寿命。

4． 5 同步清理渣钢与灰尘

针对电炉冶炼过程中炉盖电极孔上面的渣钢与粉尘堆积问题，利用换出钢口的时间及时清理，不仅保证了炉盖的散热及电极喷淋水对炉盖的冷却效果，还杜绝了冶炼时的“连电起弧”现象，对于提高炉盖的使用寿命同样起到了一定的作用。

5 实施效果

通过实施以上改进措施，炉盖寿命显著提高，经统计 2011 年 1 ～ 9 月份炉盖平均寿命比改进前的2010 年提高 67 次。

由于炉盖寿命得到提高，不仅减少了因更换炉盖导致的热停工时，提高了产量，还减少了炉盖使用数量，经综合测算每年合计降低生产成本 15． 84 万元。

6 结语

通过改进优化电炉供电、用氧操作、改用类石墨造泡沫渣、改进炉盖质量和改进电极喷淋架等措施，电炉送电时间减少，用氧制度更加合理，泡沫渣效果良好，减轻了电炉小炉盖热负荷、改善了炉盖工况条件，降低了炉盖侵蚀速度，提高了在高铁水比例冶炼条件下的炉盖寿命; 同时减少了炉盖更换次数和热停工时，降低了电耗、氧耗，提高了电炉生产效率。

参考文献

［1］秦刚刚，赵玉玺． HP/UHP 电炉顶中心区小炉盖分析． 建材技术与应用，2002，( 3) :15 －17．