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        電爐耐火小爐蓋通風(fēng)冷卻技術(shù)的研究與應(yīng)用

        2019-02-22 05:19:24孟憲華
        設(shè)備管理與維修 2019年1期
        關(guān)鍵詞:爐次耐材氧槍

        孟憲華

        (山東鋼鐵萊蕪分公司特鋼事業(yè)部,山東萊蕪 271104)

        0 引言

        電爐煉鋼是一種以能量換取合格鋼水的過程,主要特點(diǎn)是以電極端部和爐料之間發(fā)生的電弧為熱源、熔化廢鋼進(jìn)行煉鋼。電爐由爐蓋、爐壁、爐底和電極等系統(tǒng)構(gòu)成。水冷爐蓋呈圓拱形,可以移動(dòng)、拆卸,整體為水冷式鋼結(jié)構(gòu),為防止電極與水冷爐蓋聯(lián)電打弧,水冷爐蓋中心區(qū)采用電爐耐材小爐蓋將電極與水冷爐蓋隔離開。電爐耐材小爐蓋采用剛玉質(zhì)整體預(yù)制成型,理化指標(biāo)見表l,其突出特點(diǎn)是耐高溫、耐侵蝕、不剝落、荷重軟化溫度高,易安裝。

        表1 剛玉質(zhì)整體預(yù)制爐蓋理化指標(biāo)

        1 生產(chǎn)現(xiàn)狀

        特鋼事業(yè)部50 t電爐采用高鐵水比例冶煉操作以來,鐵水比例維持在50%~70%的較高范圍內(nèi),由于強(qiáng)化了供氧操作,縮短了冶煉時(shí)間,隨著冶煉強(qiáng)度的提高,爐內(nèi)熱負(fù)荷增大等不利因素的影響,電爐耐材小爐蓋侵蝕加劇,平均使用壽命<60爐次,冶煉過程中頻繁更換耐材小爐蓋,造成后部工序節(jié)奏緊張,影響VD(Vacuum Degassing,真空脫氣)比率及效果,引起連鑄拉速波動(dòng),嚴(yán)重影響鋼水的產(chǎn)量和質(zhì)量。因此,分析導(dǎo)致50 t電爐耐材小爐蓋使用壽命較低的原因,并采取措施以提高電爐耐材小爐蓋的使用壽命,減少電爐生產(chǎn)中的熱停工時(shí),對(duì)于穩(wěn)定、順行煉鋼生產(chǎn)節(jié)奏,提高鋼水產(chǎn)量、質(zhì)量具有重要意義。電爐耐材小爐蓋見圖1。

        2 耐材小爐蓋使用壽命低的原因分析

        電爐在冶煉過程采用高鐵水比例,強(qiáng)化了供氧操作,提高了冶煉強(qiáng)度,由于爐頂特別是電極極心圓處耐材小爐蓋,長(zhǎng)期處于高溫狀態(tài),在爐內(nèi)O2,CO,CO2,SO2等煙氣的氧化侵蝕、爐渣的沖刷侵蝕和電極弧光的高溫?zé)彷椛湎?,加上電爐爐蓋提升、旋轉(zhuǎn)和電極升降過程中的機(jī)械振動(dòng)、溫度驟變等作用,使得電爐耐材小爐蓋成為整個(gè)電爐系統(tǒng)中最薄弱的部位,惡劣的工作環(huán)境使電爐小爐蓋使用壽命越來越短。通過分析現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)操作和工藝,總結(jié)出當(dāng)前小爐蓋壽命較以前持續(xù)降低的主要原因。

        圖1 電爐耐材小爐蓋

        2.1 鐵水兌入比例提高,反應(yīng)劇烈,熱負(fù)荷增大

        鐵水兌加比例由原來的30%增至現(xiàn)在的50%~70%,由于鐵水比例提高,爐中配碳量由1%~1.5%提高到現(xiàn)在的>2.7%,脫碳一般都是在高溫熔融狀態(tài)下進(jìn)行氧化熔煉,較高的配碳量導(dǎo)致鋼水脫氧沸騰、噴濺比較劇烈,增加了對(duì)小爐蓋的侵蝕;氧化過程帶來了大量的物理熱和化學(xué)熱,使小爐蓋的熱負(fù)荷劇增,導(dǎo)致壽命縮短。而且鐵水中還含有一定量的Si,Mn等元素,在氧化氣氛下形成SiO2和少量的SO2等酸性物質(zhì),加劇對(duì)小爐蓋的損毀,使?fàn)t頂使用壽命降低50%以上。

        2.2 供氧強(qiáng)度增大,爐內(nèi)氧氣濃度升高

        原鐵水比例為30%左右時(shí),爐壁氧槍、爐門氧槍基本不用高氧就能將鋼中碳脫至要求范圍,現(xiàn)由于較高的配碳量,必須用4支爐壁槍加上個(gè)別時(shí)間段的爐門氧槍同時(shí)用高氧脫碳,供入爐內(nèi)的氧氣流量>5200 m3/h,因短時(shí)間內(nèi)供氧強(qiáng)度大,將造成O2擴(kuò)充在爐內(nèi)渣層的自由空間內(nèi),造成爐內(nèi)O2濃度升高(測(cè)定O2濃度最高可達(dá)20%以上),半熔狀態(tài)下的小爐蓋在高濃度氧氣氛圍下氧化速度進(jìn)一步加快;同時(shí)高濃度的O2與爐內(nèi)的CO氣體發(fā)生二次燃燒反應(yīng),瞬間放出的大量熱使?fàn)t內(nèi)溫度升高,小爐蓋承受的熱應(yīng)力增大,耐材爐蓋黏結(jié)劑成半熔狀態(tài),造成爐蓋下表面剛玉料脫落嚴(yán)重,導(dǎo)致爐蓋壽命嚴(yán)重降低。

        3 改進(jìn)措施

        3.1 優(yōu)化電爐供電、用氧操作,提高熱效率

        由于當(dāng)前鐵水兌入比例提高,原料一次配料即可滿足電爐需求,為減少氧化期脫碳時(shí)熔池的激烈沸騰時(shí)間,建議控制熔清后碳含量在0.6%~1.2%,根據(jù)熔清碳分析結(jié)果適當(dāng)調(diào)整氧氣壓力,碳偏高,上限控制;碳偏低,下限控制。同時(shí)進(jìn)行爐門口噴焦碳粉造泡沫渣,并適時(shí)供電,吹氧脫碳過程中根據(jù)煙氣和爐渣情況,合理使用爐門氧槍和爐壁氧槍。爐門氧槍脫碳效果較好,但因容易造成爐蓋粘鋼,控制氧壓≤1 MPa,爐門氧槍使用過程中,可采取關(guān)停1#或4#氧槍的操作方式,氧化后期,停止使用爐門氧槍,并適當(dāng)降低供氧強(qiáng)度,保證終點(diǎn)碳。通過優(yōu)化用氧供電,提高了熱效率,降低了后期爐氣中氧氣濃度,減少第四孔煙道積渣堵塞的概率,降低爐內(nèi)氣壓。

        3.2 強(qiáng)化泡沫渣埋弧操作,降低小爐蓋熱負(fù)荷

        電爐造泡沫渣操作是在不增大渣量的情況下,使?fàn)t渣成泡沫狀,泡沫渣的好壞對(duì)電爐耐材的壽命長(zhǎng)短有重要影響。高鐵水比例和穩(wěn)定的留渣留鋼操作可迅速形成熔池,提前造泡沫渣,保證電爐高電壓,低電流,長(zhǎng)弧操作,在泡沫渣中實(shí)現(xiàn)二次燃燒,提高電爐功率因數(shù)和熱效率,減少送電時(shí)間,使?fàn)t頂熱負(fù)荷降低。為保證爐渣發(fā)泡性能,煉鋼車間改用類石墨代替焦炭粉造泡沫渣,爐渣發(fā)泡快、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),且使用量降低,在生產(chǎn)中取得了很好的效果。

        3.3 電爐中心區(qū)通入氮?dú)飧綦x氧氣,降溫冷卻爐蓋,提高耐火爐蓋壽命

        小爐蓋壓制時(shí),在余熱煙道4孔對(duì)側(cè),1#,3#電極孔之間預(yù)留一條直徑25 mm、呈30°角傾斜向下的吹氣通道,通道入口位于爐蓋頂部,通過螺紋軟管連接供氣管道,出口下方為爐蓋中心區(qū),如圖2所示。

        在冶煉過程中,通過小爐蓋頂部入口向爐內(nèi)持續(xù)以(0.3~0.4)MPa壓力吹入氮?dú)?,在爐蓋下方區(qū)域形成一層氣體保護(hù)層,對(duì)爐蓋和爐蓋區(qū)域電極段起到保護(hù)作用。在余熱煙道的負(fù)壓作用下,通入爐內(nèi)氮?dú)夂芸爝M(jìn)入余熱鍋爐,不會(huì)對(duì)鋼水成分帶來負(fù)面影響。

        應(yīng)用計(jì)算流體力學(xué)軟件Fluent分別對(duì)有無頂部吹氣口情況下的爐內(nèi)煙氣流動(dòng)進(jìn)行模擬(圖3、圖4),為簡(jiǎn)化計(jì)算,采用較小的入口速度。

        圖2 新型電弧爐小爐蓋

        3.4 改造實(shí)施

        如圖2所示,改造后小爐蓋由鉻剛玉材料澆注而成,呈上寬下窄的圓臺(tái)形,3個(gè)電極孔按極心圓均勻分布,吹氣管道接口位于爐蓋頂部1#和3#電極口之間,接口為帶螺紋鋼管,開口位于爐底部,整個(gè)氣體通道相對(duì)水平傾角約為30°。在爐蓋裝配過程中,保持2#電極孔朝向第四孔煙氣通道一側(cè)。爐蓋裝配完畢后,通過進(jìn)氣接口旋接供氣管道。

        冶煉過程中,通過改造后的氣體管道持續(xù)通入(0.3~0.4)MPa的氮?dú)?,降低爐內(nèi)高溫?zé)煔夂蛧姙R爐渣對(duì)小爐蓋下沿和電極端部的侵蝕,提高爐蓋壽命,降低電極消耗。

        圖3 改進(jìn)前后爐內(nèi)煙氣流動(dòng)模擬

        圖4 改進(jìn)前后爐頂煙氣流動(dòng)細(xì)節(jié)

        電爐冶煉過程中堆積在小爐蓋電極孔上的渣鋼與高溫粉塵,利用換出鋼口的時(shí)間及時(shí)清理,不僅保證小爐蓋的散熱及電極噴淋水對(duì)小爐蓋的冷卻效果,還杜絕了冶煉時(shí)的“聯(lián)電起弧”現(xiàn)象,對(duì)提高小爐蓋的使用壽命起到一定作用。

        4 實(shí)施效果

        新型電爐小爐蓋經(jīng)實(shí)際使用,在高鐵水比電爐冶煉過程中,爐蓋壽命從原來的60~80爐次提高到120余爐次,同時(shí),電極消耗降低0.21 kg/t鋼,改善效果明顯。

        表2是2015年與2016年更換的耐材小爐蓋的使用壽命統(tǒng)計(jì)。對(duì)比發(fā)現(xiàn),爐蓋使用壽命由平均67.25爐次提高至120.41爐次。

        小爐蓋壽命的提高,減少因更換小爐蓋導(dǎo)致的熱停工時(shí),提高產(chǎn)量,減少小爐蓋使用數(shù)量,降低生產(chǎn)成本。

        5 結(jié)語

        表2 2015年與2016年耐材小爐蓋使用壽命統(tǒng)計(jì) 爐次

        通過實(shí)施優(yōu)化電爐的供電用氧操作、改進(jìn)小爐蓋材料、在中心區(qū)通氮?dú)飧綦x降溫等措施后,電爐冶煉過程中熔清碳可控,泡沫渣發(fā)泡性能良好,送電時(shí)間減少,使電爐中心區(qū)局部溫度由1600℃下降到1300℃以下,在高鐵水比例冶煉條件下,減少了冶煉中途換小爐蓋的次數(shù),耐火爐蓋平均使用壽命由60爐次提高到120次以上,并相應(yīng)地減少了熱停工時(shí),在提高鋼水產(chǎn)量與質(zhì)量上取得了較好效果。此外,優(yōu)化工藝后還降低了電耗、氧耗,大大提高了電爐生產(chǎn)效率,生產(chǎn)節(jié)奏進(jìn)一步穩(wěn)定與順行,同時(shí)降低職工的勞動(dòng)強(qiáng)度。

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