水冷炉盖芯在5t电弧炉上的应用
水冷电弧炉炉盖
【摘要】本文简要介绍了传统电弧炉炉盖在生产中存在的主要问题，总结了在5t电弧炉上应用和改进局部水冷炉盖技术的经验，说明了应用该技术所取得的明显效果。
我厂是高锰钢辙叉铸件专业定点生产厂之一，年产量5000余t，使用一台5t电弧炉一班制生产，全年炼钢共800炉左右。由于地处东北，受气候条件限制，所有铸件生产通常必须在每年的3～11月份完成，这就要求住有效的工作时间内不得停炉。而保证电炉正常运行的条件之一就是保持炉衬状况良好。炉盖是炉衬的一个重要组成部分，其工作条件十分恶劣，保证炉盖的正常工作状态是确保电炉正常运行的关键之一。因此，我们在炉盖的应用币¨改进上进行了不断试验，重点是在应用水冷炉盖芯方面研究摸索出了较成功的经验，并在生产实践中取得了良好的效果。
一、改进前的应用现状
炉盖在冶炼过程中长时问处于高温状态，尤其是还原期，由于炉渣的反射，炉盖温度最高可达1800℃。炉盖还经常受到急冷、急热的作用，出钢后炉盖温度急剧下降到1000℃以下，有时待料、装料时间较长，温度下降更多，很容易使炉盖产生开裂和剥落。另外，冶炼过程中炉盖还受到高温炉气、炉渣及烟尘等侵蚀和冲刷。此外，还有炉盖提升、下降和炉子倾动，以及熔池沸腾时的机械振动等，均易使炉盖产生故障，降低其使用寿命，影响电炉的正常运行。
为了延长炉盖的使用寿命，我们曾采取改进砌筑炉盖用的耐火材料，提高砌筑质量，缩小砖与砖之间的缝隙，以及提高炉盖的拱度(即增加炉盖中央到熔池的距离)等措施，但效果都不太大，依然经常发生炉盖掉砖、频繁更换炉盖等问题。炉盖砖掉进熔池后会严重影响造渣操作；更换炉盖既增加热损失又降低生产效率，增加维修成本。据统计，改进前平均每年造成的停炉时间约45h，影响炼钢炉次15炉，由此每年造成的经济损失达30万元以上。而由于炉盖掉砖影响造渣而进一步对钢液熔炼质量的危害更难以估算。
二、初步改进
1.局部水冷炉盖技术的应用尝试
在没有更好的耐火材料和措施的情况下，如何提高炉盖的使用寿命和生产效率，降低耐火材料消牦和电耗，提高钢液质量成为工厂急需解决的难题。根据生产实际情况，我们大胆尝试了局部水冷炉盖技术，即除了水冷炉盖圈外，住炉盖中心部分设置了水冷炉盖芯，中间开设3个电极孔，使三根电极在其内升降，炉盖芯与炉盖圈之间仍用高铝耐火制品砌制。这种结构与传统的耐火材料砌体相比，炉盖的使用寿命虽然有提高，但效果并不足特别明显。
2.存在的问题及原因分析
初步改进的水冷炉盖投入使用一个阶段后，我们发现每月都要发生几次漏水现象，且产生变形，导致停炉补焊或更换(严重时)，仍然在一定程度上影响了生产。尤其是冷却水一旦进入熔池，就会增加钢中气体含量，铸件中的气体会破坏金属组织的连续性，将商接影响高锰钢辙叉产品的力学性能和使用寿命。因此，必须在此基础上做更进一步的改进。
经笔者反复观察研究，发现了漏水和变形的主要原因如下：
(1)炉盖芯的冷却方式不合理，虽然按电极孔的位置将炉盖芯分成3个冷却区域，但由于采用刚性或软性连接将这3个区域串联起来，形成一进一出的冷却方式，一方面冷却效果不理想，易使炉盖变形；另一方面各接头及管路在电极附近高温区盘缠，很容易发生打火、开裂直至漏水，见图1。
(2)焊接质量较差，焊缝存在气泡、夹杂、未焊透等缺陷，且安装前进行水压试验时压力偏小(0.7MPa)，保压时间短(5min)，有时甚至未经水压试验，存在泄漏隐患。
(3)砌制炉盖时，炉盖芯与水冷炉盖圈口以及电极与炉盖芯孔平行度差，电极在下降过程中与水冷炉盖芯接触打火，造成漏水。
(4)水冷炉盖芯上不洁净，积尘和氧化铁皮(粉)较多，既影响散热又易引起打火，造成漏水。
(5)制作炉盖芯的钢板厚度为10mm，刚度、强度均小足，造成变形。
水冷炉盖
三、改进措施
1.改进冷却水循环方式
针对原来冷却水一进一出循环方式的弊病，将每个冷却区域改为独立冷却循环系统，即将温度最高处设为冷却水进水口，在该区域内循环一周后单独排出。改进后的冷却方式防止了炉盖变形，且接头远离导电横臂和电极高温区，避免了打火和漏水的发生。这种方式比原结构多了两个进水管和两个出水管，详见图2。
2.配套措施
(1)用14mm厚锅炉钢板焊制炉盖芯，严格按图样技术要求施工，加强焊接质量并跟踪检查，确保焊接质量符合标准。
(2)砌制炉盖前需严格对水冷炉盖芯进行水压试验，压力≥1MPa，时间≥60min。
(3)用水平仪校正砌制炉盖用的胎模，确保水冷炉盖芯与炉盖水冷圈口的平行度。
(4)调整电极握持器横臂和夹头，确保电极垂直升降。
(5)装料时上部必须装些小料以便穿井，使电弧尽快埋人料中，以免弧光使炉盖局部过热而损坏。
(6)定期吹扣炉盖上的积尘和氧化铁皮(粉)。
(7)及时清除循环水池内的杂物，保持水质沽净，并在循环水进水口增设过滤网。
(8)限定炉盖芯出的使用次数，定期更换，即每280炉次后进干亍更换。
四、应用效果
通过在5t电弧炉上安装使用水冷炉盖芯，并经不断的改进完善，取得了良好的应用效果，在高锰钢辙叉铸件生产中发挥了重要作用，给企业带来了较好的经济效益。
(1)大大减少了原炉盖各种故障引起的停炉、维修及更换炉盖的次数，每年可多炼钢15炉，多创效益30余万元，且为扩大生产创造了较好的条件。
(2)显著降低了设备的维修成本，每年节省炉盖耐火砖30余t，同时大大降低了工人的劳动强度。
(3)可采用长弧操作，每炉钢缩短熔炼时间35min，每炉节电200kw·h，每年节电16万kw·h。
(4)因几乎不发生漏水，钢中外来气体大大减少，操作中可方便地造出各种炉渣来满足工艺要求，有效地提高了产品质量。
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