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耐火材料行業知識

40T電弧爐爐襯耐火材料

  唐鋼重機裝備公司采用三位一體的煉鋼生產線,即40tEBT+45tLF爐+45tVOD爐。由于電弧爐功率大,爐內溫度高,進爐料為冷料,爐襯經常處于高溫、熔渣侵蝕和急冷急熱條件下,工作條件相當惡劣。在因素的影響下,比如生產節奏不確定、夜班非連續躲峰生產,造成爐體急冷急熱變化頻繁,爐齡降至35~38爐的低水平。另外,電弧爐出鋼口、爐底、爐頂電極預制塊壽命偏低,導致與爐墻壽命周期不匹配,不能同步更換的一系列問題。通過對電弧爐各項耐火材料綜合分析,逐項改進,爐役提高到平均73爐。
  電弧爐耐火材料損毀分析
  電弧爐各部位耐火材料因工作條件不同,損毀主要原因也不相同。
  渣線部位由于長時間經受高溫鋼液、爐渣的浸泡、沖刷,受到爐渣的物理滲透和化學侵蝕非常嚴重。爐墻各部分溫度分布極不均勻,2#“熱點”區域除承受高溫、熔渣和鋼液的侵蝕、裝廢鋼時的機械沖擊磨損外,還受到電極弧光的高溫輻射,工作環境極為惡劣,侵蝕速度快,在該區域的渣線附近損毀更為嚴重,爐役后期易出現爐墻“紅熱”和穿漏現象,造成被動停爐。爐蓋承受高溫弧光的輻射和熔渣侵蝕導致損毀。爐底損毀的主要原因是高溫鋼液、熔渣的化學侵蝕和裝料時的機械沖擊。
  提高電弧爐爐襯壽命的措施
  2.1設計改進
  (1)電極孔中心位置生產實踐中我們發現:2#電極側爐墻消耗明顯比1#、3#電極側爐墻偏快。根據多次爐役終期殘磚測量,2#電極側爐墻渣線磚殘存20~50mm時,1#、3#電極側爐墻渣線磚殘存尚有180~220mm。根據此種情況,我們向電極預制塊廠家提出改進要求:將1#、2#、3#電極孔中心整體向1#、3#側偏移50mm。經過使用驗證,爐墻侵蝕速度基本達到同步,因2#電極側爐墻侵蝕過快降低爐齡現象得到徹底解決。
  (2)爐頂電極預制塊厚度在使用爐頂電極預制塊的過程中,當邊緣厚度由400mm消耗到300mm時,出現電極圓孔邊緣與預制塊邊緣最短距離處裂紋,并逐漸出現裂紋處開口及上下錯位現象。在隨后的使用過程中,開口處火焰外溢嚴重,消耗明顯加快。當預制塊邊緣最薄厚度消耗到180~220mm時,由于存在電極孔侵蝕擴大嚴重,出現裂紋延展而坍塌的風險,被迫進行更換。
  考慮到預制塊殘存厚度過大,以及裂紋處開口錯位造成的電極孔侵蝕擴展嚴重等問題,我們與供貨廠家再次聯系,要求將預制塊的制作厚度整體減少50mm。經生產中使用,當預制塊邊緣最薄厚度消耗到100mm時,尚未出現開口錯位狀裂紋,電極孔侵蝕速度也明顯降低,最終平均使用壽命由92爐提高到115爐,爐頂預制塊單重由4.88t減少到3.91t,減重0.97t。噸鋼液消耗由9.65元/t減少到6.77元/t。由于開口錯位狀裂紋造成的電極卡頭烘烤及熱量損失得到控制。
  (3)出鋼口袖磚改進前,出鋼口袖磚組合尺寸由下到上尺寸分別為:150mm×5mm+60mm×1mm。在出鋼口使用過程中,上部60mm袖磚隨爐底打結料的沖刷、侵蝕很快脫落,150mm袖磚也在爐齡達到22爐左右時出現脫落現象,當頂層150mm袖磚脫落時,鋼液對出鋼口周邊耐火材料及剩余部分的袖磚沖刷明顯加速,出鋼口堵塞難度加大,在爐齡達到30~32爐左右時被迫進行更換。在爐齡達到70爐以上時,需要兩次更換出鋼口,噸鋼消耗顯著增加。
  經過分析,我們將出鋼口上層袖磚組合尺寸進行了改進,尺寸變更為:150mm×3mm+180mm×2mm。加長到180mm的袖磚牢固性明顯增加,同時有效地減少了鋼液對出鋼口周邊耐火材料的沖刷。改進后袖磚整體使用壽命提高到43~50爐,穩定實現一個爐役只更換一次出鋼口的目標。
  2.2綜合砌筑
  (1)爐墻砌筑根據爐墻各部位的損毀速度、機理,并結合企業實際使用情況,在渣線及2#電極“熱點”區域使用不同品位的鎂碳磚,實現損毀同步,進一步提高爐墻壽命。
  渣線部位選用的鎂碳磚以高純致密電熔鎂砂(MgO≥97%)和鱗片狀石墨(C≥96%)為主要原料,樹脂作結合劑,具有全碳基質特征,抗氧化性和抗渣性很高。其各項指標見表1。
  表1  渣線用鎂碳磚指標
  2#電極“熱點”區域選用的鎂碳磚以高純鎂砂(MgO≥98%)和鱗片狀石墨(C≥96%)為主要原料,添加抗氧化劑等,以樹脂作結合劑,具有熱穩定性好、高溫強度高的特征,抗氧化性、抗渣性非常突出。
  (2)爐底打結爐底部位使用的鎂質干式搗打料,以高鐵高鈣合成鎂砂及電熔鎂砂作骨料,以電熔鎂砂作細粉,不加任何結合劑。
  在爐體打結料使用初期,爐底打結層為800mm。在隨后的使用過程中,出現由于大塊料沖擊,燒結層局部先行破損,從而造成整塊分層脫落現象。后來我們將爐底打結層加厚到1000mm,并對單塊入爐料重進行了嚴格限制。每個爐役的爐底打結次數由3次減少到1次。
  2.3優化操作
  (1)減少熱停工頻次,增加爐體連用爐次。
  (2)爐體停用4h以后,才允許渣坑打水進行熱渣清理。
  (3)爐體停用后,及時將爐門口、出鋼口進行嚴密遮擋,防止由于風冷造成爐體溫度驟降。
  (4)爐體冷卻后及時對出渣口、爐墻渣線(特別2#渣線)進行修補。
  (5)禁止在爐墻溫度大于300℃時將爐蓋旋出進行強制冷卻。
  (6)禁止將200kg以上重料裝入料斗直接入爐,以免砸壞爐底打結料層。
  實際效果
  通過采取以上措施,間歇式生產的40t電弧爐耐火材料壽命得到提高,明顯解決了爐頂電極預制塊、出鋼口袖磚、爐底壽命偏低,與爐墻使用周期不匹配問題,經濟效益顯著。


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