【案例】某钢厂电弧炉用耐火材料的损毁机理及提高炉衬寿命的措施
发布日期： 2019-07-23 10:35:47 阅读量（689） 作者：张红唐山某钢铁公司采用的是“三位一体”的炼钢生产线。由于电弧炉功率大，炉内温度高，进炉料为冷料，炉衬经常处于高温、熔渣侵蚀和急冷急热条件下，工作条件相当恶劣。同时近两年生产节奏的不确定性，造成炉体急冷急热变化更加频繁，炉龄降至35~38炉的低水平。另外，电弧炉出钢口、炉底、炉顶电极預制块寿命偏低，存在与炉墙寿命周期不匹纪，不能同步更换等一系列问题，进一步加大了热停炉频次，对炉体耐火材料消耗造成严重影响。
1电弧炉各部位耐火材料的损毁机理
电炉各部位耐火材料因工作条件不同，损毁主要原因也不相同。
渣线部位由于长时间经受高温钢液、炉渣的浸泡、冲刷，受到炉渣的物理滲透和化学侵蚀非常严重。炉墙各部分温度分布极不均匀，2#“热点”区域除承受高温、熔渣和钢液的侵蚀、裝废钢时的机械冲击磨损外，还受到电极弧光的高温辐射，工作环境极为恶劣，侵蚀速度快，在该区域的渣线附近损毁更为严重，炉役后期易出现炉墙“红热”和穿漏现象，造成被动停炉。炉盖承受高温弧光的辐射和熔渣侵蚀导致损毀。炉底损毁的主要原因是高温钢液、熔渣的化学侵蚀和裝料时的机械冲击。
2提高电弧炉炉衬寿命的措施
2.1设计改进
(1) 电极孔中心位置生产实践中我们发现：2#电极侧炉墙消耗明显比1#、3#电极侧炉墙偏快。根据多次炉役终期残砖测量，2#电极侧炉墙渣线砖残存20~50mm时，1#、3#电极侧炉墙渣线砖残存尚有180~220mm。根据此种情况，我们向电极预制块厂家提出改进要求：将1#、2#、3#电极孔中心整体向1#、3#侧偏移50mm(如图1)。经过使用验证，炉墙侵蚀速度基本达到同步，因2#电极侧炉墙侵蚀过快降低炉龄现象得到彻底解决。
(2)炉顶电极预制块厚度在使用炉顶电极预制块的过程中，当边缘厚度由400mm消耗到300mm时，出现电极圆孔边缘与预制块边缘最短距离处裂纹(如图1所示裂纹位置)，并逐渐出现裂纹处升口及上下错位现象。在随后的使用过程中，开口处火焰外溢严重，消耗明显加快。当預制块边缘最薄厚度消耗到180~220mm时，由于存在电极孔侵蚀扩大严重，出现裂纹延展而坍塌的风险，被迫进行更换。
考虑到预制块残存厚度过大，以及裂纹处开口错位造成的电极孔侵蚀扩展严重等问題，我们与供货厂家再次联系，要求将预制块的制作厚度整体減少50mm。经生产中使用，当预制块边缘最薄厚度消耗到100mm时，尚未出现开口错位状裂纹，电极孔侵蚀速度也明显降低，最终平均使用寿命由92炉提高到115炉，炉顶预制块单重由4.88t減少到3.91t，減重0.97t。吨钢液消耗由9.65元/t減少到6.77元/t。由于开口错位状裂纹造成的电极卡头烘烤及热量损失得到控制。
(2) 出钢口袖砖改进前，出钢口袖砖组合尺寸如图2，由下到上尺寸分别为：150mm×5mm＋60mm×1mm。在出钢口使用过程中，上部60mm袖砖随炉底打结料的冲刷、侵蚀很快脱落，150mm袖砖也在炉龄达到22炉左右时出现脱落现象，当顶层150mm袖砖脱落时，钢液对出钢口周边耐火材料及剩余部分的袖砖冲刷明显加速，出钢口堵塞难度加大，在炉龄达到30~32炉左右时被迫进行更换。在炉龄达到70炉以上时，需要两次更换出钢口，吨钢消耗显著增加。
经过分析，我们将出钢口上层袖砖组合尺寸进行了改进，尺寸变更为：150mm×3mm＋180mm×2mm。加长到180mm的袖砖牢固性明显增加，同时有效地減少了钢液对出钢口周边耐火材料的冲刷。改进后袖砖整体使用寿命提高到43~50炉，稳定实现一个炉役只更换一次出钢口的目标。
2.2综合砌筑
(1)炉墙砌筑根据炉墙各部位的损毁速度、机理，并结合企业实际使用情况，在渣线及2#电极“热点”区域使用不同品位的镁碳砖，实现损毀同步，进一步提高炉墙寿命。
渣线部位选用的镁碳砖以高纯致密电熔镁砂(MgO≥97%)和鱗片状石墨(C≥96%)为主要原料，树脂作结合剂，具有全碳基质特征，抗氧化性和抗渣性很高。其各项指标见表1。
表1渣线用镁碳砖指标
2#电极“热点”区域选用的镁碳砖以高纯镁砂(MgO≥98%)和鱗片状石墨(C≥96%)为主要原料，添加抗氧化削等，以树脂作结合剂，具有热稳定性好、高温强度高的特征，抗氧化性、抗渣性非常突出。其各项指标见表2。
表22#电极“热点”区域用镁碳砖指标
(2)炉底打结炉底部位使用的镁质干式捣打料，以高铁高钙合成镁砂及电熔镁砂作骨料，以电熔镁砂作细粉，不加任何结合剂⑴。其理化性能指标见表3。
表3干式捣打料的理化性能指标
在炉体打结料使用初期，炉底打结层为800mm。在随后的使用过程中，出现由于大块料冲击，烧结层局部先行破损，从而造成整块分层脱落现象。后来我们将炉底打结层加厚到1000mm，并对单块入炉料重进行了严格限制。每个炉役的炉底打结次数由3次減少到1次。
表4电弧炉耐火材料使用次数对比
2.3优化操作
(1)減少热停工频次，增加炉体连用炉次。
(2)炉体停用4h以后，才允许渣坑打水进行热渣清理。
(3)炉体停用后，及时将炉门口、出钢口进行严密遮挡，防止由于风冷造成炉体温度骤降。
(4)炉体冷却后及时对出渣口、炉墙渣线(特别2#渣线)进行修补。
(5)禁止在炉墙温度大于300℃时将炉盖旋出进行强制冷却。
(6)禁止将200kg以上重料裝入料斗直接入炉，以免砸坏炉底打结料层。
3实际效果
通过采取以上措施，间歇式生产的40t电弧炉耐火材料寿命得到提高(见表4)，明显解决了炉顶电极预制块、出钢口袖砖、炉底寿命偏低，与炉墙使用周期不匹配问题，经济效益显著。
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