電弧爐石墨電極耗損原因及其控制措施

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1、i | 維普資訊 n ttp:// 19 8 9^ i i 電弧爐石墨電極耗損原因及其控制措施 （上鋼五廠〉 提 要 衣丈分析了電孤護石蔓電挺的耗捆原因，認為電披加面莪此占總耗捌量的50? "%,是主長原國）其次為關(guān)端耗捆，占25~4口％」再次為折斷耗損口本丈還介紹了 風內(nèi)夕卜采刖的多種騎型電+1=電機哀面水冷技術(shù)及如送管理改進操作等9項控制電 拔*U黃妁揩苑" i i —、前 言 ■目前我國唱爐用的石墨魁扱，平均單耗 ^7kg/t鋼左右，対世界主蜜產(chǎn)鋼國家的乎均 水平5kg/t鋼）相比差距很大，電極消耗 對煉鋼總成本有直接影晌，

2、因此，開發(fā)新型 電U降低電極消耗，已成為電爐煉鋼的一 個重要課題本文擬從理掄和實賤上對國內(nèi) 外節(jié)約電極的主要措施作初步分折探討* tx 利電爐煉鋼的發(fā)展和HP” UHP操作技術(shù)的 迅速推廣應(yīng)用。 二.電極耗損原因 電弧爐用的石墨電極，在使用過程中引 起耗損的原因，有以下三點* K側(cè)面鑑化 電標愉面耗損，是由于爐內(nèi)大％中的氧 與石墨作用生成CO或CO）引起的，其消耗量 要占電極總消耗的50-70>io倒面氧化速率 與電極表面溫度成非線性的關(guān)系口根據(jù)氧化 速度不同，分低溫鬣化和高溫戦化兩種“ SOOX；以下為低溫氟化很上為高溫氧化“高溫 氧化比低溫氣化快得多。此外，治煉時闔、 冶煉工藝、爐

3、渣狀況、電極在爐內(nèi)的表面積’ 爐內(nèi)七瓠及流速等對電扱側(cè)面氧化均有不詞 程度的影晌。 2*尖議耗損 宓極尖端耗損包括電極蒸發(fā).鋼水吸收. 熱剝落三個方面,’其消耗量僅次于側(cè)畫韻 化，占電極總消耗曲沾?處％ 電極蒸發(fā)，主要是由髙強度電弧柱體的 輻射與對流引起的。電流和電檢蒸發(fā)耗狽Z 間的關(guān)系，可用下式表示〔5 Qt = 0. 03711* 式中Qt——電極端部的蒸發(fā)速度> I——KiKA為單位的電弧電流。 不難看出，電爐變扭器的設(shè)計是重聲的p 對于一個特定的變壓器緞定功率麗言，為了 減少電扱消耗，應(yīng)用允許的量低電流和盡可 能高的二改電壓極為甌要。此外，電極蒸發(fā) 還與電極質(zhì)董、表面溫度

4、*冶煉工藝有關(guān)。 試驗證明，蒸發(fā)速率與電極端部直徑無關(guān)。 石墨在鋼水中很容易被熔化，因此短弧 作業(yè)和電攝授質(zhì)作業(yè)會引起電極消耗的升 冶煉時，電極下端處在髙溫下*過大的 渥差會導(dǎo)致電極熱剝痣，剝落議與電扱的導(dǎo) 熱性能、熱膨脹系數(shù)、彈性萊數(shù)關(guān)系密切. 因此，在設(shè)計電極時，就應(yīng)考慮到母量減少 皚極熱剝蔣的損耗。 3?折斷耗損 電極斷裂屈于突發(fā)事故，其原因有= ① 電極要承受很大的電磴應(yīng)力，此應(yīng)力 的方向和大小交替變化，并引起電極夾持器 的擺動和電極本身的振動，當機械應(yīng)力，電 磁力和電極體內(nèi)熱應(yīng)力之和超過電極本身的 強度時，就會導(dǎo)致電極斷裂；②電孤、渣子 或鋼液產(chǎn)生的高熱梯度引起頻裁出現(xiàn)的熱

5、沖 擊，破壞了電極的若穩(wěn)定性｝③操作不當（如 裝料不好、塌料、電流過大等》“④接頭的 結(jié)構(gòu)不合理.加工質(zhì)量欠佳）⑤電極本身的 聊理性能差）⑥接頭松動脫扣。 電極斷裂不但造成電極材料損失，而且 追成電爐停工，使正常操作程序中斷。 電極斷裂有接孔頂端斷裂，銷子中心斷 裂、接孔庇端斷裂三種孫式。從回收利用斷 裂電極方面考慮，接頭斷裂回收利用率堆 高，因此電極接頭的強度宜比電極本身稍 低，或采用防松膠.對減少折斷耗損有利。 三.控制電極損耗的播施 空心電扱 衣電爐煉鋼中，采用空心電極通入各種 氣休的研究工作，已有數(shù)十年的歷史，早在 血年代末，就有人提出了把固休或氣休注入 空心電極的理論，列年

6、代進行了探索性試 驗。通入的氣律，主要是氮氣，也有麺氣" 一氧化碳等其它氣體口下面只就通氫效果作 一簡述。 （1）對電弗特性的療響 在通常的電極條件下，電壓波形畸變很 大.但吹髓時，電弧被拉長且不易熄滅，電 壓液夠炒均勻二致的更為圓滑的正眩諛形變 化，且電弧有量大的穗定性和持續(xù)性，能釋 放出更高的熱量，熔化期電弧“起檸〃次數(shù)大 大減少，從而減輕了變壓器的負荷，減少了電 弧閔爍的傾向.這不但改善了爐于的電氣特 性，對提離平均輸入功率和提高生產(chǎn)率均有 重要索義*試驗證明.采用空七電極通醞平 均熔化時闔比實心電極編短5分鐘，功率消 耗平均降低4%山。 （2） 對電孤噪昔的押制 電弧待性對電能

7、轉(zhuǎn)換期產(chǎn)生的噪音類 型有很大的影響，由于電極通氨可以產(chǎn)生更 長更穩(wěn)定的電弧,使弧長變化的敏感性降低， 電弧不同熄滅，減少起弧次敷，因而大大降低 了噪音強度。在熔漬后的精煉過程中，只要通 入中等流量的氨氣.就可以維持電弧的平靜。 （3） 節(jié)帥電極 試驗證明，電極通氮，電極壽命可以提 高50%以上。原因是電極通氮，降低了電弧 區(qū)的氧濃度，從而減少了電扱的氧化消耗； 基本上消除了由石星的斷裂斯產(chǎn)生的消耗, 降低了電極的溫度 （4） 節(jié)釣?zāi)蛢翰膿? 電詵熔化金屬，電壓熔化耐火材料。當 實心電極產(chǎn)生電弧閃爍時，大部分熱產(chǎn)輻射 到爐壁和爐頂上采用通氣電極?吹氣速度 能限制電氣放電的方向，建立一條電離

8、氣體 的電弧通道或弐拄*這種電離氣柱比常規(guī)的 碳電弧更為平靜和際散，大大降低了電弧向 爐墻閃爍，降低了輻射熱的傳遞。另外，吹 弋電極還會顯著減少高速向爐瑕噴射的金展 和渣子液滴的數(shù)鳳，因此吹氣會促進耐火材 料的節(jié)約。據(jù)報道，采用空心吹氣電極，爐 頂和爐墻的壽命分別提髙9 %和12%向。 （5） 減少鋼中氣體含畳 因為高的電弧爐溫度和等離子氣流的方 向性，都有利于促使電極下面過熱鋼水上方 的水蒸汽和熬氣的離解（活潑的離解氣體易 與鋼水反應(yīng)），吹盤可把電極頂端附近的爐 氣中的氮氣、水汽去除干凈，防止裸露鋼水 受上述氣粹的影響，因而使爼氣的吸收量大 大降低，降低了胄槪罠豐務(wù)爐子其它區(qū)域 或澆注過

9、程中吸氣速站祗比電弧區(qū)內(nèi)低得 多。因此，電極通氮可以減少鋼中氣體含量， 改善鋼的質(zhì)量?如果要求冶煉氫、篦含世更 低的銅種時*電扱吹氨是一種可試用的冶煉 方法o | 維普資訊 n ttp:// 第六期 ? 34 ? | 維普資訊 n ttp:// 第六期 綜上所述空心通氣電扱，在理論上為 改善電爐的電氣特性、改善冶金學特性*節(jié) 約電極、節(jié)約耐火材料等方面提供了一種可 能性，但具怵采用這項技術(shù)?仍要根拯不同 容量電爐"不同規(guī)格電極進行試驗，特別是 氣體的性辰、流量*電弧畏度5皚極孔直徑 與氣體流速的恰當配合，都是取得最佳效舉 的塑要囲素。 2.漫漬電極 所謂授漬電極、就是將

10、普通的石墨電極 放在數(shù)種無機物的混合液中，經(jīng)過一定的工 藝處理，改善原石墨電極的性能，捉髙電極 抗高逼罠化、尖端耗損.柱怵破裂的能丈， 達到降低電樓消耗的且的。 蘇聯(lián)一些鋼廠將電極浸入瑚酸戒.磷破 鎂液、四硼酸鹽氯化物屮/在真空下浸潰加熱 到1弟亠1訊黙后將電極放在1JC—ISOC 下干燥-用侵漬過的電極冶煉需合金銅、 滾珠鋼、合成渣、白色剛玉零，證明浸漬電 極的性能比普適電極好口例如^Omm^極, 浸漬赴理后，電極密度提高Z 9%,氣孔率降 低H%,比電阻率降低打.1開，氧化度下降 srfi%,總消耗量降低創(chuàng)?50%^ ,丄9朋年杭卅鋼廠研制了一種新的電極浸 漬方哉，在銃電滬上使用匹呪，

11、氣化度降低 19.2%,密度平均提高4.4%,比電阻率下降 5-3%.折斷次較大為減少?總消耗降低 34.86%.噸鋼節(jié)約12元左右。 3,涂層電輟 涂層電極超源于保加利亞，舐行歐美。 涂料長以鋸和碳化陡的混合物，加上適當?shù)?粘結(jié)捌，經(jīng)特殊工藝處理后*電極的電膽率 下釋*氧化速度減慢，從而改善了電極的慢 甩性能。ARMCO*司的Kansascity廠和 61廿砂“廠在筋佃mm電極上作了涂層試 凳，電極消耗降低了20%同 生產(chǎn)能力較低的爐子，釆用徐層降低砲 極渭耗的可能性也大。 涂層不足之處酋先是工藝復(fù)雜， 用料較貴，成本較離.其枕，涂層并未諛壺 電極強度，不能降低折斷次數(shù)和快途運輸中

12、的損耗」第三是夾持力較低，如果電極夾持 器卡頭是掰質(zhì)料檢，很容易與涂層發(fā)生反 應(yīng).使卡頭局部升溫或起弧損壞卡頭“杭鋼 曾仿制過涂層電極*結(jié)果因卡頭澆穿漏水而 報燈 石墨套圈水冷蔓合電扱 1貯9年，加拿尢鋼去司埃德象廠研制慮 功水昨魏合電極國口以后美國、日本*西欣 亠些國家也先后釆用 水冷電極由以下兩部分齟成* 上部足非自耗水冷金屆段用三根周軸 空心金屬管組成，中心管為進水管，兩個外 邊管之間的間隙為出水通道，內(nèi)殼及中心皆 之間的間陳與大吒相通p最綏前水送到熱焙 最高的區(qū)域o這種結(jié)構(gòu)形式可以滅輕熏量， 防比過熱和彎曲勺 下部為石墨電極消耗段。上下兩部分長 度基本相等*用水冷金屬接頭連接

13、，這樣可 以消除上接口破損，提高接口強度，明顯減 少上部柱體的破損。 CD水冷電扭的技歩要點 ① 為防止電極工作時滑脫卩在中心管的 頂部，必須牢牢固定」個比夾持器內(nèi)輕稍大 的安全擋板舟 ② 電扱與夾持器之間必須嵌入柔性的夬 持材料，保證夾持處緊密配合又不僮金屬管 受衙，有利改善掘網(wǎng)的描電質(zhì)量和減少電毀 的折斷g ③ 水冷段的接頭處的外面必須用保護材 料，避免水攙段在高溫下打預(yù)，減少能量損 失.并確保安全 ④ 為避免冷卻水干做到準確可黑” 必魏單項控制聯(lián)鎖保護，并要有備用水源， 采用過壓閥，還要有漏朮報警裝置口 ⑤ 在電極升降機拘上、要安裝電按位覽 捐示器?用以控制和測定水冷段插入爐

14、內(nèi)的 深度◎ 電扱在爐外組裝。為減少組裝時間*遜 &水管必須用快速接頭和專用的液壓夾具 |維普賢訊 ng〃www.cqvip.c0rn| *占5 (2)使用水冷電扳妁謹果 ① 降低電極消耗。如加拿大降＜24.2— 27.9%,美國降低20%,西徳降低29. 5%等 ② 提高爐蓋壽命。如美國某公司酸性爐 蓋壽鈿從右爐提高到300爐* ③ 減輕勞動強度，改善勞動環(huán)境。 5. Permtrode石墨電極系統(tǒng) Knoxville傳鐵公司設(shè)計的Permtrode 系統(tǒng),上半部由半永久性的水冷打墨電極組 成-電極中心有一涂有不漏水的涂層的小 孔*位于中心孔的金屬管引入拎卻水*冷 卻

15、水經(jīng)導(dǎo)管和中心孔壁之闔構(gòu)成環(huán)縫返回 系統(tǒng)頂部。用其有特殊結(jié)構(gòu)的銅接頭連接 Permttode系統(tǒng)利下部的石墨電扱。在3M電 爐上連續(xù)使用Permtrode系統(tǒng)證明，可節(jié)約 電扱20%以上叫 冃前.Permtrode系統(tǒng)正與水冷電極相 競爭& 6. 永久題極 所謂永久電極，就是采用金屬陶瓷材料， 經(jīng)過特殊加工制成的水拎式陶瓷電扱。其筆 化、升華、折斷耗損極低。瑞典開發(fā)的永久 電扱在i. 51電爐使用，一根電極(陶瓷段長 500mm)使用了一年以上；1L 了.直流電弧爐 在直流電弧爐中，藝流器的負極和石墨 電極相接，正極與爐底電扳相接，石墨庖極、 金屬熔池、爐底電極和整流器形成了一個電

16、流回路?并在石墨電極和燿池間起弧■直流電 爐能減少電極消耗的原因有二* 一是石墨電 極是陰極，比作為交流電爐陽極的電極電弧 溫度低；二是宜流電爐的電極直徑雖比交流 電爐的電極粗，但貝有一根電極，其表面積比 交流電爐三根痕極表面積之和小得多，也沒 有交滾電爐三根電極乏間互相輻射的作用。 自19班年世界上第一臺直流電爐運行以 來，實踐證射直流電爐確是降低電檢消耗的 最有效方穗。德國的一臺1亂直流電爐電極 平均單耗只有L8kg/t鋼叫美國的一臺30化 普適電爐改成直流電爐后，噸坯電極消耗量 節(jié)約60%⑺，瑞典50t直流電爐電極策耗小 于2kg/t鋼叫 目前，直流電爐已在世界發(fā)達國家開始 推廣*并

17、于1昶6年法國建曲了目前世界最大 的75t直流電爐。 8. 電根表面水;令 日本中部鋼板公司200t UHP電爐*電 極直徑狗00mm,單耗貝有1- 9~N 2kg/t鋼， 除了電極質(zhì)量較好外，釆用電極表面水冷技 兀是其取得低耗的重要原因。 所謂電扱表面水冷，就星在電極夾持器 和爐蓋水冷圈處各安裝一個空心骨環(huán).環(huán)和 電極之間留有一定間隙?環(huán)上開有小孔，上 環(huán)通壓力為0, 2MPa的恒定流疑的水，下環(huán) 通具有一定壓力的氣體上環(huán)的水噴到電極 表面，沿表面下流，流到下環(huán)處，被氣體吹 成霧狀，議失在人氣中”即使有少量水下流， 也不會產(chǎn)生危險。 實踐證明采用此技術(shù)噸鋼節(jié)釣電極 0、5kg*同時由

18、于霧化蒸割的作用，使小爐 蓋壽命提高了--倍多e＞此法不能減少電耗， 也不影響鋼的質(zhì)量。 9. 加弼管理，改進操作 應(yīng)當指出，降低電極消耗，不單純是技 術(shù)問題，提高電極質(zhì)量，對解決國內(nèi)當前消 耗高是個迫切需要加強重視和解決的重要問 題中此外，抑強管理*改進操作「也是很重 要的。一般講，為了降低電極消耗，在操作 方面要注意以下幾個方面I ① 通電條杵。懇量采用衙電壓低電流， 適當控制電力負荷，用超過電械容許的電流 操作*會加速端部耗損。 ② 爐殼設(shè)計宜低不宜高，采用水冷爐壁、 爐蓋，配用適當規(guī)格的電極D ③ 選用優(yōu)質(zhì)電極。 ④ 創(chuàng)造爐內(nèi)良好吒氛,，最好使用助#S燒 咀、密封電爐并吸塵

19、。 鞘短熔化期 ＜采用大電力.助燃、爐 料搭配恰當并進行預(yù)熱等措 |維普賢訊 ng〃www.cqvip.c0rn| *占5 |維普法訊 nttp://WWW] 199 年 底吹電弧爐煉鋼的冶金特性及現(xiàn)狀 何 平 （冶金部鋼鐵研究總撓〉 提 曼 木文分析了廉歐電孤臚萍飆過捉中席池攪拌能力牝睨〔03脫〔SJ能力琴方 面 的 冶金特世*聞述了該工藝的優(yōu)越性及在國殲的規(guī)展簡況* 一、冃:】 辰 隨著現(xiàn)代煉鋼技術(shù)的發(fā)展，各種煉鋼工 藝之間出現(xiàn)了相互滲透、相互引用的現(xiàn)彖?大 大提高了煉鋼的生產(chǎn)能力和冶金性能水平◎ 例如

20、由頂吹轉(zhuǎn)爐與底吹轉(zhuǎn)爐相第合而形成 轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉的煉鋼法，將LD轉(zhuǎn)爐中 頂吹氧氣法應(yīng)用到平爐煉鋼過程而形成頂吹 ⑤ 強化爐外精煉，縮短精煉時間。 ⑥ 盡量減少停電時闔，減少事故，提高 補爐便爐子盡可能連續(xù)運轉(zhuǎn)◎ ⑦ 選用精料提高合榕率。 茲以某鋼廠対例，由于在操作上采取了 下列描施，使噸鋼電扱消耗降到4,2kg. ① 裝料順序。輕薄料一軋鋼料一生鐵一 小料& ② 爐底先加2?3%的石灰*使石灰在熔 化初期很快覆蓋鋼蔽，穩(wěn)定電流，減少堪板 上下串動狐電弧向外輻射，加速熔化。 ③ 吹*U爐蓋開JL 減少水冷圈胸透氣 量*吹氧要四周吹到，不要固定一點吹，使 爐料下塌保持平衡，防止

21、電極新斷,吹氧壓 力不必太大，貝要產(chǎn)生足夠的化學熱即可， 耗M^|300m7t 鋼。 ④ 配電?先用二極電壓（不用大電流大 電壓）r使電按囲下鉆小?U淇少電餵向上 孰吒平爐煉鋼法等。這些復(fù)合式煉鋼工藝的 冶金性能都比原方法有很大的提高。向鋼液 中底吹氣休，是提髙熔池攪拌能力，加速爐 內(nèi)冶金反應(yīng)*縮短治煉時間的一靜很有效的 方法。正可彌補現(xiàn)在的工業(yè)性電弧爐煉鋼過 程中所存在的這三方面缺點弋因此將底吹氣 體技術(shù)應(yīng)用于電弧爐煉鋼.就可犬大提高其 冶煉能力v H前一些國家已在積極從事這項 技術(shù)的研究與開發(fā)工作。 反射，鉆孔達到爐料高度的三分之二時， 大電流大電壓快速熔化。 ⑤ 電極與水溝圏之間的

22、間諒越小越好， 兇不夾注電扱為宜，以減少火焰在爐外燃燒: ⑤電極安裝前打掃干凈只用一個插銷， 保證電極強度。 ⑥ 電扱架必須平穩(wěn)可靠，適當加快電極 提升速度◎ 秦考文獻 rn 上舸五廠冊究所國外金圖拈料選編^3）P3-s7 〔叮第一屆歐刪電爐禍會議滄文鹽P】朋?199 C31章峯山武電爐》198SNo5 P24—28 and Steelmaker,1? TSSGNoS P3E ?39 C5）冶金部UHP協(xié)調(diào)組電弧爐滬外鞘煉技術(shù)通 舐 1987 No9 P4?26G C6J吳掘明、車世家 G電爐%19B5 No6 F40?壯 [7] F. B Spivey 和 E? G, Mue Iler 盤長城 按術(shù)耳IS86 No2尸刊?60