電弧爐導(dǎo)電橫臂和卡頭間供回水方式優(yōu)化改造

金鑫 李明娜

摘 要：電弧爐煉鋼是以電能作為熱源的煉鋼方法，它是靠電極和爐料間放電產(chǎn)生的電弧，加熱并熔化金屬爐料和爐渣的一種煉鋼方法。導(dǎo)電橫臂和電極卡頭之間由于漏水，嚴(yán)重制約了生產(chǎn)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：電弧爐；導(dǎo)電橫臂；電極卡頭；供回水方式

一、電爐導(dǎo)電橫臂和卡頭結(jié)合面處漏水的危害

（一）漏水嚴(yán)重時(shí)容易發(fā)生爆炸

煉鋼時(shí)，鋼水、鐵水、鋼渣以及煉鋼爐爐底的熔渣都是高溫熔融物，漏水嚴(yán)重時(shí)，如果進(jìn)行搖爐或者是供氧操作，水和鐵水或鋼水突然激烈反應(yīng)會(huì)發(fā)生爆炸或大噴，造成人機(jī)事故。

（二）漏水對(duì)鑄錠品質(zhì)有不良影響

（1）必須控制鋼液氫的初始含量，鋼液中的氫含量主要取決于爐氣中水蒸氣的分壓，氫對(duì)鋼的危害是很大的?？傮w來說氫對(duì)鋼錠的影響一是引起氫脆，二是導(dǎo)致鋼材內(nèi)部產(chǎn)生大量細(xì)微裂紋缺陷——白點(diǎn)。

（2）氧在鋼中的溶解度很低，幾乎全部以氧化物夾雜形式存在于鋼中，如 FeO、AL2O3等，破壞了鋼的基體的連續(xù)性，在靜或動(dòng)載荷的情況下往往成為裂紋的起點(diǎn)。

（三）漏水維修難度大

如果停爐時(shí)卡頭和大臂端面間漏水，此時(shí)爐內(nèi)溫度為室溫，不需要冷卻，拆完螺栓，卸下卡頭打磨接觸導(dǎo)電面到平整，更換密封后上好卡頭，維修一個(gè)需要三個(gè)小時(shí)（一共三個(gè)），但是大部分時(shí)候是在開爐煉鋼時(shí)漏水嚴(yán)重，急需處理卡頭漏水，此時(shí)爐溫在1500°左右，爐蓋上部溫度在1000°左右，處理前只能把爐蓋旋出待爐溫冷卻兩小時(shí)左右再旋回爐蓋，因?yàn)榇藭r(shí)三個(gè)電極孔正對(duì)著下方熔融態(tài)的鋼水，需要維修人員用彩鋼板先把三個(gè)電極孔擋住，再冒著200多度的高溫耗時(shí)三個(gè)多小時(shí)拆螺栓-打磨卡頭端面-上密封-安裝-通水試驗(yàn)， 全程必須搶時(shí)間，因?yàn)樘幚聿患皶r(shí)鋼水就硬在爐里需重新加熱熔化，維修時(shí)間緊，維修時(shí)間長(zhǎng)、維修難度大，維修溫度高，種種原因在不斷透支著維修人員的體能。

（四）漏水縮短設(shè)備使用壽命

漏水量少迅速被氣化并隨煙氣抽出，對(duì)小爐蓋影響不大，但是漏水嚴(yán)重時(shí)，整個(gè)電爐停止運(yùn)轉(zhuǎn)，待漏水處理完成后繼續(xù)使用，此時(shí)小爐蓋工作面遭受到極冷極熱，將導(dǎo)致小爐蓋的壽命大幅度降低。

二、導(dǎo)電卡頭和大臂端面間為什么漏水

1）電極卡頭和導(dǎo)電橫臂通過4個(gè)螺栓連接，使兩個(gè)導(dǎo)電接觸面牢固接合，煉鋼時(shí)大電流通過橫臂和電極卡頭流向與卡頭相連的碳棒電極而起弧煉鋼，建成初期使用良好，后來就出現(xiàn)卡頭與橫臂連接面漏水的現(xiàn)象，拆開卡頭發(fā)現(xiàn)靠近冷卻水口的螺栓已斷，附近接觸面出現(xiàn)電弧燒蝕現(xiàn)象，螺栓桿上有燒熔的痕跡，因?yàn)槁菟U沒有暴露在煉鋼升起的火焰中，所以推斷為流過大電流燒熔。一方面接觸面出現(xiàn)電弧燒蝕的原因是因?yàn)閮蓚€(gè)把合面沒有緊密貼合，接觸不良導(dǎo)致打火、放電，同時(shí)大電流流過把合螺栓，造成螺栓因大電流燒熔，另一方面螺栓斷裂導(dǎo)致兩個(gè)貼合面把合不嚴(yán)，循環(huán)水密封起不到作用，沒有壓緊，導(dǎo)致從縫隙中漏水。

2）電弧爐煉鋼是靠電極和爐料間放電，在產(chǎn)生的電弧輻射和電弧的直接作用下加熱并熔化金屬爐料和爐渣（弧區(qū)溫度在4000°C以上），廢鋼熔化所產(chǎn)生的煙氣和火焰大部分從電極與電極孔之間的間隙溢出。首先由于高溫烘烤、熱輻射的作用，電極卡頭和導(dǎo)電橫臂前端把合面處的溫度高達(dá)900°～ 1300°，由于電極卡頭是紫銅材質(zhì)，具有良好的導(dǎo)熱性，使位于兩者之間的四個(gè)O型密封圈在高溫的烘烤下發(fā)生塑性變形，使卡頭和導(dǎo)電橫臂端面冷卻水通路密封不嚴(yán)而漏水。其次由于接觸面出現(xiàn)電弧燒蝕，燒蝕過程中產(chǎn)生的電弧瞬間會(huì)把夾在接觸面之間的O型密封圈燒焦，使O型密封圈失去密封作用導(dǎo)致漏水。

三、改造過程簡(jiǎn)圖

前期通過加深卡頭上原有的密封槽、或在電極卡頭原有密封槽外側(cè)再加工一道密封槽、或通過改變密封的材質(zhì)等方法來解決導(dǎo)電橫臂和電極卡頭間的漏水問題，但效果都不理想，最后決定徹底取消密封。所以，經(jīng)過研究決定取消導(dǎo)電橫臂和電極卡頭間的四個(gè)供回水的通孔，原來的孔都通過補(bǔ)焊焊好。再?gòu)膶?dǎo)電橫臂前端側(cè)面和導(dǎo)電卡頭側(cè)面開孔，通過外接管路實(shí)現(xiàn)水的循環(huán)，取消了原來通過內(nèi)部水孔的循環(huán)，避免了因密封不能耐高溫和耐打火產(chǎn)生的高溫灼燒而造成的損壞進(jìn)而漏水。通過半年的統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)效果極好；最后把改造方案定型，因?yàn)樵谏洗我呀?jīng)把導(dǎo)電橫臂前端的四個(gè)供回水孔通過補(bǔ)焊堵住了，通過重新設(shè)計(jì)委托制造加工電極卡頭，把導(dǎo)電卡頭的供回水管路改到電極卡頭的上部，一方面供回水管路位于上部可以有效遠(yuǎn)離高溫烘烤，更便于維修更換。

四、改造后的使用效果

1）避免了水和鋼水進(jìn)行激烈反應(yīng)致使設(shè)備損壞和人員傷亡。

2）處理一個(gè)漏水卡頭的時(shí)間由5小時(shí)縮短到0.5～1小時(shí)。

參考文獻(xiàn)：

[1]閻立懿.現(xiàn)代電爐煉鋼工藝及設(shè)備.冶金工業(yè)出版社.

[2]陳家墉.濕法冶金手冊(cè).冶金工業(yè)出版社.

作者簡(jiǎn)介：金鑫（1987-）男，漢族，天津人，現(xiàn)就職于天津交通職業(yè)學(xué)院；李明娜（1987-）女，漢族，天津人，現(xiàn)就職于天津鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院。