电炉系统用耐火材料

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1、第五章 电炉系统用耐火材料,第1页,电炉照片,电炉炼钢以电能作为主要热源，使用三,相交流电流或直流电流。炉料和电极间直接产生电弧，利用电弧高温熔化炉料，然后加入氧化剂、造渣剂、铁合金等以去除夹杂。将钢水化学成分和温度调整至规定值后注入钢包 . 80 年代以来，电炉向大型化、超高功率化、直流化、连续化和自动化的方向发展，世界电炉炼钢生产技术得到更迅速的发展。,电炉的工作原理,电炉用耐火材料示意图,电炉俯视图,5,第一节 电炉炉顶用耐火材料,电炉炉顶最初采用硅砖砌筑，自60 年代末期开始试用高 铝质材料以来，因其耐火度、高温抗侵蚀性能以 及良好 的热震稳定 性比硅砖优益，因此，高铝质材 料 在电炉

2、炉顶上被长期使用。到90年代后，全水冷 炉顶技术的广泛采用，为降低停炉时间， 降低工人劳 动强度，在电极三角区位置普遍 采用以高铝质或 刚玉质并添加有钢 纤维的 耐火浇注料整体预制炉盖 。 在未采用水冷炉顶的钢厂其电极三角区仍然采用 磷酸盐（主要是磷酸铝）结合烧成或不烧 高铝砖砌筑 。,电炉炉顶常用耐火砖性能表,濮耐电炉顶性能表,濮耐生产的交流电炉顶实物图,电炉顶损毁机理,电 炉炉 盖是带有 电极 孔 和 排烟 孔 的 球面 形结构 ，外环部 分称 主炉 盖 ， 中 间 部分称小 炉盖（又叫三 角区）， 装 料 时 炉 盖可移开。电炉冶炼 工艺极 其复 杂，三 角区预制件 使用条件非常苛刻 。

3、主要是 受到电极弧 光辐射 、急冷 急 热、钢水和炉渣的化学侵蚀 、除 尘 时 所形成的高速气 流 冲击磨损 以及 炉 盖结构不合 理等因 素 的综合 影 响。,使用中的电炉顶,A 弧光辐射,电炉 冶 炼 时 电极 放 电 所 产生弧 光 温度高 达4000 以 上 ， 对 小 炉 盖工 作 面 进行剧烈 熔 损 。起 弧 阶段 ，电弧暴露 在 炉料 上 方，距炉顶 近，热 辐射大，电弧越 长 ，功率 越 大，对炉顶 辐射热 越 大，炉顶 损坏越快 。 一般钢 厂要求 在 起弧时 采用较 低档送电， 控 制 电弧长 度；在 穿井过程 中 逐渐 采用大电压 大电流 供 电，都是 为 了保护 炉

4、盖 。,B 急冷急热,电 弧加 热、 出 钢 和炉 盖 旋转 到 炉 外 装 料 造成 急 冷急 热， 进而使炉 盖 产生热 应力造成 工作面 剥 落。,C 除尘系统抽力,除 尘系 统抽尘所 形 成的 高速 气 流 对 炉 盖 工作 面 的冲击磨损。 抽力 不 足 时 ， 废钢熔化 所产生的 烟气 和火 焰大 部 分 从 电极与 电极孔 之 间的间 隙逸出 ，气 流长时 间 剧烈冲刷 使电极 孔 扩孔严重 。在 主炉 盖呈 球形 或弧 形结构时，将造成小 炉 盖工 作面 以弧形侵蚀。为此 ，操作 者应定期 清理 除尘系统 烟 道内的杂物 ，以 免烟 道堵塞 ，影响 除尘效果 。,D 化学侵蚀,

5、钢水和炉渣 喷溅 至炉 盖工 作 面 ， 其中 某些化学成分 与工 作面 发生化学 反 应 ，并渗透 到工作 面 内部 ，形 成变 质 层 。 当 温度 骤变时 所 产生的热 应力 促使 变质 层 剥落， 进而 形成新 的 工作面又 遭受 到循 环损 毁 。熔池液面 与小炉 盖工作面 距 离越 高， 喷溅作用 愈 小 ，化学 侵蚀 影响就越 小 。高度一般在1.5m以 上。,E 铁水兑入比例,铁 水 中 含 有 较 高 的 硅 和 硫 ， 在 氧化 气 氛 下易 形 成氧化硅 和少量 的氧化 硫 等 酸性物 质 ，将加 剧对小 炉盖 的损 毁 。铁水 兑 入 比例越 高，影响越 大。,F 电极

6、喷淋水,电极采用喷淋水措施不但 降低了电极消耗 ，而且 造成电极 孔 周围 的温度 降低 ， 从而 在 一 定 程 度上 抑 制 了 高温熔 损 。 如果 未 采用 该措施 将加 剧 电极 孔 损毁（主要表现为扩孔）。,G 可更换水冷圈的漏水影响,可 更 换 水 冷 圈 在 很 多 钢 厂 都 存 在 漏 水 现 象 。 漏 水 时 ，水迅速 被 气 化 并 随 烟 气抽出 ， 对 小 炉 盖 影响 不 大 。 但 是漏 水 严 重 时有可 能 导致 钢水 大 喷 或炉 子爆炸事故 ，为 预防该事 故 发生， 往往提前 将 水 冷 圈换下焊 接。 与 此 同 时小 炉 盖 随 之 被 吊下 。

7、 重 新焊 接 好 后 再 一起 吊 上 使 用， 此时工 作 面 变 质 层遭 受 到 严重 的 急 冷 急 热，将 导致 小 炉 盖寿命 大 幅 度 降低 。 特别 是 一 个 小 炉 盖在 使用 过程 中 遭遇水 冷 圈频繁漏 水、 频繁焊 接后 循 环 使用 遭 到的 损 毁尤甚 。有时 见 小 炉 盖在冷 却状态下 开 裂 严重 或 衬 体 较 薄 时 ，使用 者 便 将 之 翻掉 ， 人 为 地限 制 了 小 炉 盖 的使用 寿 命 。 因此 ， 杜绝 可 更换水 冷圈漏 水是钢 厂的首 要任务 。,水冷预制炉盖,H 炉盖结构影响,平 顶 结 构 炉 盖在 自 重 作 用 下 ，

8、因 电 极 孔 之间的 筋开 裂， 在无 外 力 支撑 的 条件下易 造成松动、 蹋 落 ， 甚 至 3 个 电极 孔 连成 1 个 大 孔（ 主要由蹋 落造成） ，最终 导致使用者 更换炉 盖 。如果 是 拱顶 结构 ，即 使 有 裂 缝也会 在炉盖 自 重作用 下 将裂 缝挤紧， 不 会 造成 松 动，可延 续炉盖的 寿命。 因此 ，拱 顶 结构的炉盖在使用 效 果上要 比 平顶结构好。,I 造泡沫渣技术水平,电 炉 冶 炼 后 期 ， 需 要 造 泡 沫 渣 。 泡沫 渣 覆 盖,在 钢水表 面，将电极弧 光 埋住 ，不 但提 高热 效率，而 且 弧光 外露较少 ， 对 小 炉 盖工 作

9、面的熔 损作用小 。造泡沫渣 有两种 方 法 ， 一 种 是利用钢水中 含有 较 多量 的碳 ，在 氧化 气 氛下， 可自动 形 成一 氧化 碳 穿过 炉渣 形成 泡沫 渣 ； 另 外 一种方 法 利用的较 普遍， 在炉 门口利用 碳 氧 枪 喷 吹碳粉 和氧气 ，生成 一氧化碳 穿过炉渣 形 成 泡沫 渣，同 时 也可 以人工 补加 碳粉 造渣。 可 见 泡沫渣造的好 坏对小 炉盖 的使用 也有 一定影响。,第二节 水冷炉壁,22,为 强 化 冶炼，缩短冶炼 时间，提高效 益，许多钢厂采用氧燃助 熔技术。氧燃助熔的喷嘴 ，可安 装在炉 门、炉壁或炉盖上。主要采用氧油、氧煤喷吹 技术。水冷炉

10、壁主要采用铸铁或锅炉钢 焊 接而成，附设有 挂渣钉 ，具有良好的 挂渣能力。水冷炉壁通过 挂 渣，可有效避免 电弧将之击穿导致漏水。水冷炉壁由若干块炉 壁块组成，与炉壳 内侧向 平齐， 确保每 个炉壁块 可垂直向上吊出 炉 壳。使用水冷炉 壁的好 处是耐火材料和电极消耗下降，炉料有 效 容积扩大；电炉维修工 作量和 停炉时 间相应减少，水 冷内壁不 需修理，作业率提 高。,第三节 电炉侧墙用耐火材料,第23页,电炉 侧墙的结构 一般可 分为保温层和工作层两个 部 分。保温层用石棉板和 粘土砖砌筑。电炉侧墙的 寿命主要决定于局部损坏。炉墙下部渣线长时间处于 高温炉渣的浸泡之中，炉渣的物理渗透 和

11、化学侵蚀 都是非常严重的，通过 流动的熔渣和钢水的冲刷 ， 往往造成深深的 凹槽， 导致渣线超前蚀损。此外 ，炉墙各部位的温度分布也是不均匀的， 其中的“ 热 点”区域的温度最高，该处炉衬损毁最快。而且 ，三个热点部位的 损毁程 度也不一样，尤以2号电极附近的炉 墙，特别 是该 部位的渣线处 蚀损最严重，常常 成为停炉的主要原因。,普通功率侧墙用耐火材料,不带 水 冷 炉 壁 的电炉 侧墙 ， 一般 采用 MgO C 砖砌筑 。热 点 区 域 和渣 线 部位是 使用 条件 最 苛刻 的 部位 ， 不 仅 受 到钢水和炉渣的 严重 侵蚀 和 冲刷 以 及 加入 废 钢 时 的 机 械 撞 击 ，

12、 而 且 还 受 到 温 度 高 达 4000 的电极弧 光 的热 辐射 。热 点 和渣 线 用 镁 碳 砖 的 性 能见 上 表。,UHP 电炉侧墙用耐火材料,超高功率电炉 侧墙 几乎 都 是 使用 MgO C 砖砌筑 ， 其 热 点 区 域 和渣 线部位 则 使用 性 能 突 出 的 MgO C 砖砌筑 ， 尤 以 全 碳 基 质 MgO C 砖 更 适 合这 些 部 位 的 使 用 条 件 ， 能 大 幅 度 地 提 高 其 使 用 寿 命 。 对 于 采 用 EBT 出 钢的 超 高 功 率 电 炉 ， 其 水 冷面 积 已 达 到 70 ， 从 而 大 幅 度 降 低 耐 火 材 料

13、 的使用 量 。 现 代水 冷 技术 需 要高 导 热 性 能 MgO C 砖 。 UHP 电炉用 MgO C砖 最 新 发 展 技术 是 以 高 纯 电 熔 镁 砂 和 鳞片 状 石 墨 作 原 料 ， 以 酚 醛树 脂 作结 合 剂 ， 经 配 料 、 混 合后 在 高 压 下 成 型， 采 用 高温 烧 成 后 再 浸 渍沥 青 ，生产 所 谓 烧 成 沥青 浸 渍 MgO C 砖 。 通 常 将 MgO C 砖 埋 入 碳 中 或 者 在 还原 气 氛 中 直 接 烧 成 ， 烧 成 温 度 在 8001500 。 对 于 含 石 墨 耐 火 材 料 的 烧成， 日本还 提 出 另 一

14、 种 烧 成方 法 ， 即 在 含 石 墨 耐火材 料 表 面 涂敷 由 5070 玻 璃 粉 、 1530 长 石粉 以 及 1020 金 属 硅 粉 的 混 合 物 加 硅 溶 胶 作 结合 剂 制 成 的 泥浆 ， 待 干 燥 后 ， 在 氧 化 气 氛 下 进 行 高温 烧 成 ， 从 而 制 得 性能 优 异 的 含 石 墨 耐火材 料。 侧墙 工 作 层 厚 度 与 电炉 容 量 有 关 ， 一般 在200450mm左右 ，其 永久衬 厚度在 100mm 左右 。,电炉用镁碳砖理化指标,电炉用镁碳砖理化指标,第四节 电炉炉底用耐火材料,绝 热 层永久 层工 作 层,电炉 底 干式捣

15、打料施工方法,A 绝热层用耐火材料,绝 热 层 是 炉 底 最 下层 ， 其 作用 是降低 电炉的热 损 失 ， 并 保 证 降低 熔 池上 下 钢 液 的温度 差 。 通 常 是在 炉 壳 上先铺 一 层 石棉板 ， 再 铺 硅 藻 土粉 ， 其上面 平 砌 一 层绝热 砖。,B 永久层用耐火材料,在 绝 热 层 之 上 是 永久 层 ， 其 作 用 是 保 证 熔 池 的 坚 固 性 ，防 止 漏 钢 。 通 常 ， 永 久 层 用 MgO 为 9596 的 烧 成 镁 砖 砌筑 ， 镁 砖 先 用 磨 砖 机 修 整 ， 以 保 证 砌 砖 的 质 量 。 镁 砖 的 耐火 度 可 达

16、2000 以 上 ， 其 荷 重 软 化 开 始 温度， 一般 镁 砖在15201600 之 间 ， 而 高 纯 镁 砖 可 达 1800 。 201000 下镁 砖 的 线 膨胀 率 一般 为 1.21.4 ， 并 近 似 呈 线 性 。 镁 砖 的热 导 率 较 高 ， 在耐 火 制 品 中 仅 次 于 碳 砖 和 碳 化 硅 砖 ， 并 随温 度 的 升 高 而 降低 。 镁 砖 的 抗 热 震 性 较 差 ， 提 高 镁 砖 的 纯度 可 适 当提 高 抗 热 震 性 。 镁 砖 在 常 温 下 的 导 电率 很 低 ， 但在 高温 下如 1500 却 不可 忽视 ， 若 用 于 电炉炉 底 应 引 起 注意 。 普 通 镁 砖 的 烧 成 温 度 一 般 为 15001650 ， 高 纯 镁 砖的 烧 成 温 度 则 高 达 17001900 。 该 部 位 也 可 以 采 用 镁 碳砖砌筑 ，但比较少见。,