【摘要】 本文簡(jiǎn)要介紹了傳統(tǒng)電弧爐爐蓋在生產(chǎn)中存在的主要問(wèn)題，總結(jié)了在5t 電弧爐上應(yīng)用和改進(jìn)局部水冷爐蓋技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)，說(shuō)明了應(yīng)用該技術(shù)所取得的明顯效果。
    我廠是高錳鋼轍叉鑄件專業(yè)定點(diǎn)生產(chǎn)廠之一，年產(chǎn)量5000 余t，使用一臺(tái)5t 電弧爐一班制生產(chǎn)，全年煉鋼共800 爐左右。
    由于地處東北，受氣候條件限制，所有鑄件生產(chǎn)通常必須在每年的3 ～11 月份完成，這就要求在有效的工作時(shí)間內(nèi)不得停爐。而保證電爐正常運(yùn)行的條件之一就是保持爐襯狀況良好。爐蓋是爐襯的一個(gè)重要組成部分，其工作條件十分惡劣，保證爐蓋的正常工作狀態(tài)是確保電爐正常運(yùn)行的關(guān)鍵之一。因此，我們?cè)跔t蓋的應(yīng)用和改進(jìn)上進(jìn)行了不斷試驗(yàn)，重點(diǎn)是在應(yīng)用水冷爐蓋芯方面研究摸索出了較成功的經(jīng)驗(yàn)，并在生產(chǎn)實(shí)踐中取得了良好的效果。
一、改進(jìn)前的應(yīng)用現(xiàn)狀
    爐蓋在冶煉過(guò)程中長(zhǎng)時(shí)間處于高溫狀態(tài)，尤其是還原期，由于爐渣的反射，爐蓋溫度最高可達(dá)1800 ℃。爐蓋還經(jīng)常受到急冷、急熱的作用，出鋼后爐蓋溫度急劇下降到1000 ℃以下，有時(shí)待料、裝料時(shí)間較長(zhǎng)，溫度下降更多，很容易使?fàn)t蓋產(chǎn)生開(kāi)裂和剝落。另外，冶煉過(guò)程中爐蓋還受到高溫爐氣、爐渣及煙塵等侵蝕和沖刷。此外，還有爐蓋提升、下降和爐子傾動(dòng)，以及熔池沸騰時(shí)的機(jī)械振動(dòng)等，均易使?fàn)t蓋產(chǎn)生故障，降低其使用壽命，影響電爐的正常運(yùn)行。
    為了延長(zhǎng)爐蓋的使用壽命，我們?cè)扇「倪M(jìn)砌筑爐蓋用的耐火材料，提高砌筑質(zhì)量，縮小磚與磚之間的縫隙，以及提高爐蓋的拱度( 即增加爐蓋中央到熔池的距離) 等措施，但效果都不太大，依然經(jīng)常發(fā)生爐蓋掉磚、頻繁更換爐蓋等問(wèn)題。爐蓋磚掉進(jìn)熔池后會(huì)嚴(yán)重影響造渣操作；更換爐蓋既增加熱損失又降低生產(chǎn)效率，增加維修成本。據(jù)統(tǒng)計(jì)，改進(jìn)前平均每年造成的停爐時(shí)間約45h，影響煉鋼爐次15 爐，由此每年造成的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)30 萬(wàn)元以上。而由于爐蓋掉磚影響造渣而進(jìn)一步對(duì)鋼液熔煉質(zhì)量的危害更難以估算。
二、初步改進(jìn)
1.局部水冷爐蓋技術(shù)的應(yīng)用嘗試 
    在沒(méi)有更好的耐火材料和措施的情況下，如何提高爐蓋的使用壽命和生產(chǎn)效率，降低耐火材料消耗和電耗，提高鋼液質(zhì)量成為工廠急需解決的難題。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況，我們大膽嘗試了局部水冷爐蓋技術(shù)，即除了水冷爐蓋圈外，在爐蓋中心部分設(shè)置了水冷爐蓋芯，中間開(kāi)設(shè)3 個(gè)電極孔，使三根電極在其內(nèi)升降，爐蓋芯與爐蓋圈之間仍用高鋁耐火制品砌制。這種結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的耐火材料砌體相比，爐蓋的使用壽命雖然有提高，但效果并不是特別明顯。
2.存在的問(wèn)題及原因分析 
    初步改進(jìn)的水冷爐蓋投入使用一個(gè)階段后，我們發(fā)現(xiàn)每月都要發(fā)生幾次漏水現(xiàn)象，且產(chǎn)生變形，導(dǎo)致停爐補(bǔ)焊或更換(嚴(yán)重時(shí))，仍然在一定程度上影響了生產(chǎn)。尤其是冷卻水一旦進(jìn)入熔池，就會(huì)增加鋼中氣體含量，鑄件中的氣體會(huì)破壞金屬組織的連續(xù)性，將直接影響高錳鋼轍叉產(chǎn)品的力學(xué)性能和使用壽命。因此，必須在此基礎(chǔ)上做更進(jìn)一步的改進(jìn)。
經(jīng)筆者反復(fù)觀察研究，發(fā)現(xiàn)了漏水和變形的主要原因如下： 
    (1) 爐蓋芯的冷卻方式不合理，雖然按電極孔的位置將爐蓋芯分成3 個(gè)冷卻區(qū)域，但由于采用剛性或軟性連接將這3 個(gè)區(qū)域串聯(lián)起來(lái)，形成一進(jìn)一出的冷卻方式，一方面冷卻效果不理想，易使?fàn)t蓋變形；另一方面各接頭及管路在電極附近高溫區(qū)盤纏，很容易發(fā)生打火、開(kāi)裂直至漏水，見(jiàn)圖1 。
              
    (2) 焊接質(zhì)量較差，焊縫存在氣泡、夾雜、未焊透等缺陷，且安裝前進(jìn)行水壓試驗(yàn)時(shí)壓力偏小(0.7MPa)，保壓時(shí)間短( 5min)，有時(shí)甚至未經(jīng)水壓試驗(yàn)，存在泄漏隱患。 
    (3) 砌制爐蓋時(shí)，爐蓋芯與水冷爐蓋圈口以及電極與爐蓋芯孔平行度差，電極在下降過(guò)程中與水冷爐蓋芯接觸打火，造成漏水。 
    (4) 水冷爐蓋芯上不潔凈，積塵和氧化鐵皮( 粉)較多，既影響散熱又易引起打火，造成漏水。 
    (5) 制作爐蓋芯的鋼板厚度為10mm，剛度、強(qiáng)度均不足，造成變形。
三、改進(jìn)措施
1.改進(jìn)冷卻水循環(huán)方式 
    針對(duì)原來(lái)冷卻水一進(jìn)一出循環(huán)方式的弊病，將每個(gè)冷卻區(qū)域改為獨(dú)立冷卻循環(huán)系統(tǒng)，即將溫度最高處設(shè)為冷卻水進(jìn)水口，在該區(qū)域內(nèi)循環(huán)一周后單獨(dú)排出。改進(jìn)后的冷卻方式防止了爐蓋變形，且接頭遠(yuǎn)離導(dǎo)電橫臂和電極高溫區(qū)，避免了打火和漏水的發(fā)生。這種方式比原結(jié)構(gòu)多了兩個(gè)進(jìn)水管和兩個(gè)出水管，詳見(jiàn)圖2 。
2.配套措施 
    (1) 用14mm 厚鍋爐鋼板焊制爐蓋芯，嚴(yán)格按圖樣技術(shù)要求施工，加強(qiáng)焊接質(zhì)量并跟蹤檢查，確保焊接質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)。 
    (2) 砌制爐蓋前需嚴(yán)格對(duì)水冷爐蓋芯進(jìn)行水壓試驗(yàn)，壓力≥1MPa，時(shí)間≥60min。 
    (3) 用水平儀校正砌制爐蓋用的胎模，確保水冷爐蓋芯與爐蓋水冷圈口的平行度。 
              
    (4) 調(diào)整電極握持器橫臂和夾頭，確保電極垂直升降。 
    (5) 裝料時(shí)上部必須裝些小料以便穿井，使電弧盡快埋入料中，以免弧光使?fàn)t蓋局部過(guò)熱而損壞。 
    (6) 定期吹掃爐蓋上的積塵和氧化鐵皮( 粉) 。 
    (7) 及時(shí)清除循環(huán)水池內(nèi)的雜物，保持水質(zhì)潔凈，并在循環(huán)水進(jìn)水口增設(shè)過(guò)濾網(wǎng)。 
    (8) 限定爐蓋芯的使用次數(shù)，定期更換，即每280爐次后進(jìn)行更換。
四、應(yīng)用效果 
    通過(guò)在5t 電弧爐上安裝使用水冷爐蓋芯，并經(jīng)不斷的改進(jìn)完善，取得了良好的應(yīng)用效果，在高錳鋼轍叉鑄件生產(chǎn)中發(fā)揮了重要作用，給企業(yè)帶來(lái)了較好的經(jīng)濟(jì)效益。 
    (1) 大大減少了原爐蓋各種故障引起的停爐、維修及更換爐蓋的次數(shù)，每年可多煉鋼15 爐，多創(chuàng)效益30余萬(wàn)元，且為擴(kuò)大生產(chǎn)創(chuàng)造了較好的條件。 
    (2) 顯著降低了設(shè)備的維修成本，每年節(jié)省爐蓋耐火磚30 余t，同時(shí)大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。 
    (3) 可采用長(zhǎng)弧操作，每爐鋼縮短熔煉時(shí)間35min，每爐節(jié)電200kW·h，每年節(jié)電16 萬(wàn)kW·h。 
    (4) 因幾乎不發(fā)生漏水，鋼中外來(lái)氣體大大減少，操作中可方便地造出各種爐渣來(lái)滿足工藝要求，有效地提高了產(chǎn)品質(zhì)量。