淺談中頻爐爐齡的提高

張廣賀

（廣益礦產(chǎn)集團有限公司，遼寧 營口 115000）

爐齡也稱爐襯壽命，是指中頻爐爐襯從投入使用到更換新爐襯止，一個爐役期間所煉鋼的總爐數(shù)。是衡量中頻爐生產(chǎn)水平的一項綜合性指標。因此，爐齡的高低不僅代表著技術(shù)裝備、工藝操作、生產(chǎn)管理等水平，也決定著中頻爐的生產(chǎn)率、生產(chǎn)成本的高低。本文以中頻爐常用的鎂質(zhì)爐襯材料為例，談?wù)勅绾翁岣哝V質(zhì)爐襯的使用壽命。

1 爐襯材質(zhì)

在電弧的作用下爐襯不同部位的內(nèi)表溫度可達到1500℃～1800℃，這就要求爐襯材料應(yīng)有足夠的耐火度和荷重軟化點。在煉鋼過程中，爐渣、煙塵在高溫下通過爐襯的孔隙向其內(nèi)部滲透，使耐火材料熔損、發(fā)生組織分層、引起剝落，這就要求爐襯材料應(yīng)有較強的抗渣性。開啟爐門、提升爐蓋等會使爐襯用耐火材料的溫度發(fā)生聚變而產(chǎn)生剝落、崩裂，使爐襯過早損壞，這就要求爐襯材料應(yīng)有較好的抗熱震性。在電爐裝料時、爐襯受沖擊，傾動時受震動，沸騰時受金屬、熔渣和氣流的沖刷，這就要求爐襯材料應(yīng)有足夠的強度。同時，還要求爐襯材料具有熱導率小、電導率低，這樣才能保證爐內(nèi)鋼水溫度的恒定，節(jié)約能源，提高熱效率。

由此可見，爐襯耐火材料的損壞機理，與耐火材料的化學成分、礦物結(jié)構(gòu)、粒度、配比、煉鋼工藝過程等復(fù)雜的因素有關(guān)。

1.1 鎂質(zhì)爐襯材料的特點

鎂質(zhì)爐襯材料是中頻爐常用的一種堿性爐襯材料，鎂質(zhì)爐襯材料具有五大特性：

1）足夠的耐火度和荷重軟化點；

2）較強的抗渣性；

3）較好的抗熱震性；

4）足夠的強度；

5）熱導率小，電導率低。

鎂質(zhì)爐襯材料是采用天然菱鎂礦經(jīng)高溫煅燒、破碎、在通過合理的粒度級配、添加適當?shù)幕瘜W材料制備而得。

爐襯材料的質(zhì)量、粒度、配比等因素對爐襯的使用壽命影響很大。因此要求鎂砂的MgO含量必須大于88%，CaO含量必須小于4%，SiO2含量必須小于4%，耐火度必須大于1900℃，灼減必須小于0.6%。

1.2 鎂質(zhì)爐襯材料的使用

通常冶煉普通鋼采用重燒鎂砂。冶煉高錳鋼等堿性鋼種采用重燒鎂砂、或重燒鎂砂加中檔鎂砂、或重燒鎂砂加高純鎂砂，也有直接采用中檔鎂砂或高純鎂砂的。冶煉不銹鋼則采用電熔鎂砂。而在實際使用過程中，大部分使用單位只是將購進的鎂砂（重燒鎂砂、中檔鎂砂、高純鎂砂或電熔鎂砂，或二種、或二種以上的鎂砂）簡單進行級配，在加入1.5%～2.5%的硼酸就打結(jié)爐襯進行使用。這種做法直接導致爐襯在燒結(jié)過程中只能形成10mm～20mm厚的燒結(jié)層，使鎂砂顆粒加速產(chǎn)生熱裂，使燒結(jié)層迸裂傾向加大，導致爐襯開裂而使爐襯報廢，使鎂質(zhì)爐襯材料的使用壽命大打折扣。

粒度級配、臨界顆粒則依據(jù)爐子的大小、冶煉的鋼種、使用環(huán)境、鋼（鐵）液中的有害元素的多少、供電系統(tǒng)所供電流的大小來決定的。

通常2t左右的爐子臨界顆粒采用5mm。

2 提高爐齡的措施

2.1 爐襯絕緣層的改進

爐襯與感應(yīng)圈之間的絕緣層、隔熱層，一般用5mm石棉板來隔開感應(yīng)圈和耐火坩堝，以保證爐襯有良好的絕緣與隔熱性能。但在烘烤燒結(jié)過程中，爐襯材料及化工材料中的水分很難排出，往往造成爐襯絕緣性能下降及烘爐時間延長。經(jīng)研究與實踐，采用在石棉板上鉆φ2mm～φ4mm的小孔，這樣既能加快爐襯材料及化工材料中水分的及時排出，又能很好地固定散狀爐襯材料。

還有的采用石棉布來隔開感應(yīng)圈和耐火坩堝，這種做法既省時又省力，但必須做到嚴密緊實。最好采用彈簧圈上下繃緊。

爐體修砌時應(yīng)留有足夠的膨脹縫，一般膨脹縫的厚度為12mm～15mm。

2.2 爐襯的打結(jié)

這里講的是干法打結(jié)爐襯。爐襯打結(jié)質(zhì)量好壞直接關(guān)系到燒結(jié)質(zhì)量。打結(jié)時砂粒粒度分布均勻不會產(chǎn)生偏析，打結(jié)后的砂層致密度高（搗實密度應(yīng)大于 2.2g/m3、 燒后耐壓強度應(yīng)達到 12.5 MPa），燒結(jié)后產(chǎn)生裂紋的機率下降，有利于提高爐襯的使用壽命。反之，由于爐襯打結(jié)的致密度不夠，易產(chǎn)生爐襯燒結(jié)不好易酥松、易穿鐵穿爐、使鎂砂顆粒加速產(chǎn)生熱裂、使燒結(jié)層迸裂傾向加大，直至導致爐襯開裂而使爐襯報廢。

2.2.1 打結(jié)爐底

在作好絕緣層、隔熱層后，將爐襯材料分批加入搗制。

為防止打結(jié)密度不均，烘烤與燒結(jié)后的爐襯不致密。因此，必須嚴格控制加料厚度。同時，打結(jié)時用力一定要均勻，以免造成密度不均。

首次加入約爐底厚的25%爐襯材料，搗實。二次加入約爐底厚的33%的爐襯材料，搗實。三次加入約爐底厚的42%的爐襯材料，搗實。爐底搗實后將表面浮層料清除，保證厚度即可（上述數(shù)據(jù)采自KYPS-150感應(yīng)電爐打結(jié)爐底的實際數(shù)據(jù)）。

也可根據(jù)爐子的大小及爐底的厚度分多次加料。但布料一定要均勻，打結(jié)一定要致密。

爐底打結(jié)達到所需高度時刮平，即可放置坩堝模。準備打結(jié)爐壁。

2.2.2 打結(jié)爐壁

放置坩堝模應(yīng)注意保證坩堝模與感應(yīng)圈同心，上下調(diào)整垂直，坩堝模盡量與所筑爐底緊密結(jié)合，調(diào)整周邊間隙相等后用定位塊固定，中間吊重物壓上，避免爐壁打結(jié)時坩堝模產(chǎn)生位移。

爐壁厚度一般為110mm～120mm，分批加入打結(jié)料，布料一定要均勻，每次填料厚度不大于60mm。打結(jié)一定要致密。搗實后用打爐鋼釬檢驗，直到與感應(yīng)圈上沿平齊。（這里表述的是2t中頻爐的爐壁厚度及每次填料厚度）。

爐壁最上層材料加入3%～4%的水玻璃。搗好后準備修爐領(lǐng)和爐嘴。

這時用澆花用的噴霧器注滿清水，均勻地在爐底和爐壁噴上一層薄薄的水霧，可促使爐襯材料與化工材料較好的結(jié)合，增強爐襯的表面強度。

打結(jié)好爐底、爐壁后，也可不取出坩堝模，在烘干和燒結(jié)時坩堝模起感應(yīng)加熱作用。

2.2.3 打結(jié)爐領(lǐng)、爐嘴

將爐襯材料沿爐壁搗實，修出爐領(lǐng)和爐嘴，用氣針在上面扎出氣孔，以便烘干時排氣。為加強表面強度，可在上面涂一層水玻璃。

爐領(lǐng)、爐嘴打結(jié)好，也可在爐膛內(nèi)放置高度大于爐膛的爐料，準備烘烤與燒結(jié)爐襯。

2.3 爐襯的烘烤與燒結(jié)

烘爐的主要目的是獲得較為理想的燒結(jié)層，燒結(jié)層的好與壞直接影響到爐襯的使用壽命。因此烘爐是延長爐齡的一個十分重要的環(huán)節(jié)。

爐襯的烘烤與燒結(jié)分為三個階段：烘烤階段、半燒結(jié)階段、完全燒結(jié)階段。

爐襯的烘烤與燒結(jié)的總體要求是低溫緩慢烘烤，高溫滿爐燒結(jié)。燒結(jié)好的爐襯要求燒結(jié)層占爐襯總厚度的30%。

2.3.1 烘烤階段

分別以25℃/h、50℃/h的速度將坩堝模加熱至600℃，保溫4 h。目的是徹底排除爐襯中的水分。

2.3.2 半燒結(jié)階段

以50℃/h升溫至900℃/h，保溫3 h；以100℃/h升溫至1200℃/h，保溫3 h。必須控制升溫速度，防止產(chǎn)生裂紋。

2.3.3 完全燒結(jié)階段

高溫燒結(jié)時，坩堝的燒結(jié)結(jié)構(gòu)是提高其使用壽命的基礎(chǔ)。燒結(jié)溫度不同，燒結(jié)層的厚度也不同。由于燒結(jié)層不足，其使用壽命明顯降低。

燒結(jié)好的爐襯要求燒結(jié)層占爐襯總厚度的30%。

除了按照上述工藝筑爐以外，還要保證熔煉過程中的正確操作。

在熔煉第一爐鋼時，應(yīng)使用干凈無銹的回爐料，以減少熔渣。緩慢加料，應(yīng)料少批多，隨熔隨加并扒清爐渣；熔煉初期采用低功率熔煉；每天熔煉完畢后倒空爐內(nèi)的鋼液，密封爐蓋使其緩冷。

2.4 優(yōu)化煉鋼工藝

煉鋼過程的工藝操作，對爐襯的使用壽命也影響很大。為此，除改進爐襯材質(zhì)、修砌方法外，在工藝操作上也應(yīng)采取措施優(yōu)化煉鋼工藝。

2.4.1 優(yōu)化爐料結(jié)構(gòu)

原材料是煉鋼的基礎(chǔ)，其質(zhì)量好壞除直接影響煉鋼工藝和鋼的質(zhì)量外，還對爐齡有很大影響。

廢鋼、鐵成分對爐襯耐火材料壽命有顯著影響，特別是硫的含量。

為減少鋼水對爐襯的影響，針對爐容量較小、出鋼量小且頻繁，鋼水的溫度、化學成分波動大，尤其是鋼水中的[S]、[P]、[Si]等含量高的問題，在配料的過程中采取依[S]含量的高低搭配使用廢鋼、鐵；為保證低硫鋼的生產(chǎn)，使用內(nèi)部回收的低[S]廢鋼、廢鋼中調(diào)錳鐵、出鋼過程中加脫硫劑等方法，減少爐子脫[S]壓力，避免了高溫脫硫造成的爐襯加快侵蝕。

提高爐渣堿度和渣中MgO含量，降低渣中FeO含量，有利降低爐渣對耐火材料的侵蝕。因此，在使用造渣劑時應(yīng)注重選擇高氧化鎂的材料，合理配置渣料結(jié)構(gòu)，加快成渣速度，縮短冶煉時間，降低渣中的氧化鐵含量。

提高氧化鎂含量及粘度，既有利減少對爐襯的侵蝕，有利于提高集渣效果。

2.4.2 規(guī)范裝入制度

由于廢鋼種類較多，（諸如：生鐵塊、改性生鐵、渣鋼、渣鐵、內(nèi)部回收廢鋼鐵、外購廢鋼鐵等等。）爐料的體積和單重相差很大，加之廢鋼場地有限和生產(chǎn)節(jié)奏快。工人難以做到合理搭配，致使渣量波動較大，溫度很不穩(wěn)定，故各工廠應(yīng)根據(jù)爐子的大小、廢鋼的實際情況與廢鋼堆放場地的實際，同時為防止裝入過多或過少造成渣量波動大，來規(guī)范裝入制度：既廢鋼塊的塊度與單重。

2.4.3 積極認真開展溫降工作

據(jù)資料顯示，耐火材料高溫熔解、高溫熔液滲透、高溫下氣相揮發(fā)是爐襯損壞的主要原因。煉鋼過程、終點溫度過高將導致耐材損壞加快，特別是當終點溫度在1700℃以上，每提高10℃爐襯耐材的侵蝕速率都會成倍增加。

因此，通過強化爐襯的打結(jié)密度、確保爐襯的烘烤與燒結(jié)、優(yōu)化爐料的結(jié)構(gòu)、爐口加蓋、加快鋼包烘烤、縮短冶煉時間等方面的工作，使平均出鋼溫度下降10℃，就將有利地提高爐襯的使用壽命。

2.5 規(guī)范用爐制度

爐子使用過程中的各種工藝對爐襯的使用壽命也相當重要。操作不當將嚴重影響爐襯的使用壽命。尤其是新爐燒結(jié)層較薄，因此新爐的使用工藝更為重要。

1）新爐出水的第一爐應(yīng)出50%既加料熔化。這樣可以避免全部出水后加料導致爐襯聚冷出現(xiàn)裂紋等缺陷。

2）新爐應(yīng)盡可能的連續(xù)熔煉，避免間斷熔煉造成的聚冷聚熱帶來的裂紋。

3）下料時嚴禁強烈沖擊爐底和爐壁。否則，會產(chǎn)生爐襯剝落、裂紋。

4）嚴禁出現(xiàn)爐料“架橋”。

由于爐料出現(xiàn)“架橋”，將導致爐襯出現(xiàn)局部高溫甚至超過爐襯的耐火度，從而導致爐襯熔融而蝕損。

5）嚴格控制熔煉溫度。

眾所周知，中頻爐升溫速度相當快。因此，熔化溫度太高，將導致爐襯過熱而熔融蝕損。

6）由于鎂質(zhì)耐火材料的特性在爐冷時爐襯會出現(xiàn)細小裂紋。因此，冷爐啟動時，應(yīng)先低溫烘爐，再進行融化，從而使裂紋先彌合，避免鋼（鐵）液滲入裂紋使裂紋進一步擴展。

7）在使用過程中，由于故障等原因需要長時間停爐，應(yīng)將爐內(nèi)的鋼（鐵）液倒空，避免鋼（鐵）水冷凝拉裂爐襯而使爐襯損壞；當無法倒清鋼 （鐵）水時，且鋼（鐵）水已冷凝，在無法判斷爐襯是否完好時，為安全起見應(yīng)拆爐。

8）在停爐冷卻時，為了避免爐襯聚冷，應(yīng)空爐冷卻，同時為避免爐襯在冷卻過程中上下溫差過大而產(chǎn)生裂紋，應(yīng)蓋爐蓋。使爐襯在冷卻時上下均勻，從而保證爐襯的使用壽命。

2.6 爐襯的維護

中頻爐爐齡受多種因素影響。其中爐襯的維護是重要的環(huán)節(jié)之一?？茖W有效的維護方法對提高爐齡起著至關(guān)重要的作用。

爐襯使用到了中后期就應(yīng)及時修補。但許多廠家往往忽略了這一點。

修補爐襯的要點：

1）先將損壞部位的爐渣清理干凈，將裂口擴大成60°的缺口，用濃硼酸刷一下，再撒上少許干硼酸粉；然后將拌勻的爐襯材料（外加化工材料）添于該處，用木槌打緊，并將表面抹光。

2）如爐底出現(xiàn)凹坑，修補時應(yīng)首先鏟除凹坑處的爐渣，將爐襯材料添人凹坑內(nèi)，其厚度比周圍爐襯高出20mm～30mm，用平錘打結(jié)緊實，打?qū)嵑笤俟蔚舳嘤嗟臓t襯材料。然后用比較平整的爐料壓上，再加其他爐料，用220V電壓送電。

3）修補因侵蝕而變薄的爐襯時，應(yīng)先將已被鋼液或爐渣滲入的燒結(jié)層剝掉，然后放入金屬模，再其周圍空隙填入爐襯材料，打結(jié)后通電烘烤燒結(jié)。

3 結(jié) 語

1）爐襯耐火材質(zhì)的提高是基礎(chǔ)，爐襯的打結(jié)致密、優(yōu)化煉鋼系統(tǒng)、降低煉鋼溫度、及時補爐等是提高爐齡的關(guān)鍵。

2）合理使用適當量的結(jié)合劑、黏結(jié)劑、添加劑也將提高爐襯的整體質(zhì)量。如：在鎂質(zhì)爐襯材料中添加一定比例的高鋁質(zhì)材料，使其在高溫作用下生成鎂鋁尖晶石相，也有利于提高爐襯的使用壽命。

3）提高爐齡可以降低生產(chǎn)成本、增加產(chǎn)量、降低工人的勞動強度。同時也對生產(chǎn)、技術(shù)、管理起到帶動和促進作用。