中小型礦熱電爐爐蓋選型及修復(fù)實踐

沈林明，鐘開虎

(中信大錳(欽州)新材料有限公司，廣西 欽州 535008)

礦熱電爐爐蓋使用周期的長短，對保證電爐持續(xù)性冶煉，提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量有直接的關(guān)系。礦熱電爐爐蓋的選型及維護對延長爐蓋的壽命至關(guān)重要。中信大錳(欽州)新材料有限公司(以下簡稱為：公司)為減少和杜絕礦熱爐爐蓋故障維修，提高爐蓋使用壽命，通過總結(jié)近幾年爐蓋選型和維護的工作經(jīng)驗［1-2］，對爐蓋進行了優(yōu)化，特別是采用自配的澆筑料對受損爐蓋進行修復(fù)，取得了較好的效果。

1 爐蓋的選擇對比

1.1 爐蓋優(yōu)缺點分析

圖1 框架式水冷蓋板結(jié)構(gòu)爐蓋

公司擁有4臺9 000 kV·A的礦熱電爐，2011年10月轉(zhuǎn)產(chǎn)硅錳合金冶煉之前，礦熱電爐爐蓋采用框架式水冷蓋板結(jié)構(gòu)(如圖1)，這種結(jié)構(gòu)的爐蓋便于現(xiàn)場安裝，制作成本相對較低;但在使用和維修中也存在以下不足：a結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，一般采用普通Q235鋼板進行切割拼焊，整個爐蓋由多個扇形水箱結(jié)構(gòu)組合而成，水箱內(nèi)含有多層隔板，隔板間空間狹窄，焊接點和焊縫多，極易虛焊、漏焊，當(dāng)內(nèi)部隔板脫焊時就會形成進水腔和回水腔串通現(xiàn)象，造成爐蓋內(nèi)部冷卻效果不佳;b該爐蓋內(nèi)部有大量隔板形成的小室，水流阻力大，對循環(huán)冷卻水的進水壓力和水質(zhì)的要求相對比較高;c對工藝要求較為苛刻，一旦因工藝波動造成爐況不正常，爐膛內(nèi)刺火、翻渣、塌料嚴重時，爐蓋因局部受熱不均勻，爐蓋局部區(qū)域?qū)⒊霈F(xiàn)水沸現(xiàn)象，當(dāng)內(nèi)部水汽壓力遠大于進水壓力時，極易造成爐蓋表面焊縫滲水，嚴重時會導(dǎo)致整個爐蓋炸裂。

經(jīng)2004－2011年的生產(chǎn)實踐和設(shè)備維修記錄統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，框架式水冷蓋板結(jié)構(gòu)式爐蓋通常在正常冶煉1年后，便會出現(xiàn)嚴重的滲水、漏水現(xiàn)象，欽州公司每年因爐蓋故障導(dǎo)致熱停爐24次/臺，增大了檢修工作量，因爐蓋故障造成緊急熱停爐，給公司造成了很大的經(jīng)濟損失(見表1)。

表1 單臺礦熱爐爐蓋故障維修時間對比

1.2 硅錳礦熱爐爐蓋的選擇

圖2 水冷管式耐火澆注爐蓋

針對框架式水冷蓋板結(jié)構(gòu)爐蓋存在的問題，公司在轉(zhuǎn)產(chǎn)硅錳合金時，對礦熱電爐進行了技術(shù)改造。經(jīng)過分析，決定硅錳電爐采用水冷管式耐火澆注爐蓋(見圖2)。澆注式爐蓋為密管鋼筋耐火澆筑混凝土式水冷結(jié)構(gòu)，水冷爐蓋所有管架之間采用鋼筋網(wǎng)聯(lián)接，采用耐火材料澆注成整體。改進后的新爐蓋內(nèi)部無隔板和焊縫，具有水循環(huán)阻力小、冷卻均勻、冷卻效果好等優(yōu)點，經(jīng)4年的運行，解決了困擾多年來因爐蓋故障導(dǎo)致設(shè)備熱停爐的難題，大大提高了電爐的運行效率。

雖然澆筑式水冷爐蓋有諸多優(yōu)點，但也會受施工質(zhì)量、冶煉時間等因素影響，尤其是爐蓋下部受到爐膛內(nèi)高溫、火焰灼燒、振動時，局部出現(xiàn)耐火澆筑料開裂、塌落等損傷，嚴重時，澆筑料內(nèi)部的水冷管、支撐鋼網(wǎng)等出現(xiàn)裸露。剛開始時主要靠人工混合耐火材料，加水拌勻后直接對損壞脫落面抹平修補，但常出現(xiàn)新舊料不能有效結(jié)合，產(chǎn)生開裂且極易脫落的現(xiàn)象，而破除爐蓋耐火砼，重新澆注的工作量大，且投入成本高。經(jīng)過幾年對耐火澆注料配比和修補方法的摸索，總結(jié)出比較實用的爐蓋修復(fù)方案，實踐證明修復(fù)效果很好，有效提高了爐蓋的整體使用壽命。

2 爐蓋修復(fù)方案

水冷管式耐火澆注爐蓋的修復(fù)，要做好破損面處理、材料準備以及施工、保養(yǎng)等幾個方面的工作，才能確保破損處修復(fù)可靠、耐用。

2.1 爐蓋破損面預(yù)處理

爐蓋底面中心高溫區(qū)以及水冷管處，由于受到火焰燒灼、水冷管冷熱變化等因素影響，耐火砼最易開裂、脫落，損壞嚴重時，水冷管、鋼筋網(wǎng)支架出現(xiàn)裸露。在修復(fù)爐蓋前，應(yīng)根據(jù)爐蓋受損情況，確定好修復(fù)位置并標記，標示出水冷管的位置，用電錘或風(fēng)鎬從爐蓋上部進行破碎清除，注意不要損傷爐蓋內(nèi)部的水冷管，同時注意坡口寬度不宜過寬，含水冷管路在內(nèi)的總體寬度一般不宜超過300 mm。為保證修補后的破損處有足夠的支撐強度，上下貫通的破除處，上部比下部坡口略寬;然后對損壞的鋼筋網(wǎng)進行修補，三根電極中心區(qū)域要采用φ 6～8 mm的不銹鋼網(wǎng)，離電極中心區(qū)較遠的區(qū)域采用普通鋼筋修補，為增加澆筑料與水冷管路的附著力，水冷管外壁應(yīng)加焊彎曲成波浪形的鋼筋;修補好鋼筋網(wǎng)后，即可對爐蓋待修復(fù)部位制作模板。

2.2 澆筑料的配比及制作

修復(fù)爐蓋用耐火材料主要有高鋁粉、高鋁細骨料、高鋁粗骨料和粘結(jié)劑，粘結(jié)劑是CA－50高鋁(鋁酸鹽)水泥、工業(yè)用濃磷酸和水。筑爐用高鋁粉和骨料有大小和質(zhì)量的要求，需要修復(fù)的容量越大，對顆粒要求就越高。顆粒要大小均勻，不能偏差太大，粗、細骨料的挑選要保證干凈無任何雜物。經(jīng)多次試樣澆注，優(yōu)先選擇110℃烘干后體積密度≥2.6 g/cm3以上的為宜。

表2 修復(fù)爐蓋用原材料及規(guī)格

將工業(yè)用濃磷酸加水配制成5%～10%的磷酸。按CA－50高鋁(鋁酸鹽)水泥20%、高鋁粉15%、高鋁細骨料25%(粒徑3～5 mm)、高鋁粗骨料40%(粒徑5～15 mm)的比例要求將磷酸均勻加入修復(fù)爐蓋材料內(nèi)，充分攪拌均勻，用人工或?qū)Ｓ没熘圃O(shè)備(混砂機)混制，反復(fù)攪拌均勻。

2.3 爐蓋修復(fù)和保養(yǎng)

公司的礦熱電爐爐蓋厚300 mm，修復(fù)前應(yīng)先用水淋濕需修復(fù)部位然后澆筑。用振動棒對修復(fù)區(qū)域較大部分進行夯實的過程中需用力均勻，以免造成密度不均。當(dāng)作業(yè)面積較窄不利于機器作業(yè)時，采用人工打結(jié)，但應(yīng)注意分2～3次填料，防止密度分布不均使烘烤與燒結(jié)后耐火砼內(nèi)部不致密。人工打結(jié)的填料厚度每次不超過150 mm。

修復(fù)處保養(yǎng)的好壞將影響爐蓋的使用壽命。澆筑后的第1天需間隔2 h對其淋水1次，第2天間隔4 h，第3天間隔6 h，第4天間隔8 h，4 d保養(yǎng)期過后可不必再進行保養(yǎng)。爐蓋從修復(fù)到投入正常使用，一般時間間隔為15 d以上，所以選擇電爐大修、中修或技改的時間段進行。在爐蓋投入使用前期，采用低檔位、低電流進行冶煉(負荷控制在150 A以內(nèi))，確保爐蓋有個緩慢的升溫過程，可延長爐蓋使用時間。

欽州公司4臺礦熱電爐在近4年的運行中，已多次采用此方法進行爐蓋的修復(fù)，修復(fù)處的強度與使用效果，基本達到與新爐蓋一致。由于修復(fù)方法簡捷方便，現(xiàn)在均由公司員工自行施工，給企業(yè)創(chuàng)造了較好的效益。

3 結(jié)語

矮煙罩半封閉礦熱電爐具有造價少、勞動條件好、入爐原料要求不嚴格等優(yōu)點，目前在鐵合金生產(chǎn)企業(yè)中仍然占據(jù)著較大的份額，因此，做好矮煙罩半封閉礦熱電爐爐蓋維護工作，延長整體澆筑式爐蓋的使用壽命，在保證礦熱電爐有效作業(yè)時間，創(chuàng)造企業(yè)效益方面仍然具有現(xiàn)實意義。

［1］曾正明.機械工程材料手冊［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2003.

［2］王維.電爐煉鋼問答［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.