100 t電爐水冷爐壁的改造

劉軍海 何慶兵 王江波

（安陽(yáng)鋼鐵股份有限公司）

0 引言

安鋼第一煉軋廠原電爐為1座100 t手指托架豎井式電弧爐（FSF），自1999年11月18日投產(chǎn)以來(lái)，達(dá)到了一系列先進(jìn)的冶煉指標(biāo)，獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。2008年以來(lái),受鋼材需求減少和廢鋼供應(yīng)不足等外界條件的影響，電爐冶煉成本居高不下，加之后期豎井系統(tǒng)故障較多，影響了電爐的正常運(yùn)行，遂于2008年8月停產(chǎn)。后來(lái)隨著短流程電爐煉鋼的優(yōu)勢(shì)愈發(fā)明顯，安鋼決定恢復(fù)第一煉軋廠電爐煉鋼生產(chǎn)，并對(duì)裝備技術(shù)進(jìn)行升級(jí)改造，優(yōu)化電爐生產(chǎn)工藝，同時(shí)進(jìn)一步提高節(jié)能、環(huán)保水平。100 t電爐復(fù)產(chǎn)改造工程于2017年10月25日正式投產(chǎn)，改造后的電爐爐型為傳統(tǒng)爐型，采用普萊克斯集束爐壁氧槍技術(shù)，設(shè)計(jì)年產(chǎn)能72萬(wàn)t/a。在投產(chǎn)后的前半年里，裝有集束氧槍的水冷爐壁（特別是11#水冷爐壁）經(jīng)常被燒漏水，嚴(yán)重制約了電爐的達(dá)產(chǎn)創(chuàng)效。通過(guò)對(duì)裝有集束氧槍的水冷爐壁的不斷改進(jìn)，提高了電爐水冷爐壁的使用壽命，為電爐穩(wěn)定生產(chǎn)提供了有力的設(shè)備保障。

1 設(shè)備概況

復(fù)產(chǎn)改造后的100 t電爐爐型為傳統(tǒng)爐型，爐殼分為上爐殼和下?tīng)t殼兩部分，為分體式爐殼。上爐殼由鋼管焊接的圓柱狀籠形框架、水冷爐壁和爐門(mén)裝置等組成。上爐殼籠型框架的圓周內(nèi)側(cè)掛有13塊水冷爐壁，其中在3#、6#、11#水冷爐壁上裝有集束氧槍。

上部爐殼水冷爐壁緊貼籠型框架圓周內(nèi)側(cè)布置（如圖1所示）。每塊水冷爐壁都是由無(wú)縫鋼管緊密盤(pán)繞而成的，管內(nèi)通水冷卻，上部掛在籠型框架的銷軸上，下部用銷軸和楔板固定在籠型框架上，可快速拆卸更換。每塊水冷爐壁的回水管路上均設(shè)有熱電阻溫度計(jì)（引線設(shè)安全保護(hù)）、安全閥 ，以實(shí)現(xiàn)對(duì)回水水溫進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)每塊水冷爐壁的回水流量根據(jù)其受熱強(qiáng)度的不同進(jìn)行調(diào)節(jié)的功能。

在日常生產(chǎn)中，裝有集束氧槍的11#水冷爐壁經(jīng)常被氧槍氧流反射燒漏水（如圖2所示），一旦漏水就得停爐處理，甚至被迫更換新的爐壁水冷板。處理時(shí)間最少得2個(gè)小時(shí)以上，不但嚴(yán)重制約了電爐的達(dá)產(chǎn)創(chuàng)效，還導(dǎo)致噸鋼備件消耗陡增。

從2017年11月到2018年4月這6個(gè)月內(nèi)，通過(guò)安鋼一煉軋生產(chǎn)快報(bào)統(tǒng)計(jì)可得，電爐11#水冷爐壁一共發(fā)生漏水事故16次，共造成電爐熱停約3174分鐘，具體統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。而同樣裝有集束氧槍的3#、6#水冷爐壁，在這6個(gè)月內(nèi)總共才發(fā)生燒漏水事故3次。為了讓電爐盡快實(shí)現(xiàn)達(dá)產(chǎn)創(chuàng)效，解決11#水冷爐壁經(jīng)常燒漏水的問(wèn)題已迫在眉睫，必須對(duì)11#水冷爐壁進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)。

表1 11#水冷爐壁燒漏水統(tǒng)計(jì)

2 改進(jìn)方案

電爐爐壁氧槍的布置如圖3所示。

圖3 爐壁氧槍布置

通過(guò)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，兩者氧槍布置的角度和高度基本相同，唯一不同的是安裝氧槍的部位，11#水冷爐壁的位置向爐內(nèi)凸出，最大凸出距離大約為450 mm（如圖4所示）。

圖4 11#水冷爐壁

當(dāng)初這樣設(shè)計(jì)的原因是11#水冷爐壁所處位置爐內(nèi)存在冷區(qū)，為了消除這個(gè)冷區(qū)，刻意將裝槍位置向爐內(nèi)凸出。基于這個(gè)因素，當(dāng)時(shí)考慮是因?yàn)檠b槍位置過(guò)于靠近爐內(nèi)，才會(huì)導(dǎo)致電爐冶煉過(guò)程中易發(fā)生氧槍氧流反射燒漏水冷爐壁。

2.1 第一次改造

按照將裝槍位置向爐外后移的思路，對(duì)11#水冷爐壁重新進(jìn)行了設(shè)計(jì)，將氧槍安裝位置縮短了大約180 mm（如圖5所示）。

圖5 改短后的11#水冷爐壁

但是重新設(shè)計(jì)后，雖然氧槍的安裝位置向爐外縮短了大約180 mm，但安裝氧槍水冷銅盤(pán)的空間也變小了（如圖6所示）。氧槍銅盤(pán)安裝空間長(zhǎng)度由以前的590 mm變成了532 mm，縮短了大約50 mm。這樣導(dǎo)致以前的氧槍水冷銅盤(pán)安裝不上去，必須重新設(shè)計(jì)氧槍水冷銅盤(pán)，才能配合改短后的11#水冷爐壁上線進(jìn)行試驗(yàn)。

圖6 氧槍水冷銅盤(pán)安裝尺寸

按照改短后的11#水冷爐壁又重新設(shè)計(jì)并采購(gòu)了長(zhǎng)度縮短了50 mm的小氧槍水冷銅盤(pán)，最終于2018年5月3日將改短180 mm的11#水冷爐壁上線進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)效果還是比較不錯(cuò)的，5月、6月兩個(gè)月每月只發(fā)生過(guò)一次燒漏水事故，大大提高了電爐作業(yè)率。但是這樣改造后，11#水冷爐壁上的氧槍水冷銅盤(pán)就不能和3#、6#水冷爐壁上的氧槍水冷銅盤(pán)互換，必須要同時(shí)準(zhǔn)備大小兩種氧槍銅盤(pán)，給備件的組織工作帶來(lái)不便。還有就是裝槍位置向爐外移后，設(shè)計(jì)初期消除爐內(nèi)冷區(qū)的效果肯定也要打折扣。

2.2 第二次改造

第一次改造后，雖然使用效果還不錯(cuò)，但還是存在一些問(wèn)題，比如備件不統(tǒng)一、消除冷區(qū)效果打折扣等。為此，對(duì)11#水冷爐壁進(jìn)行了進(jìn)一步改造。經(jīng)過(guò)對(duì)以前燒漏水的11#水冷爐壁（包括第一次改進(jìn)后的11#水冷爐壁）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)燒損部位（如圖7所示）都位于氧槍銅盤(pán)下方位置。

圖7 11#水冷爐壁燒損部位

因?yàn)樗醒鯓屟趿鞣瓷錈龘p部位都位于氧槍銅盤(pán)下方位置，所以大膽決定將這個(gè)部位的水冷管全部去除，上線后留下來(lái)的缺損空隙直接用耐火爐磚砌筑，耐火爐磚是不怕氧槍氧流反射的，這樣氧槍氧流反射燒漏水冷爐壁的問(wèn)題就可以解決了。

在保證大水冷銅盤(pán)安裝尺寸前提下，對(duì)11#水冷爐壁又重新進(jìn)行了設(shè)計(jì)，將氧槍銅盤(pán)下方的水冷管全部去除，且還要盡量保證以前向爐內(nèi)凸出的裝槍位置。經(jīng)過(guò)綜合考慮，最終確定了一套最優(yōu)設(shè)計(jì)方案（如圖8所示）。該方案既保證了原來(lái)大水冷銅盤(pán)的安裝尺寸，裝槍位置也只比原設(shè)計(jì)向爐外縮短了約90 mm，完全可以保證氧槍消除冷區(qū)的工作效能。

圖8 去除銅盤(pán)下方水冷管的11#水冷爐壁

第二次改造后的11#水冷爐壁最終于2018年6月27日上線試驗(yàn)，截止到2018年10月31日，冶煉爐數(shù)超2 500爐，未發(fā)生氧槍氧流反射燒漏11#水冷爐壁事故。試驗(yàn)證明此次對(duì)11#水冷爐壁的改造是非常成功的，保證了電爐的高效運(yùn)行。

3 改進(jìn)效果

經(jīng)過(guò)第二次的改造，截止到2019年6月31日，電爐11#水冷爐壁沒(méi)有發(fā)生過(guò)一次氧槍氧流反射燒漏水事故。因此，制約電爐冶煉節(jié)奏的11#水冷爐壁經(jīng)常被氧槍氧流反射燒漏水問(wèn)題得到了徹底解決，大大減少了電爐設(shè)備故障熱停時(shí)間，為電爐快速達(dá)產(chǎn)創(chuàng)效創(chuàng)造了有利條件。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在電爐滿負(fù)荷生產(chǎn)狀態(tài)下，2019年5—8月電爐各項(xiàng)指標(biāo)比改進(jìn)前的2018年1—4月有了較大提高（見(jiàn)表2）。

表2 電爐各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)比

后來(lái)，又對(duì)同樣裝有氧槍的3#、6#水冷爐壁進(jìn)行了相似的改造（如圖9所示），去除了氧槍銅盤(pán)下方的水冷管，徹底消除了氧槍氧流反射燒漏水冷爐壁的隱患，為電爐降本增效提供了有力的設(shè)備保障。

圖9 改進(jìn)前后的3#、6#水冷爐壁

4 效益分析

電爐機(jī)組日均產(chǎn)量2 500 t，小時(shí)產(chǎn)鋼量104 t，改進(jìn)前按照表1統(tǒng)計(jì)的熱停時(shí)間計(jì)算，11#水冷爐壁燒漏水熱停時(shí)間每月平均529 min，約8.8 h；每月影響電爐煉鋼約900 t，每年減產(chǎn)約10 000 t，電爐噸鋼利潤(rùn)按100元計(jì)算，年增效為100萬(wàn)元。

另外，改造前半年，更換了12件11#水冷爐壁；改造后，11#水冷爐壁按照3 000爐的設(shè)計(jì)使用爐數(shù)，將壽命周期定為半年，每半年只需更換2件（兩套爐殼），每件11#水冷爐壁單價(jià)按照1.5萬(wàn)元計(jì)算，每年直接節(jié)約資金約30萬(wàn)元。

5 結(jié)語(yǔ)

此次電爐水冷爐壁的改造方案及設(shè)計(jì)手法為國(guó)內(nèi)同類型電爐煉鋼廠中首次采用，而且使用效果非常好，得到了國(guó)內(nèi)同行及相關(guān)冶金設(shè)計(jì)院的高度認(rèn)可。本次改進(jìn)方案具有廣泛的通用普及性，同類型電爐煉鋼廠都可以借鑒使用，未來(lái)的社會(huì)效益一定非?？捎^。