当前位置: 首页 » 技术文献 » 炼钢文献 » 炼钢设备 » 正文

钢包精炼炉电极折断的原因分析与预防研究

放大字体  缩小字体 发布日期:2023-08-17  作者:赵明哲,杨五存  浏览次数:3273
 
核心提示:摘要:本文根据天津铁厂有限公司炼钢厂钢包精炼炉生产实践,分析钢包精炼过程电极折断原因,并提出相关的技术要点,为实现安全生产及节能降耗提供参考。 关键词:钢铁冶金;LF钢包精炼;石墨电极;节能降耗
 钢包精炼炉电极折断的原因分析与预防研究

赵明哲,杨五存

(天津铁厂有限公司  河北 涉县)

摘要:本文根据天津铁厂有限公司炼钢厂钢包精炼炉生产实践,分析钢包精炼过程电极折断原因,并提出相关的技术要点,为实现安全生产及节能降耗提供参考。

关键词:钢铁冶金;LF钢包精炼;石墨电极;节能降耗

1 引言

钢包精炼炉生产中,通过石墨电极对钢水加热实现热补偿。石墨电极的消耗占总生产成本的15%—20%,由于电极价格市场出现波动,当其价格上涨时,这一消耗占比进一步增加。石墨电极的消耗包括正常条件下的烧损和剥落,以及非正常的电极折断。一旦电极发生折断将导致一根甚至几根电极直接报废,损失巨大。同时发生电极折断时,处理难度很大,导致工作人员劳动强度增大,甚至生产中断,更有甚者,因处理不当引发人员伤亡事故。由此可见,电极折断危害极大,必须设法减少和避免此类事故。

2 电极折断的原因

钢包精炼炉生产中石墨电极的折断主要是在各种机械力作用下,电极接头等薄弱处发生断裂。

2.1电极薄弱处的形成原因

电极折断的根本原因在于电极存在薄弱处。每相电极均是由2至3段通过螺纹连接而成,接合处由于存在材料的非连续性,其抗折强度小于其它部位,从而形成薄弱处。由于运输、安装、使用等环节发生碰撞导致损伤,常使电极在安装前即出现可见或不可见的裂纹等缺陷,进一步降低了电极接头强度,增大了生产中折断的可能性。如图1所示,电极安装不当,接口处有杂物、接头未对正或未拧紧导致连接处存在缝隙,导致相连的电极间存在很大的接触电阻,冶炼时由于巨大电流的作用,电极接头及相连的两根电极接触处产生高温进而发生烧蚀;或者冶炼中产生的火焰进入缝隙处,使缝隙周边部分被进一步蚀损,使本来就薄弱的接合处强度进一步降低。

图片1 

图1冶炼中存在缝隙的电极接口烧蚀

2.2作用于电极的机械力分析

2.2.1冶炼中产生的电动力

钢包精炼炉冶炼中电极系统存在数万安培的巨大电流。如图2所示,由于电磁感应作用,在电极、导电横臂间产生强大的电动力。该力方向背向极心圆指向炉墙,外侧电极(A相和C相)的具有向外运动的趋势;中相(B相)电极具有向下运动的趋势[1],电极的这种运动加之钢液面上炉料分布不均匀,甚至由于渣面结壳,电极直接插入钢水中,使电极上电压、电流大幅波动,进而又使电动力不断发生变化,这种循环作用最终使整个电极系统产生剧烈的震动,如果电极横臂发生的机械振动频率与电磁力振动频率接近或同步,就会使电极发生共振作用,使整个系统振动大幅度加剧,使电极接头反复产生微量的弯曲,导致电极发生疲劳折断。

电极系统产的电动力震动往往又因与电极自动调整运动相叠加而进一步加剧。电极调节系统通过计算机对电极系统上电压、电流的分析使电弧加热电流始终保持在设定电流点的附近,以达到控制加热速度的目[2]。剧烈波动的电压、电流使得电极不断上下运动调整,最终导致整个系统的强烈震动。

图片2 

图2冶炼中电极所受电动力

2.2.2 冶炼中渣层的影响

钢液面上渣层分布对前文所述电动力产生至关重要的影响,渣层熔化充分,黏度适中,且具有一定发泡效果时,埋弧效果好,电流、电压均较为稳定,电极几乎不进行升降调节,整个系统运行十分稳定。当顶渣黏度过大时,在底吹氩气的搅拌的作用下,渣面随之波动,由于顶渣黏度过大,流动变形较为困难,不能及时复位,电极头部易离开渣层,或与钢液接触,起不到充分的埋弧作用。当顶渣黏度过低时,渣面波动过于活跃,也不能充分埋弧。同时黏度过低的顶渣一般也更难以具有足够的发泡性,渣层厚度较薄,埋弧效果不足。

通常,在转炉出钢后,在钢液面上加入白灰、萤石等渣料,这些炉料经底吹高压氩气翻腾作用后往往仍然不能均匀的分布在钢液面上,有时甚至在钢液面上成堆分布;由于成本限制,一般作为精炼炉渣料均为组分较为简单的物质,而很少采用价格较高的铝酸钙合成渣,如石灰块主要成分为CaO,其熔点较高,在钢水温度(1500-1600℃)下不能熔化,因此在没有热渣顶兑的炉次,钢液面上还常常形成一层坚硬的渣壳,这层渣壳导电率与钢水存在很大差异,同时阻碍了电极的正常自动调整运动,在电极插入渣壳而又无法完全破开渣壳的阶段,电极系统产生的剧烈震动可直接将头部被渣壳固定住了的电极折断。

2.2.3 其它机械外力

生产中由于各种原因,石墨电极往往因遭受各种外力的冲击碰撞而折断。因精炼所用钢包包沿一侧沾有渣、钢等杂物,炉盖降下后向一侧倾斜,这时降下电极冶炼,电极就会被倾斜的炉盖別断,这种情况比较常见,而且往往造成三相电极同时折断,必须特别注意。电极、导电横臂、炉盖系统存在变形、卡顿或松动,可能在降电极时将电极碰断。滑电极过程中,吊起的电极没有准确对中,当夹持器夹紧时也可能将电极折断。滑电极过长,转回转台时电极就会被钢包撞断。

3电极折断的预防措施

通过对钢包精炼炉生产过程电极折断原因分析结合生产实践,就电极安装前的保护、电极的正确安装、冶炼中的操作方法三个方面提出以下预防措施。

3.1电极安装前的保护

电极安装前做好保护,避免碰撞。吊运前认真确认吊具可靠、连接牢固,吊运过程保证天车稳步慢行,