電弧爐導電橫臂和卡頭間供回水方式優化改造

金鑫 李明娜

摘 要：電弧爐煉鋼是以電能作為熱源的煉鋼方法，它是靠電極和爐料間放電產生的電弧，加熱并熔化金屬爐料和爐渣的一種煉鋼方法。導電橫臂和電極卡頭之間由于漏水，嚴重制約了生產的發展。

關鍵詞：電弧爐；導電橫臂；電極卡頭；供回水方式

一、電爐導電橫臂和卡頭結合面處漏水的危害

（一）漏水嚴重時容易發生爆炸

煉鋼時，鋼水、鐵水、鋼渣以及煉鋼爐爐底的熔渣都是高溫熔融物，漏水嚴重時，如果進行搖爐或者是供氧操作，水和鐵水或鋼水突然激烈反應會發生爆炸或大噴，造成人機事故。

（二）漏水對鑄錠品質有不良影響

（1）必須控制鋼液氫的初始含量，鋼液中的氫含量主要取決于爐氣中水蒸氣的分壓，氫對鋼的危害是很大的。總體來說氫對鋼錠的影響一是引起氫脆，二是導致鋼材內部產生大量細微裂紋缺陷——白點。

（2）氧在鋼中的溶解度很低，幾乎全部以氧化物夾雜形式存在于鋼中，如 FeO、AL2O3等，破壞了鋼的基體的連續性，在靜或動載荷的情況下往往成為裂紋的起點。

（三）漏水維修難度大

如果停爐時卡頭和大臂端面間漏水，此時爐內溫度為室溫，不需要冷卻，拆完螺栓，卸下卡頭打磨接觸導電面到平整，更換密封后上好卡頭，維修一個需要三個小時（一共三個），但是大部分時候是在開爐煉鋼時漏水嚴重，急需處理卡頭漏水，此時爐溫在1500°左右，爐蓋上部溫度在1000°左右，處理前只能把爐蓋旋出待爐溫冷卻兩小時左右再旋回爐蓋，因為此時三個電極孔正對著下方熔融態的鋼水，需要維修人員用彩鋼板先把三個電極孔擋住，再冒著200多度的高溫耗時三個多小時拆螺栓-打磨卡頭端面-上密封-安裝-通水試驗， 全程必須搶時間，因為處理不及時鋼水就硬在爐里需重新加熱熔化，維修時間緊，維修時間長、維修難度大，維修溫度高，種種原因在不斷透支著維修人員的體能。

（四）漏水縮短設備使用壽命

漏水量少迅速被氣化并隨煙氣抽出，對小爐蓋影響不大，但是漏水嚴重時，整個電爐停止運轉，待漏水處理完成后繼續使用，此時小爐蓋工作面遭受到極冷極熱，將導致小爐蓋的壽命大幅度降低。

二、導電卡頭和大臂端面間為什么漏水

1）電極卡頭和導電橫臂通過4個螺栓連接，使兩個導電接觸面牢固接合，煉鋼時大電流通過橫臂和電極卡頭流向與卡頭相連的碳棒電極而起弧煉鋼，建成初期使用良好，后來就出現卡頭與橫臂連接面漏水的現象，拆開卡頭發現靠近冷卻水口的螺栓已斷，附近接觸面出現電弧燒蝕現象，螺栓桿上有燒熔的痕跡，因為螺栓桿沒有暴露在煉鋼升起的火焰中，所以推斷為流過大電流燒熔。一方面接觸面出現電弧燒蝕的原因是因為兩個把合面沒有緊密貼合，接觸不良導致打火、放電，同時大電流流過把合螺栓，造成螺栓因大電流燒熔，另一方面螺栓斷裂導致兩個貼合面把合不嚴，循環水密封起不到作用，沒有壓緊，導致從縫隙中漏水。

2）電弧爐煉鋼是靠電極和爐料間放電，在產生的電弧輻射和電弧的直接作用下加熱并熔化金屬爐料和爐渣（弧區溫度在4000°C以上），廢鋼熔化所產生的煙氣和火焰大部分從電極與電極孔之間的間隙溢出。首先由于高溫烘烤、熱輻射的作用，電極卡頭和導電橫臂前端把合面處的溫度高達900°～ 1300°，由于電極卡頭是紫銅材質，具有良好的導熱性，使位于兩者之間的四個O型密封圈在高溫的烘烤下發生塑性變形，使卡頭和導電橫臂端面冷卻水通路密封不嚴而漏水。其次由于接觸面出現電弧燒蝕，燒蝕過程中產生的電弧瞬間會把夾在接觸面之間的O型密封圈燒焦，使O型密封圈失去密封作用導致漏水。

三、改造過程簡圖

前期通過加深卡頭上原有的密封槽、或在電極卡頭原有密封槽外側再加工一道密封槽、或通過改變密封的材質等方法來解決導電橫臂和電極卡頭間的漏水問題，但效果都不理想，最后決定徹底取消密封。所以，經過研究決定取消導電橫臂和電極卡頭間的四個供回水的通孔，原來的孔都通過補焊焊好。再從導電橫臂前端側面和導電卡頭側面開孔，通過外接管路實現水的循環，取消了原來通過內部水孔的循環，避免了因密封不能耐高溫和耐打火產生的高溫灼燒而造成的損壞進而漏水。通過半年的統計發現效果極好；最后把改造方案定型，因為在上次已經把導電橫臂前端的四個供回水孔通過補焊堵住了，通過重新設計委托制造加工電極卡頭，把導電卡頭的供回水管路改到電極卡頭的上部，一方面供回水管路位于上部可以有效遠離高溫烘烤，更便于維修更換。

四、改造后的使用效果

1）避免了水和鋼水進行激烈反應致使設備損壞和人員傷亡。

2）處理一個漏水卡頭的時間由5小時縮短到0.5～1小時。

參考文獻：

[1]閻立懿.現代電爐煉鋼工藝及設備.冶金工業出版社.

[2]陳家墉.濕法冶金手冊.冶金工業出版社.

作者簡介：金鑫（1987-）男，漢族，天津人，現就職于天津交通職業學院；李明娜（1987-）女，漢族，天津人，現就職于天津鐵道職業技術學院。