100 t電爐水冷爐壁的改造

劉軍海 何慶兵 王江波

（安陽鋼鐵股份有限公司）

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日投產以來，達到了一系列先進的冶煉指標，獲得了良好的經濟效益。2008年以來,受鋼材需求減少和廢鋼供應不足等外界條件的影響，電爐冶煉成本居高不下，加之后期豎井系統故障較多，影響了電爐的正常運行，遂于2008年8月停產。后來隨著短流程電爐煉鋼的優勢愈發明顯，安鋼決定恢復第一煉軋廠電爐煉鋼生產，并對裝備技術進行升級改造，優化電爐生產工藝，同時進一步提高節能、環保水平。100 t電爐復產改造工程于2017年10月25日正式投產，改造后的電爐爐型為傳統爐型，采用普萊克斯集束爐壁氧槍技術，設計年產能72萬t/a。在投產后的前半年里，裝有集束氧槍的水冷爐壁（特別是11#水冷爐壁）經常被燒漏水，嚴重制約了電爐的達產創效。通過對裝有集束氧槍的水冷爐壁的不斷改進，提高了電爐水冷爐壁的使用壽命，為電爐穩定生產提供了有力的設備保障。

1 設備概況

復產改造后的100 t電爐爐型為傳統爐型，爐殼分為上爐殼和下爐殼兩部分，為分體式爐殼。上爐殼由鋼管焊接的圓柱狀籠形框架、水冷爐壁和爐門裝置等組成。上爐殼籠型框架的圓周內側掛有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側布置（如圖1所示）。每塊水冷爐壁都是由無縫鋼管緊密盤繞而成的，管內通水冷卻，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有熱電阻溫度計（引線設安全保護）、安全閥 ，以實現對回水水溫進行監控，對每塊水冷爐壁的回水流量根據其受熱強度的不同進行調節的功能。

在日常生產中，裝有集束氧槍的11#水冷爐壁經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。處理時間最少得2個小時以上，不但嚴重制約了電爐的達產創效，還導致噸鋼備件消耗陡增。

從2017年11月到2018年4月這6個月內，通過安鋼一煉軋生產快報統計可得，電爐11#水冷爐壁一共發生漏水事故16次，共造成電爐熱停約3174分鐘，具體統計見表1。而同樣裝有集束氧槍的3#、6#水冷爐壁，在這6個月內總共才發生燒漏水事故3次。為了讓電爐盡快實現達產創效，解決11#水冷爐壁經常燒漏水的問題已迫在眉睫，必須對11#水冷爐壁進行相應的改進。

表1 11#水冷爐壁燒漏水統計

2 改進方案

電爐爐壁氧槍的布置如圖3所示。

圖3 爐壁氧槍布置

通過對比可以發現，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

當初這樣設計的原因是11#水冷爐壁所處位置爐內存在冷區，為了消除這個冷區，刻意將裝槍位置向爐內凸出。基于這個因素，當時考慮是因為裝槍位置過于靠近爐內，才會導致電爐冶煉過程中易發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11#水冷爐壁重新進行了設計，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

但是重新設計后，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的空間也變小了（如圖6所示）。氧槍銅盤安裝空間長度由以前的590 mm變成了532 mm，縮短了大約50 mm。這樣導致以前的氧槍水冷銅盤安裝不上去，必須重新設計氧槍水冷銅盤，才能配合改短后的11#水冷爐壁上線進行試驗。

圖6 氧槍水冷銅盤安裝尺寸

按照改短后的11#水冷爐壁又重新設計并采購了長度縮短了50 mm的小氧槍水冷銅盤，最終于2018年5月3日將改短180 mm的11#水冷爐壁上線進行試驗。試驗效果還是比較不錯的，5月、6月兩個月每月只發生過一次燒漏水事故，大大提高了電爐作業率。但是這樣改造后，11#水冷爐壁上的氧槍水冷銅盤就不能和3#、6#水冷爐壁上的氧槍水冷銅盤互換，必須要同時準備大小兩種氧槍銅盤，給備件的組織工作帶來不便。還有就是裝槍位置向爐外移后，設計初期消除爐內冷區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，但還是存在一些問題，比如備件不統一、消除冷區效果打折扣等。為此，對11#水冷爐壁進行了進一步改造。經過對以前燒漏水的11#水冷爐壁（包括第一次改進后的11#水冷爐壁）進行統計，發現燒損部位（如圖7所示）都位于氧槍銅盤下方位置。

圖7 11#水冷爐壁燒損部位

因為所有氧槍氧流反射燒損部位都位于氧槍銅盤下方位置，所以大膽決定將這個部位的水冷管全部去除，上線后留下來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題就可以解決了。

在保證大水冷銅盤安裝尺寸前提下，對11#水冷爐壁又重新進行了設計，將氧槍銅盤下方的水冷管全部去除，且還要盡量保證以前向爐內凸出的裝槍位置。經過綜合考慮，最終確定了一套最優設計方案（如圖8所示）。該方案既保證了原來大水冷銅盤的安裝尺寸，裝槍位置也只比原設計向爐外縮短了約90 mm，完全可以保證氧槍消除冷區的工作效能。

圖8 去除銅盤下方水冷管的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，截止到2018年10月31日，冶煉爐數超2 500爐，未發生氧槍氧流反射燒漏11#水冷爐壁事故。試驗證明此次對11#水冷爐壁的改造是非常成功的，保證了電爐的高效運行。

3 改進效果

經過第二次的改造，截止到2019年6月31日，電爐11#水冷爐壁沒有發生過一次氧槍氧流反射燒漏水事故。因此，制約電爐冶煉節奏的11#水冷爐壁經常被氧槍氧流反射燒漏水問題得到了徹底解決，大大減少了電爐設備故障熱停時間，為電爐快速達產創效創造了有利條件。據統計，在電爐滿負荷生產狀態下，2019年5—8月電爐各項指標比改進前的2018年1—4月有了較大提高（見表2）。

表2 電爐各項指標對比

后來，又對同樣裝有氧槍的3#、6#水冷爐壁進行了相似的改造（如圖9所示），去除了氧槍銅盤下方的水冷管，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備保障。

圖9 改進前后的3#、6#水冷爐壁

4 效益分析

電爐機組日均產量2 500 t，小時產鋼量104 t，改進前按照表1統計的熱停時間計算，11#水冷爐壁燒漏水熱停時間每月平均529 min，約8.8 h；每月影響電爐煉鋼約900 t，每年減產約10 000 t，電爐噸鋼利潤按100元計算，年增效為100萬元。

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爐的設計使用爐數，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#水冷爐壁單價按照1.5萬元計算，每年直接節約資金約30萬元。

5 結語

此次電爐水冷爐壁的改造方案及設計手法為國內同類型電爐煉鋼廠中首次采用，而且使用效果非常好，得到了國內同行及相關冶金設計院的高度認可。本次改進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，未來的社會效益一定非常可觀。