電弧爐結(jié)構(gòu)包括爐蓋(爐頂)及爐體兩大部分。爐蓋為可移動式,外環(huán)為鋼制,多為水套式,除水冷件外,其余為耐火磚構(gòu)筑。爐蓋上設(shè)有三個電極孔,三根石墨電極由此插入爐內(nèi)。爐體由爐底、爐坡及爐墻組成,用耐火磚砌筑,外包鋼制爐殼。爐墻上一側(cè)設(shè)有爐門,另一側(cè)為出鋼口并與出鋼槽相連。
電弧爐是利用電弧發(fā)熱將金屬熔化進(jìn)行冶煉的,所處理的原料為廢鋼。熔化期長,爐內(nèi)溫度高,氣氛變化大,一般熔化期占冶煉時間的一半左右。電弧爐煉鋼法一般采用氧化期爐渣和還原期爐渣精煉,即堿性雙渣法。有的則在造氧化渣后將鋼水倒入盛鋼桶進(jìn)行爐外精煉和合金化。
電弧爐爐襯主要受熔渣的侵蝕,鋼水、熔渣和空氣的沖蝕及裝廢鋼的機(jī)械撞擊等,并受高溫強(qiáng)烈熱輻射作用,爐襯的熱點(diǎn)部位極易損毀。隨著加料熔化等操作頻繁地進(jìn)行,爐蓋經(jīng)常啟開,爐頂和爐襯熱震作用也很突出。如出鋼時爐襯表面溫度達(dá)1600℃C以上,加料時約1000℃,補(bǔ)爐時只有500℃左右。所以耐火磚的工作條件是惡劣的、苛刻的。
電弧爐各部位常用耐火磚如下:
(1)爐蓋。在熔化及精煉過程中,爐蓋溫度很高。在出鋼時,爐蓋移開后,立即處于室溫之下,溫度驟變,熱應(yīng)力很大。熔化及精煉時,還受熔渣和爐塵的噴濺侵蝕以及氣氛變化的影響。
過去電爐爐蓋主要采用硅磚砌筑,但由于其耐火度不高,抗熱震性差,發(fā)生渣蝕熔滴和剝落損毀,壽命短。現(xiàn)在則普遍采用性能優(yōu)良的高鋁磚和高鋁質(zhì)不定形耐火材料,使用壽命比硅磚高2—3倍。在大型超高功率電爐上,由于工作條件更加惡劣,則采用燒成或不燒堿性磚,但是由于耐火磚的高溫強(qiáng)度較低,自重大,多為吊掛結(jié)構(gòu)。采用直接結(jié)合的鎂磚和鎂鉻磚比一般鎂磚和鎂鉻磚好,可以大大減輕結(jié)構(gòu)崩裂和熱崩裂引起的剝落損毀。
(2)爐墻。電弧爐的爐墻接近電弧和熔池,受高溫?zé)彷椛?、熔渣和鋼水飛濺作用比爐蓋嚴(yán)重。爐內(nèi)氣氛和溫度變化很大,同時受廢鋼的撞擊和熔體的沖蝕。爐墻受到多種作用綜合影響而極易損毀。靠近電極附近的熱點(diǎn)部位,常發(fā)生局部熔損,此處爐墻損毀更嚴(yán)重。
根據(jù)電爐熔煉工藝特點(diǎn)、熱工制度和爐渣的性質(zhì),爐墻幾乎全部采用堿性耐火磚。在一般爐墻部位,多選用鎂磚和鎂鉻磚。除用燒成制品和燒成磚與不燒磚配合使用外,使用不燒磚效果也很好。國內(nèi)小型電爐主要采用焦油瀝青結(jié)合白云石磚和焦油浸漬燒成白云石磚,以及焦油瀝青結(jié)合的鎂質(zhì)和白云石質(zhì)搗打料搗制。渣線區(qū)域是電弧爐的薄弱環(huán)節(jié),大多數(shù)已采用直接結(jié)合的鎂磚和鎂鉻磚。在大型電爐上則使用熔鑄鎂鉻磚或電熔再結(jié)合鎂磚、鎂鉻磚或鎂碳磚或碳磚。這些耐火磚作為熱點(diǎn)部位的爐襯材料,使用壽命提高2倍以上。
(3)爐底。爐底和堤坡組成熔池,是裝料和盛裝鋼水的部位,直接與鋼水和熔液層接觸。有的電爐還向鋼水吹氧、造渣,進(jìn)行精煉。因此,爐底遭受鋼液和熔渣的侵蝕,在渣線附近渣蝕很嚴(yán)重。爐底與熔渣和氧化鐵反應(yīng)后形成變質(zhì)層,除產(chǎn)生熔蝕、渣蝕和結(jié)構(gòu)崩裂外,往往發(fā)生鋼水滲入爐底,而使?fàn)t底起層漂浮。與此同時,爐底還要經(jīng)受高溫的作用和廢鋼的撞擊及溫度變化的影響。因此,爐底常有局部損毀現(xiàn)象,一般應(yīng)及時修補(bǔ),維持正常生產(chǎn)。
基于上述原因,過去爐底多采用鎂砂和白云石砂或兩者混合搗制工作襯,下面非工作層為燒結(jié)鎂磚?,F(xiàn)在燒結(jié)鎂磚層上面,多采用高純鎂砂和合成鎂白云石砂搗制工作襯,或使用鎂質(zhì)或白云石質(zhì)燒成磚砌工作襯。
堤坡上部與渣線部位相連,渣蝕嚴(yán)重,多采用與爐墻熱點(diǎn)部位相同或相近材質(zhì)的耐火磚。如采用直接結(jié)合磚、鎂碳磚、熔鑄鎂鉻磚或電熔再結(jié)合鎂鉻磚。
出鋼槽襯體要求具有導(dǎo)熱性好、耐渣蝕性能強(qiáng)、抗沖擊和不掛渣等性能。因此,一般采用大塊異型材。如高鋁碳質(zhì)、碳化硅質(zhì)、碳質(zhì)、鎂質(zhì)高鋁磚??梢云鲋驌v制,也可采用振動澆注成型。
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