一、直流电弧炉炉盖及耐火材科
以前我国炉盖一直采用高铝砖砌筑,随着直流电弧炉的发展,国外纷纷用扩大刚玉质捣打料来提高炉盖使用寿命,再加上UHP的应用,要求耐火材料必须具有良好的高温力学性能、耐侵蚀、抗热震性好以及体积稳定等特点,更促使炉盖耐火材料使用要求的提高。目前,我国的炉盖中心三角区域都采用了刚玉浇注料(其Al2O3含量不小于92%),取得了较好的效果,寿命高达120炉以上。
二、直流电弧炉炉墙及耐火材料
进入20世纪90年代,UHP的电弧炉炉墙几乎全部采用镁炭砖砌筑,以解决渣线上的炉渣侵蚀和炉体上部炉墙的高温热蚀。直流电弧炉也同样如此,这是因为镁炭砖在当代超高功率的直流电弧炉上体现了高的抗热震性,极好的抗渣性,高热导率有助于水冷,可控制的气孔尺寸和分布(显气孔率较低)等优越性。
当然,决定镁炭砖质量水平的关键因素仍是砖中的镁砂纯度和晶体结合状态、石墨的纯度和结晶程度以及结合剂的选用。
目前,国内一般在炉墙上部采用沥青结合镁炭砖,炉墙下部采用树脂结合镁炭砖。
三、直流电弧炉炉底及耐火材料
前面已经介绍直流电弧炉炉底电极有四种形式,因而带来的耐火材料有导电耐火材料炉底和非导电型捣打耐火材料炉底两大类。
(一)导电耐火材料炉底
从导电耐火材料炉底来看,其主要特点为:使用导电耐火材料作为正阳极的炉底电极,然后再由此炉底电极传导直流电流。;其炉型特点是:用普通的砌砖衬技术,将三层导电的镁炭耐火砖砌筑在炉底的一块铜板上面(该铜板是炉子的正极),然后用石墨膏抹平任何不平整之处。导电镁炭砖砌筑下面的两层砖,应保持水平,砖与砖要求紧密。至于炉底镁炭砖砌好后,上面可覆盖一层捣打导电的耐火材料。
导电耐火材料应该具备下列性能:电阻应尽可能小(约10-3~10-4mΩ),均匀稳定,即比电阻不随温度变化;热传导率低;抗热化学和热物理学的蚀损系数高;寿命长;消耗低。其优点有:实现大面积电接触;可采用普通砌砖方法和维修制度;能保证质量稳定,不出事故。
(二)非导电型捣打耐火材料炉底
非导电型以捣打耐火材料为炉底的直流电弧炉的炉底耐火材料(捣打料),其炉底电极分别采用金属触针、水冷金属棒或网状。
该炉型的特点是:无论是金属触针,还是金属棒,其材质是用低碳钢,并分别连接在炉底的集电板上。炉底用捣打自密型耐火材料打结。随着使用过程中耐火材料的熔损,导电金属材料也相应缩短。
此类耐火材料必须具有下列性质:能在适当的温度下,烧结成坚实的整体;具有良好的高温结构强度;具有最佳粒度组成;能控制烧结炉底的气孔率大小和气孔径分布,从而确保最低的渗透。
(三)炉底的砌筑
直流电弧炉炉底的结构一般分为三层:绝热层、保护层和工作层。绝热层是炉底最下层,其作用是降低电弧炉的热损失,并保证降低熔池上下钢液的温度差距。一般是铺一层石棉板,再平砌一层轻质耐火砖。保护层的作用是保护熔池的坚固性,防止漏钢,通常保护层用烧成镁砖砌筑。工作层直接与钢液接触,热负荷高,化学侵蚀和机械冲刷严重,须使用优质耐火材料。该层可分打结、振动(适合散状捣打料)及砌筑(适合导电耐火砖)。
无论采用何种底电极形式的直流电弧炉的炉底衬都不能采用像交流电弧炉那样传统的修补料,即使处于高温时的炉底也是不足的,因为这种材料的电阻过大。针对这种困难,开发了干式、无碳的含金属粉末的导电热补料,该热补料是由70%氧化镁和30%铁粉组成的混合料。
四、水冷式棒状底电极用耐火材料
我国的铜钢复合水冷式棒状底阳极电极,一次性使用寿命已经超过1000炉以上。为了增加工作端的钢棒的导电量,在铜钢连接周围砌筑导电耐火材料镁炭砖,底阳极为圆形时,用特制导电镁炭质套砖,方形时用交错咬合镁炭砖直接砌筑。无论是镶砌或用套砖包括导电钢棒),总面积应为顶电极截面积的2倍。实践中证明在电炉的熔化期,水冷点上25mm处温度为100~150℃之间,出钢前为200~250℃。如果精炼时间长,氧化期最高温度可达300℃。一般更换底电极方法十分简单,只要把底阳极上部钢砣吊走,再安装一根同样的底电极,周围套上导电镁炭砖,在镁炭砖周围用高铁合成镁砂干打平整,即可投入使用。如果在修砌炉衬时不需要更换底阳极时,可不拆除底阳极而采用修复底阳极钢棒即可,这样更加会延长底阳极的使用寿命。
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