趙明哲，楊五存

（天津鐵廠有限公司  河北 涉縣）

摘要：本文根據天津鐵廠有限公司煉鋼廠鋼包精煉爐生產實踐，分析鋼包精煉過程電極折斷原因，并提出相關的技術要點，為實現安全生產及節能降耗提供參考。

關鍵詞：鋼鐵冶金；LF鋼包精煉；石墨電極；節能降耗

1 引言

鋼包精煉爐生產中，通過石墨電極對鋼水加熱實現熱補償。石墨電極的消耗占總生產成本的15%—20%，由于電極價格市場出現波動，當其價格上漲時，這一消耗占比進一步增加。石墨電極的消耗包括正常條件下的燒損和剝落，以及非正常的電極折斷。一旦電極發生折斷將導致一根甚至幾根電極直接報廢，損失巨大。同時發生電極折斷時，處理難度很大，導致工作人員勞動強度增大，甚至生產中斷，更有甚者，因處理不當引發人員傷亡事故。由此可見，電極折斷危害極大，必須設法減少和避免此類事故。

2 電極折斷的原因

鋼包精煉爐生產中石墨電極的折斷主要是在各種機械力作用下，電極接頭等薄弱處發生斷裂。

2.1電極薄弱處的形成原因

電極折斷的根本原因在于電極存在薄弱處。每相電極均是由2至3段通過螺紋連接而成，接合處由于存在材料的非連續性，其抗折強度小于其它部位，從而形成薄弱處。由于運輸、安裝、使用等環節發生碰撞導致損傷，常使電極在安裝前即出現可見或不可見的裂紋等缺陷，進一步降低了電極接頭強度，增大了生產中折斷的可能性。如圖1所示，電極安裝不當，接口處有雜物、接頭未對正或未擰緊導致連接處存在縫隙，導致相連的電極間存在很大的接觸電阻，冶煉時由于巨大電流的作用，電極接頭及相連的兩根電極接觸處產生高溫進而發生燒蝕；或者冶煉中產生的火焰進入縫隙處，使縫隙周邊部分被進一步蝕損，使本來就薄弱的接合處強度進一步降低。

圖1冶煉中存在縫隙的電極接口燒蝕

2.2作用于電極的機械力分析

2.2.1冶煉中產生的電動力

鋼包精煉爐冶煉中電極系統存在數萬安培的巨大電流。如圖2所示，由于電磁感應作用，在電極、導電橫臂間產生強大的電動力。該力方向背向極心圓指向爐墻，外側電極（A相和C相）的具有向外運動的趨勢；中相（B相）電極具有向下運動的趨勢^[1]，電極的這種運動加之鋼液面上爐料分布不均勻，甚至由于渣面結殼，電極直接插入鋼水中，使電極上電壓、電流大幅波動，進而又使電動力不斷發生變化，這種循環作用最終使整個電極系統產生劇烈的震動，如果電極橫臂發生的機械振動頻率與電磁力振動頻率接近或同步，就會使電極發生共振作用，使整個系統振動大幅度加劇，使電極接頭反復產生微量的彎曲，導致電極發生疲勞折斷。

電極系統產的電動力震動往往又因與電極自動調整運動相疊加而進一步加劇。電極調節系統通過計算機對電極系統上電壓、電流的分析使電弧加熱電流始終保持在設定電流點的附近，以達到控制加熱速度的目^[2]。劇烈波動的電壓、電流使得電極不斷上下運動調整，最終導致整個系統的強烈震動。

圖2冶煉中電極所受電動力

2.2.2 冶煉中渣層的影響

鋼液面上渣層分布對前文所述電動力產生至關重要的影響，渣層熔化充分，黏度適中，且具有一定發泡效果時，埋弧效果好，電流、電壓均較為穩定，電極幾乎不進行升降調節，整個系統運行十分穩定。當頂渣黏度過大時，在底吹氬氣的攪拌的作用下，渣面隨之波動，由于頂渣黏度過大，流動變形較為困難，不能及時復位，電極頭部易離開渣層，或與鋼液接觸，起不到充分的埋弧作用。當頂渣黏度過低時，渣面波動過于活躍，也不能充分埋弧。同時黏度過低的頂渣一般也更難以具有足夠的發泡性，渣層厚度較薄，埋弧效果不足。

通常，在轉爐出鋼后，在鋼液面上加入白灰、螢石等渣料，這些爐料經底吹高壓氬氣翻騰作用后往往仍然不能均勻的分布在鋼液面上，有時甚至在鋼液面上成堆分布；由于成本限制，一般作為精煉爐渣料均為組分較為簡單的物質，而很少采用價格較高的鋁酸鈣合成渣，如石灰塊主要成分為CaO，其熔點較高，在鋼水溫度（1500-1600℃）下不能熔化，因此在沒有熱渣頂兌的爐次，鋼液面上還常常形成一層堅硬的渣殼，這層渣殼導電率與鋼水存在很大差異，同時阻礙了電極的正常自動調整運動，在電極插入渣殼而又無法完全破開渣殼的階段，電極系統產生的劇烈震動可直接將頭部被渣殼固定住了的電極折斷。

2.2.3 其它機械外力

生產中由于各種原因，石墨電極往往因遭受各種外力的沖擊碰撞而折斷。因精煉所用鋼包包沿一側沾有渣、鋼等雜物，爐蓋降下后向一側傾斜，這時降下電極冶煉，電極就會被傾斜的爐蓋別斷，這種情況比較常見，而且往往造成三相電極同時折斷，必須特別注意。電極、導電橫臂、爐蓋系統存在變形、卡頓或松動，可能在降電極時將電極碰斷。滑電極過程中，吊起的電極沒有準確對中，當夾持器夾緊時也可能將電極折斷。滑電極過長，轉回轉臺時電極就會被鋼包撞斷。

3電極折斷的預防措施

通過對鋼包精煉爐生產過程電極折斷原因分析結合生產實踐，就電極安裝前的保護、電極的正確安裝、冶煉中的操作方法三個方面提出以下預防措施。

3.1電極安裝前的保護

電極安裝前做好保護，避免碰撞。吊運前認真確認吊具可靠、連接牢固，吊運過程保證天車穩步慢行，未擰接前應保留電極接頭保護套。

3.2電極的正確安裝

安裝電極前，應認真吹掃電極接口處，保證接口處無任何雜物。擰接時發生錯扣，應重新安裝，不應繼續強行擰緊。安裝后電極接口處不應有縫隙。

可在電極吊具上安裝彈簧緩沖裝置，如圖3所示，保證天車配合不當時，對電極的保護。

由于各種原因，實際生產中可能存在同時使用不同廠家電極情況，在電極安裝中應盡量保證一項使用的各根電極為統一廠家，統一型號的產品，避免性能不同的電極間出現熱膨脹率、強度、密度、尺寸不統一，或接口配合不良等問題增加電極接口處的折斷風險。

圖3 帶有彈簧緩沖裝置的電極吊具

3.2冶煉中的操作方法

3.2.1 針對頂渣結殼的處理措施

鋼水到站接通氬氣管后，應打開高壓底吹將鋼液面渣殼頂破，并促使未融化的爐料盡量分布均勻，如因精煉前等待時間過長等原因導致渣面結殼，甚至少量鋼液從渣殼破口處溢出結成鋼殼。針對此問題，可補加一定的石灰、螢石等渣料，使鋼液面上形成比較均勻疏松的渣料層，在渣殼熔化前起到緩沖作用，防止電極受到過大的外力沖擊；如渣面已存在鋼殼，必須進行渣料覆蓋，禁止盲目下電極操作。

3.2.2 穩定起弧操作

開始冶煉時應使用較小電流、電壓，平穩起弧，待爐料初步融化，達到一定埋弧效果時先提高電流到正常水平，使用短弧加熱，利用短弧加快電極燒蝕，產生一定量的Co氣體，以幫助埋弧，至埋弧穩定時方可提高電壓、降低電流使用長弧加熱，以減少電極消耗和鋼水增碳。

3.2.3 加強底吹氬氣及過程渣況控制

通過底吹氬氣對鋼液、頂渣進行攪拌是鋼包精煉爐的基本功能之一。較大的氬氣量可實現鋼、渣的充分接觸，可利用鋼液的物理熱幫助化渣，也可使熔化的各種渣料快速混合，從而提高化渣速度。但是，過大的氬氣量導致與電極直接接觸的鋼、渣具有過大的動能，直接沖擊電極；并導致渣面劇烈波動，電弧裸露及電極升降調節的頻繁、大幅度動作，從而增加電極折斷的風險。在實際生產中可通過對冶煉噪音及電極升降幅度、頻率進行人工或自動分析進而了解爐內渣況。人工分析方法為，噪音大、清脆、明亮，表明埋弧效果差，可能為渣層過薄，渣流動性過強，過底吹氬氣過大，應盡快利用加熱間隙進行確認，查明具體原因，并采取相應措施。噪音總體過于沉悶，并伴有周期性的較大噪音，表明渣過黏，總體埋弧較好，但在冶煉產生的Co及底吹氬氣積累到一定量時，集中突破渣層，導致周期性、暫時性的電弧裸露。當噪音較為沉悶，長時間保持穩定，表明渣況、底吹均較為合理。

3.2.4 避免及減輕外力作用

冶煉時不得向爐內投入超規格大塊物料，防止下電極時，電極與大塊物料碰撞導致折斷。

要特別注意鋼包包沿處粘鋼、粘渣情況，應在每次座包后進行專門確認，當發現所用鋼包包沿沾有較多雜物時應特別注意，降下爐蓋后如發現爐蓋傾斜，可將爐蓋略微提升以保證爐蓋平正，并及時通知相關人員處理該鋼包。

經常檢查電極系統各種機械、電氣裝置，冶煉中注意電極、導電橫臂、爐蓋系統，發現變形、卡頓或松動及時維修。

滑電極過程中必須精確指揮天車，保證電極準確對中后方可加緊。

滑電極后必須認真確認，發現電極過長必須及時處理。

4 結論

鋼包精煉爐生產中石墨電極的折斷主要原因是內、外各種機械力作用。通過做好電極安裝前的保護，正確安裝，優化冶煉操作，特別是穩定冶煉初期起弧及化渣工況，確保渣況、底吹氬氣控制滿足精煉要求，及時維護設備等措施，電極折斷事故是可以預防的。

參考文獻

[1]  馬亞剛,史建宏,劉征.LF爐煉鋼過程中電極折斷現象的分析[J].工業加熱,2012,41(4):9

[2]  肖勇.LF鋼包精煉爐電極調節器原理及應用[J].云南冶金，2006，35(201):68