提高钛渣电炉炉寿命初探.pdf

， j 。 提 高钛 渣 电炉炉体 寿命初 探 赵志军 1 1 b 锦州铁台金厂钛白糟厂， 锦州市 1 2 1 0 0 5 寸摘要散述了 如何提高钛渣电 炉的寿命问题。 以 锦州铣台金厂钛白糟厂 遵义钛厂、 原苏联 等国内外钛渣电炉的生产 实践为倒， 提出了影响钛渣电炉炉体寿命的固幂， 以及正确选择参数、 设 计 合理 的炉体 结 构是提 高炉 体 寿 命 、 保 证产 品质 量 的有效 措施 。 关 键 词丝 萼 芝 供 电 翩 度技 术 参 数 型 掏砖售 厘 壹 赴产 品 质 量 ／＼ j - 的两台钛 自一 7 0 0 0 k VA钛渣 电炉 的炉衬寿命 1前言 钛渣 电炉 的炉 体寿命问题是影响高钛 渣 生产的 主要因素之 一 ．特别 是 由于钛渣需在 1 6 0 0 1 8 0 0 。 C的高温下完成 冶炼 过程 ， 再 加 上其化学活性很高 ， 因此 ． 对钛 渣 电炉 炉 衬的 材质 、 耐火度 ． 抗渣性 等理化指 标有很高 的要 求 因而 ， 从高钛 渣生产到现在 ． 人们一 直都 在研究提高炉体 寿命 、 降低炉体造价的途 径 。 针对贵 阳铅镁 设计研 究院设计 并投入试 生产 仪 有 1 4 0多炉 次 ． 而且 严 重影响 丁产 品质量 及正常生产 ． 笔者查 阅了大量有关资料 ， 发现 造成 这些现象 的原因是多 方面 的。 2 国 内外 钛 渣 电炉 炉 对 寿 命 玟静 垴质 2 ． 1 国内外钛渣电炉的使用情况 国内外钛渣 电炉 的炉衬寿命及选用材质 概况如表 1所列 。 表 1 国内 外钍 渣电 炉 的炉衬寿 命置 炉衬 材质 锦铁 四车间 锦 铁钍 白厂 遵义 钛 厂 原 苏联 1 2 、 3 6 3 o o k VA 5 0 0 0 k VA 3 o 0 o k vA l 8 0 0 k V 7 0 0 0 k VA 7 0 0 0 k VA 炉 衬 原 来 石 墨质 石 墨质 碳质 碳质 、 高韬 材质 改 后 镁质 铸质 镁质 镁质 镁质 质复合材 使用 改后寿命 平均半年 平均半年 1 4 4护 1 4 5炉 2年以上 寿 命 前后 对 比 改后 略长 改后 略长 长 由表 l说 明 锦铁 四车 间钛渣 电炉 由石 墨 质 改 为炉底 留 2 0 0 3 0 0 ram 存铁 保 护 层 的镁质 炉衬 后 ， 不 仅 克服 了 Mg O 对钛 渣 成 分的影响 ， 同时 ， 跟石 墨衬相 比也 提高 了炉 体 5 6 寿命 。同样 ， 原苏联的 5 0 0 k VA钛渣炉衬 ， 在 出渣孔 以下将炉底 砌成 半球形 ． 实际上也 有 一 定的存铁保护层 。 实践 证 明， 镁 砖完全可 以 用作钛渣 电炉炉衬 。 维普资讯 遵 义钛厂 的钛 渣炉 ， 其 变 压器 的额 定功 率仅发挥 了 4 5 左右 。 锦铁钛 白炉 的炉 龄短 ， 主要是炉底烧穿 ， 而炉墙的侵 蚀程度不太严 重 。 2 ． 2钛 白一 7 0 0 0 k VA电 炉 的 炉 衬情 况 及 其 对产 品质量 的影响 表 2中列 出了 1 、 2 炉试 生产所完成 的 有关指标 。 表 2 1 ． 2 炉试 生产 完成 的指标 ＼ 指{ 龄 产 量 吨 渣 炉 讨 因 炉 底 侵 蚀 f M g O c 炉 次 【 费用 元／ t 产生 的废品 辜 1 l 1 4 4 5 3 5 Z 2 4 6 7 ．1 2 l 1 4 5 5 3 0 5 8 { 7 1 ． 2 3 3 ． 8 2 ． 3 钛渣 炉衬 的材质选择 主 要优 质 耐火 材 料 的特性 指 标列 于 表 3。 表 3 主 要 优质 耐火 材 料 的 特性 指 标 耐 火度 。 c 使用 温度 常温 耐压 强度 2 k g ／ c m 荷重 目前 价格 ≮ 最高 ℃ k g ／ c m 软化 点 。 c 元 ／ t 镁 砖 2 0 0 0 1 7 0 0 3 5 0 ～4 0 0 1 4 7 0 ～1 5 0 0 1 6 0 0 ～2 1 0 0 碳砖 3 0 0 0 2 0 0 0 2 5 0 2 0 0 0 3 0 o O ～3 3 0 0 石 墨砖 3 5 0 0 2 0 0 0 3 5 0 1 8 0 0 ～l 9 0 0 9 0 0 0 1 O 0 0 0 高 铝砖 1 7 5 0 ～1 7 9 0 1 3 0 0 1 5 0 0 4 0 0 1 4 2 0 ～ 1 5 0 0 1 1 0 0 综上所述 ， 虽然碳 砖 、 石墨砖 的耐火性能 好 ， 但价格 昂贵 实践也 表明 高温下碳的活 性 增 强， 加速 了炉 内钛 渣 、 铁水 对 炉 衬 的侵 蚀 。 而镁砖 的耐火度 较高 ， 使用温度 与钛 渣冶 炼温度接近， 因此用镁砖作钛瀣炉衬是既经 济 又适 用的 ， 实践 证 明也是 可行 的。但砌筑 时 ， 炉 底须 留有 2 0 o ～3 0 0 mm 厚 的存铁 保护 层 ， 防止 电弧直接伤 害炉 底并影响 产品质量 另外， 使用时还要特别注意镁砖的另一特性 过热 时产生残存 收缩现 象 。因镁砖的热 膨胀很大 ， 当加热温度 超 过其 烧成 温度 时便 产生残存收缩现象 。而 镁砖 的烧 成温度 一般 被动地地 1 4 0 0 1 6 5 0 C， 特 别是 加热温度 达 到 1 8 0 0 ℃ 时收缩现象 更为 明显 ， 见 图 1 。 此外 ， 性 能优 良的刚玉 、 氧化 锆及氰化 硼 制品都 适合于作 钛渣炉 衬 ， 但 囡价 格昂贵 ， 来 源有限， 因而很少在工业 生产 中被采用 。 3 影响炉体寿命 的因素及提 高炉体 寿命 的措施 不论从理化 指标或是 从实践 中都证 明 了 使用镁 砖作钛渣炉 对生产高 钛渣是 可行 的， 但在不同电炉上 ， 使用同一种材 质的炉衬 ， 结 果 却相 差 很大 ， 特 别是两 台钛 白- 7 0 0 0 k VA 电炉的炉龄仅 1 4 0多炉次。 1 1 1 ’ 0 J 1 ” ． 1 6 ’ O ＼ r ② 一 - 7 ／ ＼ r ／ ＼ ＼ ＼ 1 ／ ／ ＼ l ／／ ■ l 。 f ／ I ／ ①预先燃烧到 1 4 0 0 * E的试样j ② 预先燃 烧到 1 8 0 0 C 的试样 圉 1 镁砖 的热样l胀曲线 3 ． 1 影响 炉体寿命的因素 3 ． 1 ． 1 电炉设计主要技 术参数不合理 ， 供 电 制 度选择不合适 57 维普资讯 表 4 列出了钛白一 7 o 0 0 k V A钛渣炉及国 内外同行业炉主要技术参数的情况 寰 4 目内 外 不同 电 炉 主 舅 技术 参数 ＼参 电 饭 直 径 及 材 质 投 心 圆 单 位 面 积 掇 心 圆 直 径 二 次 电 流 、 电 压 比 害 ram 功率 k VA／ m ram I ／ V2 钦 白一 7 0 0 0 k VA 5 0 0 石墨 3 5 7 0 l 4 5 0 ～1 6 5 0 1 3 6 ～ 1 4 4 15 4～ 1 64 注 一 表 中 ★ 表 示考 I 菖 变 压器 所带 2 o N阻抗造 成 1 2 电压 降后 的 数 值 ． 通 过 数 据对 比发现 z 钛 白一 7 0 0 0 k VA 钛 渣炉 极心 圆偏小 ． 饭心圆单位面 积功率偏大 。 虽然 5 0 0 ram 石 墨 电极从 电流密度考 虑 可 满 足 该 炉 需 要 ， 并 且 由 此 得 出 的 该 炉 的 D t 0 _ ／ D , a 2 ． 8 4 ～3 ． 2 4 ， 在这 方面也与钛 渣炉 的设 计 要求基本 相符 ． 但 同其 它 电炉 相 比， 电极的几 何尺寸 极心圆 显 得小了些 ， 造 成恹心圆单位面积功率偏大 由于确定极心 圆尺寸时未充分考虑极心圆单位面积功率 ， 因此导 致坩 埚 区及炉底 功率重 叠 ， 出现侵 蚀 炉底 的 后 果 。另 外 ， 钛 白一 7 0 0 0 k VA 电炉 的 k／ V。 也偏 大 ． 特别 是 考虑变 压 器所 带 2 o 的阻抗产生 电压 降后 更为 明显 。这说 明二 次 电压选 取过 低 ， 又是 导致 炉底侵 蚀 的重要 因 素 。 该 炉的二次 电压 是根据 原苏联的经验 公 式 { V2 7 ．6 P ， V 2 t 太 1 ． 1 5 V2 ， V e , j 0 ． 8 V 来选取 的 。其 中 7 ． 6 、 0 ． 4 钛渣 冶 炼特性值 ， P 电炉单相功率 。 ． ． ． V2 7 ． 6 x I ／ 3 x一 7 0 0 0 。 一 l 69 ．0 5 V 58 V2 值 1 ．1 5X 1 6 9 ．0 5 1 9 4．4 V Vm 一 0 ． 8X1 6 9． 0 5 1 3 5 ． 2 V 所 以， 变压器用二 次 电压取 1 6 5 I 7 5 V。 二 次 电压 选 取 1 4 0 ～ 2 0 0 V， 而 变 压 器 所 带 2 0 的阻抗 又可 造 成 l 2 的电压降 。这佯 ， 常用 电压仅 为 l 4 5 ～l 5 4 V， 因此 ， 导致 I 。 ／ V 偏大 。炉底温度 过高时导致炉底侵 蚀 。这说 明该炉 在选取 二 次 电压时 ， 未作 充分 考虑 电 抗器产生 电压 降这一因素 。 3 ． 1 ． 2 炉底 结构设计不合理 钛渣炉 对在冶炼过 程中所处的环境是极 其 复杂 而又恶劣的 。 首先 ， 钛 渣韵特点不仅熔 炼 温度高 ， 而且 由于 T| o。 浓度 高， j 匝具 有低 价氧化钛， 而使钛渣具有非常大的侵蚀性。 因 此 ， 铁渣将与冶金 中普遍采用的耐火材料发 生 作用。 另一 方面 。 在高 温条件下炉渣及金属 熔 体对炉 衬还存在 冲刷 作用。 所以说 ， 合适的 炉 衬结 构和 足够的工作 层厚度是延长炉衬寿 命 ， 实现 钛渣 电炉 正常 生产的前 提和 保证 。 表 5列 出了各钛渣炉衬 的结构组成 。 维普资讯 表 5 吾 钛渣 炉衬 的 结 构 、＼ 蓐 炉 低总 厚度 镁 砖层厚 度 镁砖层 占炉 底总 厚度 电 芝 n3 m ra m 的 比 铡 铁 白一 7 0 0 0 k VA 1 4 4 7 6 9 ,1 4 8 锦 铣 4 0 3 1 8 o o k VA 1 1 1 2 9 9 3 8 9 ． 3 原 苏联 一 5 0 0 0 k VA 1 5 4 5 1 4 8 0 9 5 ． 8 表 5表 明 ， 原 苏联 使 用镁质 炉衬 效果 很 好 ， 同时 ， 锦铁 四车间三 台炉用镁质炉衬效果 也很 好。这说 明钛 白一 7 0 0 0 k VA 电炉 的炉 体 寿命低 ， 除其它因 素外 。 镁砖工作层过薄也 是 主 要 因 素 之 一 。 3 ． 1 ． 3工艺控制不合理 ， 捣炉机械不适 应 钛白一 7 0 0 0 k VA电炉炉膛高达 2 1 0 0 mm， 这与钛渣生产中经常出现物料“ 喷溅 的特点 是 相 符 的。 因 此 ， 工 艺 控制 上 料 面 高 度 取 1 6 0 0 ram 左 右 ， 再加上 1 2 ／ v 偏大 ， 而 使炉 膛 高温带 下移 ， 导致炉底 铁水过热 ， 对炉底构成 侵蚀 另外 ， 配置 的捣炉 机械 因性 能差 ， 影 响 了捣炉质 量 ， 对炉底侵蚀 提供 了条 件 。 3 ． 1 ． 4 操作不 当对炉底 的危 害 炉 前操 作不 合理 是对炉衬构成危害 的一 个重要 因素 。 如送 电后 加料 时间的掌握 ， 过 去 一 般都 在送 电后 2 O ～3 0 rai n加料 ， 有 时 因相 关设备出现故障， 加料时间则推迟得更长， 又 由于该期送 电量平 稳 ， 送 电负荷很 容易提高 。 在 这样长 的时 间 内， 太 负荷 的“ 空烧 ” 热量全 部 集中在炉 底 ， 对炉底 的侵害是相 当严重 的 。 另一方 面 ， 出炉 时 间及送 电量掌握不合理 ， 同 样对炉 衬构成危害 。过 去单炉 送 电量大都 掌 握 在1 4 0 0 0～ 1 5 0 0 0 k Wh ，有 时 高 达 近 1 8 0 0 0 k Wh， 按 每炉 平均 产渣 4 t 计 算 ， 每炉 至 少要耗 电 2 0 0 0 k Wh左 右 ， 这些 电能除少数用 于熔渣外 ， 大部分用于对熔体 的加热 ， 并 导致 熔体过热 ， 而钛渣冶炼 的主要原理 为 F e Ti Oa CF e Ti O 2 C O 十 开始 反应 温度 1 Z 0 0 K 0 0 1 F e T i O c 一- - F e T i a O 5 C O十 开 始反应温度 1 2 4 0 K 0 1 - F e T iO C 詈F e T O C O十 u o o 开始反应温度 1 2 5 7 K 1 1 1 F e T iO c 一-- ； r e r i O C O十 ‘ ● ● 开始反应温度 1 4 3 0 K 这样 ， 多余 的热 量 不仅加 速 了 Ti O 等 侵蚀性很强的钛的低价氧化物的生成， 而且 又 使炉底铁水及镁 砖过热 ， 再加上铁水 的冲 刷作 用， 因此加 刚了对炉 衬的侵蚀 程度 。 3 ． 1 ． 5 电扳 下滑直接伤害炉底 由于冶炼 高钛渣 的温度很 高 ． 再 加上电 炉 技 术参 数 、 供电制度选取 不合理等 直接因 素 ， 冶炼 过程 中已经使炉衬特 别是炉底镁 砖 处 于 超页荷工 作状 态， 而电极 把持 系统 又存 在 缺陷， 多次 出现每 相重 4 ． 5 t 左 右， 长近 1 5 m 的石墨 电扳下滑而砸炉底 。在这种情况 下， 对炉底的伤害程度是可想而知的。 3 ． 2 提高炉体寿命采取的措施 综上所 述 ， 影响该炉炉 体寿命 的 因素是 很 多的。 它 们不仅通过使炉底镁砖软化 拆炉 时炉底四周残存镁砖已经变形 而损害炉体 ， 还通过镁砖过热时产生残 存收缩现象 这一特 性 ，使炉 底迅 速烧 穿 。因为钛渣的冶炼温度 为 1 6 0 0 1 8 0 0 。 C， 由于前述诸 多使炉底过热 的 因素影 响 ， 导致炉底 镁砖温度达到 甚至超 过 1 8 0 0 。 C。因此， 要提高炉体 寿命就必须 紧 紧 围绕这 两个方 面采取措施 h 笔者认 为 t 供电 制 度 、 炉子参数 、 炉 体结构及工艺控制是影 响 炉 体 寿命 的 主要 因 素。下面 是 对 钛 白 r一 7 0 0 k VA 电炉 作的修改 。 5 9 维普资讯 3 ． 2 ． 1改造 电极 把持 系 统和 液压 系统 电极 下滑砸炉底所带 来的危 害是 明显且 易解 决 的 问题 。 因此对 1 炉的 电 极把持系 统及液压 系统进 行 了整 改 ， 基 本 上 克服 了 由此 而 带 来 对 炉 底 的 危 害 。 3 ． 2 ． 2加强设备维护 在重新设计 的捣炉机 未制 造 出来 的情 况 下 ， 加 曰 - t 日 强设备维护 ， 特别强调捣炉这一环节 。另外 ， 加强炉 前操作 ， 杜绝“ 空烧 ” 现象 ， 严 格控制 冶 炼 各期的送 电负荷 ， 掌握好 出炉 时间 ． 避免或 减少 由此而带来对炉 体的损害 。 3 2 t 3 提高料面高度 以降低炉底温度 提高 料 面 高度 。该炉 加料 量 由过 去 的 7 ． 5 t 提高至 1 0 t 左 右， 使高温带上 移 以降低 炉底温 度 。 3 ． 2 ． 4 重新设计炉体结构 对炉 体结构重新 设计 ， 增 加耐火 工作 层 厚度 ， 提高炉体 工作时 间。另外 ， 对炉 口以下 炉 料预 热 医的炉墙 ， 由镁 砖 改砌牯 土砖 。这 样 ， 不仅节省 了资金 更主要 的是 降低 了炉 口 处 因急冷 急热而对炉 口的损坏程 度。表 6是 该炉 衬 改造前后 的对 比情况 ， 图 2为该炉 衬 改造前后 的断面示意 图。 ≮ ， ， ， ， ，／ ／ 镬 ≈ 圈 砂 圈 2改 造 前后 的炉 衬结 掏 寰 6 炉底 结掏 改造 前 后比较 炉 底厚 度 耐火 层厚 度 I 耐火层 所占炉 底 妒底 结掏 ram mr n 厚 度的 比例 改造前 1 l 4 7 6 9 4 4 8 政造后 1 7 7 3 1 5 o 2 S 4 7 3 ． 2 ． 5 改善供 电制度和 工艺 控制 制度 由于 电扳 直径 及相 关设 备所 限 ， 极 心 圆 偏小 ， 极 心 圆单 位面 积 功率 偏大 和 L／ v偏 大 的痹病 暂 时无 法解决 ， 因此对供 电制度 和 原来不 合理 的 工艺控制 制度做 了彻 底修改 ， 这 既适合 于指 导生 产 ， 又减少了对炉 体产 生 的危 害。 通过这两 条避径来降低炉底 温度。改造 后的 1 炉生 产虽有两 次电极下猎事故 其 中 一 次砸到炉底， 但未对炉底造成危害。 由此表 明 ， 采取措施 后炉底 的温度下降 了 而且能够 承 受一 定 的机械 冲撞 。表 7列出了供 电制度 修 改前后 的情况 。 寰 7 改 进 供 电 制 度的 后比 较 情炼前期 情炼 中期 治炼后期 供电制度 V 、 1 V⋯ 1 V 1 V2 1 7 O V左 右 V} 1 7 0 V左 右 V} I T O V 左 右 改 前 l ≈ l 2 _ 1 1 ≈ l 呵 l 省 V2 1 7 0 V左 右 V， 一1 8 0 ～ 1 9 5 V V， 竺 1 8 0 ～1 9 5 V 改后 l 2 一 6 0 7 0 I 2 * l 2 ≈ I 2 _ I ≥I 2 _ 60 维普资讯 4 生 产 结 果 表 8显示 了钛 臼 1 炉 改造 后 的生 产与 1 、 2 炉分别试生产的指标对 比 隋况 。 表 8 1 炉 改造 后与 1 、 2 炉试 生产 指标 t E 较 ＼指l 日 炉 底上M g O 炉 前电 耗 电 镊 下滑 一枚 后渣中 炉＼ 炉 村 使 用 傅 况 导 致 度 品 k w h ／ t M g O 高 的 炉 数 号 ＼ 。 1 怕 【 4 4 炉炉崩 烧殍、 l 9 ． 4 3 8 2 4 1 0炉 左右 炉墙 明显 1 4 5炉 炉底 烧穿 ， 2 炉 3 3 ． 8 3 4 6 ． 5 1 0炉左 右 炉墙 不 明显 1 2 1 炉炉 底 浸 蚀 改 后 1 炉 2 ． 5 3 1 6 7 O 1 1 2 ～ 1 8 0 ram 需要指 出的是 ， 1 炉 改造后 生产 因原料 供应不上 ， 生产 1 2 1 炉 后停 产 。 二次 电压提高后 ， 虽然炉底 侵蚀程度 、 产 品合格率 及 电耗 有 明显改善 。 但二 次 电压过 高 如 1 9 5 V 以上 ， 炉子 工作 不平 稳 ， 变压 器 输出功率 低 。 跳 闸次数 明显增 加 。 冶炼中期跳 闸每小时多达 8次以上 通过 各方 面的改进 ， 各项指 标． 特别是在 降低对炉体侵蚀程度的效果是显著的。根据 实际测量． 按每生产 1 2 1 炉侵蚀掉炉底 1 5 0 ～1 8 0 ram 来推 算 不考虑 其它 因素 ， 改造 后 的炉 体可使 用半年 ， 应生 产 1 。 。 0炉 次以上 。 仅此一项 ． 与以前试 生产相 比较 ， 每年可节省 资金 1 0 0万元 ， 更 重要 的是为钛 渣正 常生 产 提供 了保证 。 5 结 论 实践表 明 影响炉体 寿命 的因素是 多方 面的 ， 所采取的措施 是行 之有效的 。 1 用镬碛炉衬生产 高钛渣是既经济又 实 用 的 。 2 通过 改进 供 电制度及 I ／ V比值 对 炉衬的保护作用及各项经济技术指 标的 改善 效果是显著的 。 3 改 进工艺控制 制度 ， 加 强炉前 操作 ． 保持钛渣冶练过程料面的足够高度 和强 调捣 炉 是提 高炉 体寿命的基础秆保证 ． 4 选取合理 的炉体 结构 ， 是提高炉衬 使 用毒命， 节约筑炉资金的前提 。 5 加 强设备维l护 ， 提高设备 作业 率 ， 是 提高炉体寿命 的基 本保障 。 参考 文献 1 钛渣电热冶炼 ，国外钒铁， 1 9 8 5 ， 3 2原 慧娟 ．铁冶 金学 ．东北工学 院 3铣台 金筑 炉工 ．冶金工业 部 4海 锦钛 生 产过 程和 设备 计 算 ．国 外钒 铁 ， 1 9 8 3 L 、 5 炼 钢用 耐火 材料 ．冶金工 业出 版社 6 高 铁渣 生产 ．锦州 铁台金 厂 责 编辑言文 61 维普资讯