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硅锰合金矿热炉炉衬损坏的6大原因分析

文章编辑:耐火材料 发表时间:2020-05-22 浏览次数:
 生产铁合金用的电炉的炉衬有多种。生产不同品种的铁合金使用什么样的炉衬, 是由所生产的铁合金的熔炼温 度、炉渣的酸碱性质以及电炉的种类决定的。通常情况下, 生产高碳锰铁、锰硅合金和低微碳锰硅合金使用酸性渣, 一 般采用碳质炉衬;生产高碳铬铁使用碱性渣, 一般采用镁质炉衬;生产硅铁和硅铬合金, 由于温度高, 一般也采用碳质炉衬; 而生产中低碳锰铁和中低碳铬铁使用精炼炉和碱性渣, 一般采用镁质捣打料炉衬。

吉林铁合金有限公司近些年主要以生产锰硅合金为主, 在生产过程中, 经常会出现炉衬损坏的问题, 所以针对生产 锰硅合金使用的碳质炉衬的损坏机理进行了分析。生产锰硅合金使用的碳质炉衬按照砌筑炉衬的原料形状, 可分为炭 块砌筑炉衬和冷捣糊捣打炉衬;按照炉衬的保温性能, 可分为保温炉衬和水冷炉衬。无论是从砌筑炉衬的原料形状还是 从炉衬的保温性能, 它们本质上都是碳质材料砌筑而成的炉衬。

一个新炉衬, 使用维护得好炉衬寿命可长达十年以上, 使用维护得不好, 炉衬寿命不到一年甚至仅仅几个月, 因此了 解炉衬损坏的原因十分重要。

炉衬损坏的原因

1,烘炉制度不合理

2013年, 内蒙古乌兰察布地区新建的30 MVA以上的锰硅合金矿热电炉, 在新开炉不到一年 (有的甚至只有两个月) 的时间里就相继出现了炉底烧穿事故。清炉维修时发现, 电极下方的炭砖几乎已经立起, 而且炭砖的下面充满了锰硅合 金。什么原因造成了合金渗入炭砖下层, 让企业技术人员困惑和不解。

通常所用的砌炉材料中, 不仅有碳质材料, 还有黏土砖、高铝砖、耐火粒、石棉板、填充糊和黏结剂等, 这些材料 中都含有一定量的水分, 填充糊和黏结剂中还含有大量的挥发分, 如果使用的是预焙炭砖, 其内还有更多的挥发物质。 无论是水还是挥发物质, 在遇到高温的时候, 都会变成气体排出。 新炉衬刚投入使用时, 烘炉制度不合理, 会造成炉衬损坏。 如果缩减烘炉时间就会造成升温过快, 当炉温上升太快时, 新砌筑的炭砖及相关材料中的水分、挥发性气体会大量 急速排出, 而且此时排放的能量也很大, 这些能量得不到缓慢充分地释放就会造成炉底炭砖松动, 炉衬炭砖之间就会出 现大量排气孔洞, 液态锰硅合金会从这些气孔渗入炉衬, 拱起炉底炭砖, 炉底遭到一定程度上的破坏直至穿漏炉事故的 发生。 内蒙古乌兰察布地区这些新建的30 MVA以上的锰硅合金矿热电炉, 使用的都是预焙炭砖砌筑的炉衬, 所以烘炉制 度不合理是造成穿炉底的原因之一。当时, 也有两台新电炉投产时没有发生漏炉事故, 是因为其在送电时, 设备总是有 事故, 一直处于停停打打的状态, 这就给炉内水蒸气及挥发物的释放提供了充足的时间, 歪打正着, 使炉衬得以保存。

2,用电制度不合理

由于变压器在出厂时其使用容量就已经确定, 所以生产企业所承担的变压器基础运行费用就是固定不变的。

(1) 超负荷运行可获得好的经济效益 如果生产过程中消耗电量越多, 分摊到每度电的基础运行费就会降低, 即每度电的电价降低了, 所以每吨合金产品 的电费成本就会下降。电炉的参数一定了, 电炉的大小也就一定了, 此时输入炉内的电量增加, 使炉温升高, 化料速度变 快, 产量会随着增加。近几年来, 为了得到更高的产量和更好的经济效益指标, 电炉处于普遍超负荷运行状态, 负荷超载 量少时有10%~20%, 多时可达30%~40%。

(2)超负荷运行可造成炉衬损坏

超负荷运行虽然在经济效益上给企业带来了很大的益处, 但过度轻质保温砖超负荷也给炉衬带来了很大的伤害。超负荷的方 式基本上是先超电压再超电流。超电流就需要电极深插, 当达不到想要的电流时就必须抢放电极, 这时候如果电极下放 量控制不好的话, 就会使电极工作端过长, 电极过长就会对炉底造成伤害。目前为止, 还没有什么耐火材料能够抵挡住 电极弧光的温度, 时间一长, 电极根部下面的炭砖就容易飘起, 造成最上一层炭砖损坏。

3,炉内长期漏水

保温材料炉内设备漏水对于冶炼生产来说, 危害非常大。当设备严重漏水时, 电炉不能满负荷运行, 容易造成大塌料, 危害现 场操作人员的人身安全。另外设备漏出的水, 蒸发和分解都需要吸收大量的热量, 会造成炉内热能损失, 导致合金电耗 升高。 如果液态水遇到高温时, 会迅速分解成氢气和氧气, 当高温红热的炭砖遇到氧气后, 氧化非常迅速, 严重时会造成漏 炉事故。如果炉墙被水浸透后, 在高温时水分气化, 使炉墙体积急剧膨胀, 若水分不能及时排除, 就会造成炉墙破损。

4,炉壳焊接不严漏气

碳质炉衬既不属于酸性炉衬, 也不属于碱性炉衬, 因此, 其既不怕酸性炉渣的侵蚀, 也不怕碱性炉渣的侵蚀。碳质炉 衬的耐火度又很高, 荷重软化温度也很高, 所以, 通常情况下, 冶炼过程中产生的高温 (不是弧光的高温) 、冲刷和炉渣的 酸碱性对其的影响并不大。从这几方面来看, 对于铁合金冶炼来说, 碳质炉衬是比较理想的炉衬, 但其致命的弱点, 就是 高温抗氧化性极差。 如果炉壳焊接不好, 或是时间久了焊缝开裂, 势必会使碳质炉衬暴露在空气中。生产时炉壁炭砖的温度可达300℃ 以上, 这为碳质炉衬与氧气发生反应提供了条件, 炉衬会迅速氧化生成二氧化碳, 被侵蚀破坏。 实践证明, 炉衬被氧气氧化是先从炭砖缝隙开始然后向两边扩散, 氧化部位比较光滑, 没有明显棱角, 可纵深发展。 当发生漏炉维修时, 首先清理干净烧穿部位, 然后用电极糊或堵眼泥堵住, 确保炉壳焊接处不透气即可。

5,重金属对炉衬的损坏

锰硅合金生产主要原料为锰矿, 而锰矿一般与重金属伴生, 重金属主要有铅、锡和银等。铅的熔点为327.5℃, 比重 为11.35g/cm³;锡的熔点为231.89℃, 比重为7.3g/cm³; 银的熔点为962℃, 比重为10.49g/cm³。锰硅合金的熔点为1 240~1300℃, 比重为6.0~6.4 g/cm³。这些重金属熔点均比锰硅合金的熔点低, 比重均比锰硅合金的比重大。在高温 冶炼过程中, 低熔点的重金属先于锰和铁被还原, 且由于这些被先还原为液体的重金属比重大, 很容易顺着砖缝渗入炭 砖下面, 砖被拱起炉衬遭到破坏。

6,没有定期维护造成的炉衬损坏

正常情况下, 炉衬使用一年左右时, 就应该停炉对炉衬进行维修维护, 尤其是出铁口位置, 经过长时间的高温、冲刷 和氧化, 会比其他部位损坏的更严重。如果矿热电炉长时间生产而不定期维修, 炉衬损坏一定会越来越重, 严重时导致 穿漏炉事故的发生。

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