100 t电炉水冷炉壁的改造

刘军海 何庆兵 王江波

（安阳钢铁股份有限公司）

0 引言

安钢第一炼轧厂原电炉为1座100 t手指托架竖井式电弧炉（FSF），自1999年11月18日投产以来，达到了一系列先进的冶炼指标，获得了良好的经济效益。2008年以来,受钢材需求减少和废钢供应不足等外界条件的影响，电炉冶炼成本居高不下，加之后期竖井系统故障较多，影响了电炉的正常运行，遂于2008年8月停产。后来随着短流程电炉炼钢的优势愈发明显，安钢决定恢复第一炼轧厂电炉炼钢生产，并对装备技术进行升级改造，优化电炉生产工艺，同时进一步提高节能、环保水平。100 t电炉复产改造工程于2017年10月25日正式投产，改造后的电炉炉型为传统炉型，采用普莱克斯集束炉壁氧枪技术，设计年产能72万t/a。在投产后的前半年里，装有集束氧枪的水冷炉壁（特别是11#水冷炉壁）经常被烧漏水，严重制约了电炉的达产创效。通过对装有集束氧枪的水冷炉壁的不断改进，提高了电炉水冷炉壁的使用寿命，为电炉稳定生产提供了有力的设备保障。

1 设备概况

复产改造后的100 t电炉炉型为传统炉型，炉壳分为上炉壳和下炉壳两部分，为分体式炉壳。上炉壳由钢管焊接的圆柱状笼形框架、水冷炉壁和炉门装置等组成。上炉壳笼型框架的圆周内侧挂有13块水冷炉壁，其中在3#、6#、11#水冷炉壁上装有集束氧枪。

上部炉壳水冷炉壁紧贴笼型框架圆周内侧布置（如图1所示）。每块水冷炉壁都是由无缝钢管紧密盘绕而成的，管内通水冷却，上部挂在笼型框架的销轴上，下部用销轴和楔板固定在笼型框架上，可快速拆卸更换。每块水冷炉壁的回水管路上均设有热电阻温度计（引线设安全保护）、安全阀 ，以实现对回水水温进行监控，对每块水冷炉壁的回水流量根据其受热强度的不同进行调节的功能。

在日常生产中，装有集束氧枪的11#水冷炉壁经常被氧枪氧流反射烧漏水（如图2所示），一旦漏水就得停炉处理，甚至被迫更换新的炉壁水冷板。处理时间最少得2个小时以上，不但严重制约了电炉的达产创效，还导致吨钢备件消耗陡增。

从2017年11月到2018年4月这6个月内，通过安钢一炼轧生产快报统计可得，电炉11#水冷炉壁一共发生漏水事故16次，共造成电炉热停约3174分钟，具体统计见表1。而同样装有集束氧枪的3#、6#水冷炉壁，在这6个月内总共才发生烧漏水事故3次。为了让电炉尽快实现达产创效，解决11#水冷炉壁经常烧漏水的问题已迫在眉睫，必须对11#水冷炉壁进行相应的改进。

表1 11#水冷炉壁烧漏水统计

2 改进方案

电炉炉壁氧枪的布置如图3所示。

图3 炉壁氧枪布置

通过对比可以发现，两者氧枪布置的角度和高度基本相同，唯一不同的是安装氧枪的部位，11#水冷炉壁的位置向炉内凸出，最大凸出距离大约为450 mm（如图4所示）。

图4 11#水冷炉壁

当初这样设计的原因是11#水冷炉壁所处位置炉内存在冷区，为了消除这个冷区，刻意将装枪位置向炉内凸出。基于这个因素，当时考虑是因为装枪位置过于靠近炉内，才会导致电炉冶炼过程中易发生氧枪氧流反射烧漏水冷炉壁。

2.1 第一次改造

按照将装枪位置向炉外后移的思路，对11#水冷炉壁重新进行了设计，将氧枪安装位置缩短了大约180 mm（如图5所示）。

图5 改短后的11#水冷炉壁

但是重新设计后，虽然氧枪的安装位置向炉外缩短了大约180 mm，但安装氧枪水冷铜盘的空间也变小了（如图6所示）。氧枪铜盘安装空间长度由以前的590 mm变成了532 mm，缩短了大约50 mm。这样导致以前的氧枪水冷铜盘安装不上去，必须重新设计氧枪水冷铜盘，才能配合改短后的11#水冷炉壁上线进行试验。

图6 氧枪水冷铜盘安装尺寸

按照改短后的11#水冷炉壁又重新设计并采购了长度缩短了50 mm的小氧枪水冷铜盘，最终于2018年5月3日将改短180 mm的11#水冷炉壁上线进行试验。试验效果还是比较不错的，5月、6月两个月每月只发生过一次烧漏水事故，大大提高了电炉作业率。但是这样改造后，11#水冷炉壁上的氧枪水冷铜盘就不能和3#、6#水冷炉壁上的氧枪水冷铜盘互换，必须要同时准备大小两种氧枪铜盘，给备件的组织工作带来不便。还有就是装枪位置向炉外移后，设计初期消除炉内冷区的效果肯定也要打折扣。

2.2 第二次改造

第一次改造后，虽然使用效果还不错，但还是存在一些问题，比如备件不统一、消除冷区效果打折扣等。为此，对11#水冷炉壁进行了进一步改造。经过对以前烧漏水的11#水冷炉壁（包括第一次改进后的11#水冷炉壁）进行统计，发现烧损部位（如图7所示）都位于氧枪铜盘下方位置。

图7 11#水冷炉壁烧损部位

因为所有氧枪氧流反射烧损部位都位于氧枪铜盘下方位置，所以大胆决定将这个部位的水冷管全部去除，上线后留下来的缺损空隙直接用耐火炉砖砌筑，耐火炉砖是不怕氧枪氧流反射的，这样氧枪氧流反射烧漏水冷炉壁的问题就可以解决了。

在保证大水冷铜盘安装尺寸前提下，对11#水冷炉壁又重新进行了设计，将氧枪铜盘下方的水冷管全部去除，且还要尽量保证以前向炉内凸出的装枪位置。经过综合考虑，最终确定了一套最优设计方案（如图8所示）。该方案既保证了原来大水冷铜盘的安装尺寸，装枪位置也只比原设计向炉外缩短了约90 mm，完全可以保证氧枪消除冷区的工作效能。

图8 去除铜盘下方水冷管的11#水冷炉壁

第二次改造后的11#水冷炉壁最终于2018年6月27日上线试验，截止到2018年10月31日，冶炼炉数超2 500炉，未发生氧枪氧流反射烧漏11#水冷炉壁事故。试验证明此次对11#水冷炉壁的改造是非常成功的，保证了电炉的高效运行。

3 改进效果

经过第二次的改造，截止到2019年6月31日，电炉11#水冷炉壁没有发生过一次氧枪氧流反射烧漏水事故。因此，制约电炉冶炼节奏的11#水冷炉壁经常被氧枪氧流反射烧漏水问题得到了彻底解决，大大减少了电炉设备故障热停时间，为电炉快速达产创效创造了有利条件。据统计，在电炉满负荷生产状态下，2019年5—8月电炉各项指标比改进前的2018年1—4月有了较大提高（见表2）。

表2 电炉各项指标对比

后来，又对同样装有氧枪的3#、6#水冷炉壁进行了相似的改造（如图9所示），去除了氧枪铜盘下方的水冷管，彻底消除了氧枪氧流反射烧漏水冷炉壁的隐患，为电炉降本增效提供了有力的设备保障。

图9 改进前后的3#、6#水冷炉壁

4 效益分析

电炉机组日均产量2 500 t，小时产钢量104 t，改进前按照表1统计的热停时间计算，11#水冷炉壁烧漏水热停时间每月平均529 min，约8.8 h；每月影响电炉炼钢约900 t，每年减产约10 000 t，电炉吨钢利润按100元计算，年增效为100万元。

另外，改造前半年，更换了12件11#水冷炉壁；改造后，11#水冷炉壁按照3 000炉的设计使用炉数，将寿命周期定为半年，每半年只需更换2件（两套炉壳），每件11#水冷炉壁单价按照1.5万元计算，每年直接节约资金约30万元。

5 结语

此次电炉水冷炉壁的改造方案及设计手法为国内同类型电炉炼钢厂中首次采用，而且使用效果非常好，得到了国内同行及相关冶金设计院的高度认可。本次改进方案具有广泛的通用普及性，同类型电炉炼钢厂都可以借鉴使用，未来的社会效益一定非常可观。