在煉鋼生產(chǎn)中如何降低石墨電極消耗

魯立華

中國石化集團(tuán)江漢石油管理局 第四機(jī)械廠 （湖北 潛江 434024）

在煉鋼生產(chǎn)中如何降低石墨電極消耗

魯立華

中國石化集團(tuán)江漢石油管理局 第四機(jī)械廠 （湖北 潛江 434024）

石墨電極消耗率是電爐煉鋼生產(chǎn)的一個重要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。近年來我廠1.5t電弧爐煉鋼生產(chǎn)中，石墨電極消耗率呈現(xiàn)上升趨勢。針對這一問題，我們實施現(xiàn)場攻關(guān)，發(fā)現(xiàn)電極折斷消耗是石墨電極消耗大的主要原因。通過對電弧爐設(shè)備大修、改善煉鋼環(huán)境、規(guī)范爐前操作行為，有效地解決了煉鋼生產(chǎn)中電極折斷消耗高的問題，使石墨電極消耗率從18.7kg/t降低到8.4kg/t，且取得了良好的技術(shù)效果和經(jīng)濟(jì)效益。

電弧爐煉鋼 石墨電極 折斷消耗 自然消耗

電弧爐煉鋼是集技術(shù)性、危險性、辛苦性于一體的行業(yè)。電弧爐是電爐煉鋼的主要設(shè)備。其原理類似于電焊機(jī)焊接金屬。金屬爐料相當(dāng)于焊件，電極相當(dāng)于電焊條，在電爐煉鋼過程中起傳輸電流和引發(fā)電弧的作用。金屬爐料就是在 5 000℃以上的電弧加熱下被熔化為鋼水的。石墨電極主要以石油焦為原料，以瀝青作黏接劑，經(jīng)煅燒、高壓成型、焙燒、機(jī)加工而制成，其價格昂貴，它是電爐煉鋼過程中的重要消耗品之一。

1 面臨的主要問題

（1）近兩年來我廠在煉鋼生產(chǎn)中石墨電極消耗率呈上升趨勢，尤其是 2009年 9～12月上升到18.7kg/t。

（2）石墨電極屬于貴重材料價值高，生產(chǎn)成本大幅度增加。

（3）目前我國生產(chǎn)超高功率石墨電極的主要原料——針狀石油焦仍需從國外進(jìn)口，我國目前高功率和超高功率石墨電極的原料嚴(yán)重短缺。

2 石墨電極消耗現(xiàn)狀統(tǒng)計分析

2.1 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

在電弧爐煉鋼過程中電極消耗形式一般有自然消耗、折斷消耗、殘頭消耗、接頭破損消耗等幾類。為了解決石墨電極消耗高的問題，我們重點(diǎn)對2009年9～12月的石墨電極的各種形式的消耗數(shù)據(jù)做了歸納整理，見表1。

表1 2009年9～12月石墨電極消耗情況統(tǒng)計表

從表1中可以看出,折斷消耗占55.8%，自然消耗占38.2%，兩項之和占電極消耗量總數(shù)的94.0%。因此，我們認(rèn)為要降低石墨電極消耗應(yīng)從以上兩項入手。

2.2 石墨電極消耗高的主要因素

2009年9 ～12月廠冶煉鋼水284.12t，電極折斷消耗、自然消耗率分別為10.43kg／t和7.14kg／t。據(jù)冶金行業(yè)資料介紹：正常狀態(tài)下折斷消耗和自然消耗分別占總消耗的5%和80%左右。我們將廠下達(dá)9.0kg/t的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)加以轉(zhuǎn)換，則折斷消耗和自然消耗理想指標(biāo)應(yīng)為0.45kg/t和7.2kg/t，而實際折斷消耗和自然消耗指標(biāo)為10.43kg/t和7.14kg/t?？煽闯鲎匀幌穆试诶硐胫狄詢?nèi)且低于理想值，說明電極自然消耗處在受控狀態(tài)，而折斷消耗率卻大幅度超過理想值。由此得出結(jié)論，石墨電極消耗率高的主要因素是折斷消耗。

3 折斷消耗原因分析

針對石墨電極折斷消耗高這一主要問題，技術(shù)人員與現(xiàn)場操作員工對折斷消耗原因進(jìn)行了反復(fù)確認(rèn)，確定主要原因有以下4點(diǎn)。

3.1 電極橫臂傾斜

電極夾持器懸臂不正時導(dǎo)致電極傾斜，偏離電極孔中心，上下運(yùn)動過程中與耐火磚發(fā)生“打架”現(xiàn)象，電極因受到摩擦力而被折斷。經(jīng)現(xiàn)場確認(rèn)，在用的1.5t電弧爐距上次大修后已有5a的運(yùn)行經(jīng)歷，加之電爐工作環(huán)境惡劣，常年在高溫、粉塵和腐蝕性氣體的環(huán)境下運(yùn)行，各種部件已嚴(yán)重氧化、變形?，F(xiàn)場檢測，夾持器橫臂傾斜距離達(dá)15mm以上（如圖1所示）。

圖1 電極傾斜示意圖

3.2 爐蓋電極孔嚴(yán)重變形

爐蓋電極孔長期受高溫鋼水的烘烤和氧化的影響，不斷出現(xiàn)漏水現(xiàn)象。補(bǔ)焊多次后，已使電極孔嚴(yán)重變形，造成電極孔耐火磚錯位。電極緊靠著耐火磚作垂直運(yùn)動時與耐火磚產(chǎn)生嚴(yán)重摩擦，電極發(fā)生折斷。

3.3 夾持器內(nèi)孔不平整

夾持器內(nèi)孔不光滑，凹凸不平，與石墨電極存在點(diǎn)接觸。該接觸部位電流密度急劇增大，往往產(chǎn)生幾倍甚至幾十倍的電流而引發(fā)電弧發(fā)生，電極打火現(xiàn)象。打火嚴(yán)重時會將電極打斷，生產(chǎn)過程中這種現(xiàn)象非常普遍。夾持器每打火一次，都會將夾持器內(nèi)孔表面破壞一次，破壞的表面又加劇了打火，如此形成惡性循環(huán)。當(dāng)夾持器內(nèi)孔破壞到一定程度時就會頻繁打火。經(jīng)現(xiàn)場檢查3個夾持器有2個內(nèi)孔已嚴(yán)重凹凸不平，電極折斷現(xiàn)象頻繁發(fā)生。

3.4 煉鋼現(xiàn)場光線太暗

電弧的沖擊和震動，使電極接頭易出現(xiàn)松動，加之煉鋼作業(yè)均在夜間進(jìn)行，煉鋼現(xiàn)場煙霧、粉塵嚴(yán)重，照明度達(dá)不到要求，影響爐前工觀察電極松動情況，因電極接頭松動脫落導(dǎo)致電極折斷。

4 技術(shù)方案確定及實施

根據(jù)以上分析結(jié)果，石墨電極折斷消耗高的主要原因是：電極橫臂傾斜、爐蓋電極孔嚴(yán)重變形、夾持器內(nèi)孔不平整光潔、煉鋼現(xiàn)場光線太暗，針對這些影響因素，我們制定了技術(shù)方案。

4.1 電弧爐大修

我們邀請電爐生產(chǎn)廠專業(yè)人員來廠作現(xiàn)場技術(shù)指導(dǎo)，分廠組織技術(shù)人員、維修鉗工、煉鋼工等10多人對電弧爐機(jī)械傳動裝置進(jìn)行了大修。

（1）更換了升降機(jī)構(gòu)的鼓輪：使升降裝置在立柱上平穩(wěn)運(yùn)行；

（2）調(diào)整了鼓輪與立柱上滑動槽之間的間隙：將單邊間隙調(diào)整為1mm（電弧爐生產(chǎn)廠家規(guī)定為1～ 2mm）,使鼓輪在立柱上的垂直運(yùn)動方向不再發(fā)生傾斜；

（3）校正了電極橫臂與立柱的垂直度，橫梁完全垂直于電極孔軸線，保證了電極在電極孔內(nèi)上下周邊間距完全均勻一致；

（4）更換了水冷銅管與立柱連接處的絕緣材料，增加了電爐運(yùn)行的安全性和可靠性；

（5）對傾爐油缸、爐蓋提升汽缸進(jìn)行了拆卸、清洗和維護(hù)。

通過對電弧爐的大修，徹底改善了電極運(yùn)行的工作環(huán)境和性能，從設(shè)備上消除對電極折斷的影響。符合電爐生產(chǎn)廠家規(guī)定允許的電極傾斜距離≤2.0mm的要求。

4.2 減小夾持器內(nèi)孔表面粗糙度

為了減小夾持器內(nèi)孔粗糙度。用鋼絲刷清除夾持器內(nèi)孔沾附的銅屑、灰塵等，保持內(nèi)孔的清潔；用手提砂輪機(jī)、銼刀磨平夾持器內(nèi)壁，將內(nèi)孔表面粗糙度控制在Ra12.5μm以下；制定夾持器使用規(guī)定（即在無嚴(yán)重打火的前提下，做到“每天清掃，每月打磨，半年更新”）。設(shè)備員定期或不定期檢查。

4.3 校正爐蓋電極孔

對爐蓋電極孔凹凸不平處進(jìn)行了補(bǔ)焊、打磨及水壓試驗，但在使用過程中仍頻頻出現(xiàn)漏水現(xiàn)象。最終我們將使用多年的爐蓋進(jìn)行了更換，徹底消除了因爐蓋電極孔變形、補(bǔ)焊焊縫對電極運(yùn)行造成的不利影響。

4.4 提高煉鋼現(xiàn)場照明度

電爐運(yùn)行時電弧的沖擊和震動作用，使電極接頭經(jīng)常出現(xiàn)松動。為了提高現(xiàn)場照明度以減少因接頭脫扣造成的電極折斷現(xiàn)象，一工間改用大功率燈泡，二增加燈泡數(shù)量。采取以上措施后，煉鋼現(xiàn)場光線明亮，爐前工可清晰看到電弧爐運(yùn)行狀況，再未發(fā)生因接頭脫扣造成的電極折斷現(xiàn)象。

5 實施效果

5.1 經(jīng)濟(jì)效益

電極節(jié)約價值：市場價格14 000元/t左右,2010年4月至2010年12月冶煉鋼水1 980t，則計算期內(nèi)：節(jié)省電極消耗成本=電極價格×(活動前電極消耗率－活動后電極消耗率)×計算期內(nèi)鋼水噸位=14元/kg×（18.7kg/t－8.4kg/t）×1 980t=285 516元。攻關(guān)支出費(fèi)用：技術(shù)指導(dǎo)費(fèi)4 000元,更換零部件33 260元,其它2 350元,合計：39 610元。4～12月實際節(jié)約成本=電極節(jié)約價值-攻關(guān)支出費(fèi)用=285 516元-39 610元=245 906元。

5.2 社會效益

石墨電極在我國屬于貴重緊俏物質(zhì)，目前我國生產(chǎn)石墨用原材料——針狀石油焦還需從國外進(jìn)口。特別是高功率和超高功率石墨電極嚴(yán)重缺乏。對此問題的有效解決，為國家節(jié)約資源、為廠節(jié)本降耗做出了可喜的貢獻(xiàn)。

6 結(jié)束語

降低電極消耗率課題的完成，使?fàn)t前工勞動強(qiáng)度大大降低，員工身受其益。同時小組成員深刻體會到采用PDCA循環(huán)方法，解決生產(chǎn)實際問題的重要性。不僅積累了電弧爐的操作經(jīng)驗，同時也提高了員工的技術(shù)攻關(guān)能力和積極參與管理的積極性，而且還取得了約25萬元的可觀經(jīng)濟(jì)效益。為了規(guī)范爐前操作行為，我們重新修訂了工藝操作規(guī)程《電弧爐煉鋼工藝守則》，下發(fā)到班組遵照執(zhí)行，實行標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)。真正做到讓標(biāo)準(zhǔn)代替習(xí)慣，使習(xí)慣達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化，讓結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)，將石墨電極消耗量控制在或接近于理想狀態(tài)。

The consumption rate of graphite electrode is one important technical and economic index in the steelmaking production of electric furnace.In the steelmaking production of 1.5t electric-arc furnace of our factory in recent years,the consumption rate of graphite electrode took on the rising trend.According to this problem,the field research in our factory was carried out,finding that the main cause of large consumption about graphite electrode is the fracture consumption of electrode.By repairing the electric arc devices widely,improving the environment of steelmaking,and normalizing the operation behavior before the furnace,the problem about the high consumption of electrode fracture in the steelmaking production has been solved,together with the consumption rate of graphite electrode being reduced from 18.7kg/t to 8.4kg/t,and the better technical effects and economic benefits being achieved.

the steelmaking of electric-arc furnace;graphite electrode;fracture consumption;natural consumption

魯立華 （1957-），女，1983年畢業(yè)于江漢石油學(xué)院礦場機(jī)械專業(yè)?，F(xiàn)在中國石化集團(tuán)江漢石油管理局第四機(jī)械廠從事質(zhì)量管理工作。

張簫鈴

2011-01-06