CN101706200B - 一种电弧炉耐火材料的养护方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电弧炉耐火材料的养护方法及系统。上述方法包括以下步骤：检测电弧炉炉底的温度、底吹系统座砖周边的温度和/或底吹系统内部的温度；在冶炼作业前，当电弧炉炉底的温度或底吹系统座砖周边的温度大于或等于第一预定温度，或者底吹系统内部的温度大于或等于第二预定温度时，进行耐火材料养护作业；在冶炼过程中，当电弧炉炉底的温度或底吹系统座砖周边的温度大于或等于第三预定温度，或者底吹系统内部的温度大于或等于第四预定温度时，停止冶炼作业并进行炉体更换作业。上述养护系统包括：温度检测单元、温度判断单元和养护控制单元。采用上述方法和系统，能够及时地进行耐火材料养护，更好地发挥耐火材料的调节作用，有效节约冶炼成本。

Description

一种电弧炉耐火材料的养护方法及系统

技术领域

本发明涉及一种耐火材料的养护方法及系统，尤其是涉及一种用于对电弧炉中的耐火材料进行养护的方法及系统。

背景技术

普通电弧炉冶炼不锈钢的主要缺点是熔池搅拌能力低，导致废钢、合金料熔化慢，渣与钢液反应不完全，冶炼时间长，能耗高等。而电弧炉底吹是在炉底安装供气元件，吹入惰性气体，以强化熔池搅拌，改善熔池动力学条件，可降低电耗、降低铁合金及电极消耗，缩短冶炼时间，提高脱碳效率，提高金属收得率，有良好的经济效果。

在电弧炉中，其炉底均是由耐火砖等材料砌成，可以称为炉底永久层，在该炉底永久层的上方(即电弧炉的炉床上)施工耐火材料(例如白云石质捣打料等)，直接接触钢水，称为工作层。电弧炉底吹系统一般由多组透气座砖构成，分别设置在炉底中；该透气座砖一般由四块镁碳质耐火砖组成，厚度一般是150+200×3＝750mm，并且所采用的耐火砖均为中空结构。透气芯为单独的结构，插在透气座砖的中空结构中，透气芯为整体成型，通过其内部预埋的钢管可以实现向电弧炉内送气的功能。上述底吹系统一般是采用奥地利Radex公司的DPP系统。在作业过程中，一般地，气体选择为氩气、氮气、天然气等气体，在装料后，分别设定每个透气座砖的流量，然后进行不锈钢的冶炼。

在电弧炉冶炼不锈钢工艺中，底吹系统的使用及管理较为困难，目前在用的大部分底吹系统均由于管理困难、效果不明显而导致启动率低。而且，目前也未见有关如何在不锈钢冶炼中对电弧炉底吹系统进行耐火材料养护管理的公开。而且，在冶炼过程中，没有很好的办法能够及时地了解、检测电弧炉内部耐火材料的消耗情况，这对电弧炉是一个潜在的威胁。当冶炼过程中耐火材料消耗过度时，很容易在没有任何先兆的情况下发生漏钢事故，这对于冶炼作业，特别是操作人员的人身安全是一个极大的威胁。

因此，如何进行底吹系统的耐火材料的养护，使其真正起到改善不锈钢冶炼工艺，提高生产效率及金属收得率的效果，同时能够实时地对电弧炉中耐火材料的消耗情况进行检测，降低耐火材料使用成本是本领域亟待解决的问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种电弧炉耐火材料的养护方法及系统，通过对温度的检测，控制耐火材料的养护作业，能够及时、有效地对电弧炉中的耐火材料进行养护，延长电弧炉的使用寿命。

为达到上述目的，本发明首先提供了一种电弧炉耐火材料的养护方法，其中，该方法包括以下步骤：

检测电弧炉炉底的温度、底吹系统座砖周边的温度和/或底吹系统内部的温度；

在冶炼作业前，判断电弧炉炉底的温度或底吹系统座砖周边的温度是否大于或等于第一预定温度，或者判断底吹系统内部的温度是否大于或等于第二预定温度，如果是，则进行耐火材料养护作业；

在冶炼过程中，判断电弧炉炉底的温度或底吹系统座砖周边的温度是否大于或等于第三预定温度，或者判断底吹系统内部的温度是否大于或等于第四预定温度，如果是，则停止冶炼作业并进行炉体更换作业。

在本发明提供的上述养护方法中，电弧炉炉底的温度是电弧炉的炉壳温度，可以通过对炉底永久层的温度进行检测得到；底吹系统座砖周边的温度是指座砖不与透气芯(底吹口)接触的一侧(即座砖外侧)的温度，可以通过对座砖周边所填充的耐火材料的温度进行检测得到；底吹系统内部的温度是指由外部供气系统向电弧炉炉膛内送气的底吹口处的温度，可以通过对透气芯与座砖接触的一侧的温度进行检测得到。

在电弧炉中，炉底永久层一般都是由多层砌砖构成的，在永久层之上是工作层，一般是通过填充一定厚度的耐火材料(例如白云石质捣打料等)形成。当耐火材料的厚度不同时，炉底永久层的温度也会不同，耐火材料越厚，炉底永久层的温度越低，因此，本发明提供的耐火材料养护方法通过检测炉底的温度可以不停炉，就可以及时地了解电弧炉炉底耐火材料的情况，从而根据具体情况进行耐火材料的养护。同样地，耐火材料的厚度也会影响到底吹系统座砖以及底吹系统内部(底吹口)的温度，因此，通过检测这两处的温度也可以反映耐火材料的情况。本发明提供的上述养护方法中，在进行冶炼作业前，对炉底、座砖周边以及底吹系统内部的温度进行检测，然后与各个预定温度进行比较判断，并根据比较判断的结果确定是否需要进行耐火材料养护作业，而冶炼作业在耐火材料养护作业完成之后再进行；在冶炼作业过程中，仍对上述各位置的温度进行检测并与预定温度进行比较判断(可以每隔一定的时间间隔获取检测温度，然后进行比较)，当温度超过了第一预定温度或第二预定温度，但是没有超过第三预定温度或第四预定温度时，可以继续进行冶炼作业，待此次冶炼作业完成后进行相应的作业；当检测到的温度过高(即高于或等于第三预定温度或第四预定温度时)时，可以立即停止冶炼作业并进行炉体更换作业，也可以根据冶炼进程，在此次冶炼作业结束之后进行炉体更换作业。

当炉底的温度、座砖周边的温度和/或底吹系统内部的温度达到一定的温度值(在本发明中是指第一预定温度和第二预定温度)时，就意味着耐火材料已经消耗了一定的厚度，就需要进行养护。在本发明提供的上述养护方法中，优选地，第一预定温度为400℃，第二预定温度为600℃，耐火材料养护作业是指向电弧炉内添加耐火材料进行维护，添加量以每个底吹系统座砖的周边添加1-3吨计。耐火材料消耗的越多，炉底的温度、座砖周边的温度和/或底吹系统内部的温度也就相应的越高，这些所需要补充的耐火材料的量也就越多，因此，在本发明提供的上述养护方法中，更优选地，第一预定温度为440℃，第二预定温度为650℃(也可以分别定义为第五预定温度和第六预定温度)，耐火材料养护作业中，耐火材料的添加量以每个底吹系统座砖的周边添加3-7吨计。在上述方法中，耐火材料的养护作业可以通过本领域常用的加料方式实现，例如通过电弧炉的料斗、进料车等。而炉体更换作业也可以采用本领域中常用的方式进行，例如人工进行更换。

在本发明提供的上述养护方法中，优选地，在进行耐火材料养护作业之前，对电弧炉进行洗炉作业。该洗炉作业是在电弧炉冶炼领域中常用的作业，即将炉内的所有的金属残余物全部溶解，以利于耐火材料养护作业的顺利进行。

当炉底的温度、座砖周边的温度和/或底吹系统内部的温度达到一定的温度值(在本发明中是指第三预定温度和第四预定温度)时，就意味着耐火材料已经消耗了较多的量，此时继续进行冶炼作业，将有可能危及电弧炉的安全，有可能造成漏钢事故，因此，此时应停止电弧炉冶炼作业(在生产中，冶炼作业一般都是一次接一次连续进行的，如果温度超过预定温度的幅度不大，也可以在该次冶炼作业之后停止作业)，进行炉体更换作业。在本发明提供的上述养护方法中，优选地，第三预定温度为480℃，第四预定温度为700℃。

本发明还提供了一种电弧炉耐火材料的养护系统，其中，该系统包括：

温度检测单元，用于检测电弧炉炉底的温度、底吹系统座砖周边的温度和/或底吹系统内部的温度；

温度判断单元，用于判断检测得到的电弧炉炉底的温度或底吹系统座砖周边的温度是否大于或等于第一预定温度，判断底吹系统内部的温度是否大于或等于第二预定温度，判断电弧炉炉底的温度或底吹系统座砖周边的温度是否大于或等于第三预定温度，判断底吹系统内部的温度是否大于或等于第四预定温度；

养护控制单元，用于对电弧炉进行养护作业或者炉体更换作业。

在本发明提供的上述养护系统中，优选地，上述温度检测单元包括至少3个温度检测装置，分别用于检测电弧炉炉底的温度、底吹系统座砖周边的温度和/或底吹系统内部的温度。温度检测单元(温度检测装置)主要是对不同位置的温度进行检测，以获得温度数值，本领域中任何能够检测温度的设备，例如常用的热电偶等，均可以作为上述温度检测单元(温度检测装置)。

在本发明提供的上述养护系统中，优选地，用于检测电弧炉炉底的温度的温度检测装置包括5-10个热电偶，该热电偶分别设置在电弧炉炉底外壳中，即电弧炉炉底永久层中；

优选地，用于检测底吹系统座砖周边的温度的温度检测装置包括3-6个热电偶，该热电偶分别设置在每个底吹系统座砖与电弧炉炉床上的耐火材料之间，或者底吹系统座砖与电弧炉炉底永久层之间填充的耐火材料中；

优选地，用于检测底吹系统内部的温度的温度检测装置包括3-6个热电偶，该热电偶分别设置在每个底吹口的透气芯与底吹系统座砖之间；在电弧炉中，透气芯与座砖是分开安装的，不可能做到严丝合缝，透气芯与座砖之间必须填充有耐火材料(例如镁碳质捣打料等)进行填缝，上述热电偶可以插入填缝的镁碳质捣打料等耐火材料中。

在本发明提供的上述养护系统中，温度判断单元是用于将检测到的温度值与对应的预定温度值进行比较，以确定其大小关系，由此来决定是否需要进行养护作业或者炉体更换作业。该温度判断单元接收温度检测单元所检测到的温度值之后，将该温度值与预定温度值进行比较判断，根据不同的比较判断结果，该温度判断单元向养护控制单元发出不同的信号或指令，然后由养护控制单元进行下一步作业。在本领域中，凡是能够实现上述功能的装置、设备等均可以作为温度判断单元使用。该温度判断单元也可以连接一显示装置，以将温度检测单元检测的温度以及比较判断结果均予以显示，同时，还可以显示不同比较判断结果所对应的不同警报，并且，还可以再连接一蜂鸣器，在温度较高时发出蜂鸣声，以提醒作业人员。

在本发明提供的上述养护系统中，养护控制单元是用于进行耐火材料养护作业或炉体更换作业的单元。与温度判断单元一样，该养护控制单元也可以采用本领域中常用的设备、装置等；为了便于耐火材料养护作业或者炉体更换作业的进行，该养护控制单元可以具有相应的作业装置，这些装置也都可以是本领域中常用的装置，例如，该养护控制单元可以包括一个耐火材料添加装置(例如电弧炉中常用的料斗、进料车等)，以便向电弧炉中添加耐火材料。

当检测到的温度达到或高于预定温度时，该温度判断单元可以向养护控制单元发出信号或者指令，然后由养护控制单元根据具体情况进行耐火材料养护作业或者炉体更换作业。根据温度判断单元发出的信号或指令的不同，养护控制单元会给出具体作业信号或指令，并进行相应的作业。当炉底的温度或座砖周边的温度高于400℃，或者底吹系统内部的温度高于600℃时，养护控制单元发出对耐火材料进行养护作业的信号或指令，然后由耐火材料添加装置等向电弧炉内添加耐火材料，并控制耐火材料的添加量，例如将添加量以每个底吹系统座砖的周边添加1-3吨计；当炉底的温度或座砖周边的温度高于440℃，或者底吹系统内部的温度高于650℃时，养护控制单元发出对耐火材料进行养护作业的信号或指令，然后由耐火材料添加装置等向电弧炉内添加耐火材料，并控制耐火材料的添加量，例如将添加量以每个底吹系统座砖的周边添加3-7吨计；当炉底的温度或座砖周边的温度高于480℃，或者底吹系统内部的温度高于700℃时，养护控制单元发出停止作业并进行炉体更换作业的信号或指令，然后对电弧炉进行紧急停止，并进行炉体更换作业。

本发明提供的上述耐火材料养护方法和系统适用于任何电弧炉的耐火材料养护，适用各种不同种类的原料及不同的工艺流程进行钢铁冶炼。

通过采用本发明提供的上述耐火材料的养护方法和系统，能够及时地了解耐火材料的消耗情况，及时地进行耐火材料的养护，更好地发挥耐火材料对钢铁冶炼的调节作用，有效地节约了钢铁冶炼成本，同时也避免出现由于耐火材料消耗过度而导致的漏钢事故的发生，保护了电弧炉，尤其是作业人员的安全，延长了电弧炉的使用寿命。

附图说明

图1是实施例1提供的耐火材料养护系统中热电偶的设置位置示意图。

附图标号说明：

底吹座砖1  透气芯2  炉体永久层3  炉床捣打料4

填缝捣打料5  温度检测装置6、7、8

具体实施方式

以下通过具体实施例详细说明本发明的具体实施方案和所带来的有益效果，旨在帮助阅读者更好地理解本发明的精神实质，但不能理解为对本发明的实施范围的任何限定。

实施例1  耐火材料养护系统

本实施例提供了一种耐火材料的养护系统，该养护系统是用于一个容量为140吨的大型电弧炉，该电弧炉的底吹系统中设置三个底吹口(即包括三组座砖)。该底吹系统的底吹口部分使用的透气砖长度为750mm，电炉炉底永久层为砌砖，4层共260mm，工作层为白云石质捣打料，总用量为65吨，厚度为450-500mm。

本实施例提供的养护系统包括温度检测单元、温度判断单元和养护控制单元。其中：

温度检测单元包括3个温度检测装置，分别用于检测电弧炉炉底的温度、底吹系统座砖周边的温度和/或底吹系统内部的温度。图1所示的各个温度检测装置的热电偶的具体设置的示意图。用于检测电弧炉炉底的温度的温度检测装置6包括7个热电偶(可以分别以1-7予以编号)，该热电偶分别设置在电弧炉炉底永久层3中，围绕炉体圆周均匀分布；用于检测底吹座砖1周边的温度的温度检测装置7包括3个热电偶(可以分别以8-10予以编号)，该热电偶分别设置在每个座砖1与电弧炉炉底永久层3之间填充的耐火材料中(该耐火材料是炉底永久层3之上的炉床捣打料4的一部分)；用于检测底吹系统内部的温度的温度检测装置8包括3个热电偶(可以分别以A、B、C予以编号)，该热电偶分别设置在每个底吹口的透气芯2与底吹座砖1之间填充的填缝捣打料5中。

温度判断单元，将1-10号以及A、B、C号热电偶检测到的温度分别与对应的各个预定温度进行比较，判断检测到的温度是否大于或等于预定温度，并根据判断结果的不同，向养护控制单元发出指令或信号；该温度判断单元还包括一显示装置以及蜂鸣器。

养护控制单元，用于对电弧炉进行耐火材料养护作业或者炉体更换作业。当温度判断单元发出指令或信号之后，养护控制单元根据具体的情况进行不同的作业。为了便于养护作业以及炉体更换作业的进行，该养护控制单元可以具有相应的设备或者装置。

实施例2  耐火材料养护方法

本实施例提供了一种耐火材料的养护方法，其是基于实施例1提供的耐火材料养护系统的具体养护方法。该方法包括：

1、获取1-10号以及A-C号热电偶检测的温度；

2、在冶炼作业前，将上述检测的温度分别与第一预定温度、第二预定温度进行比较判断：当1-10号检测到的温度达到400℃(第一预定温度)或A-C号检测到的温度达到600℃(第二预定温度)时，炉底工作层可用残存大约为200-250mm，温度判断单元的显示装置显示黄色警报，并向养护控制单元发出信号，然后由养护控制单元控制对电弧炉进行洗炉作业，并在洗炉作业之后向电弧炉中投入白云石质捣打料3-9吨进行维护，每个座砖周边分别投入1-3吨；

当1-10号检测到的温度达到440℃(第一预定温度)或A-C号检测到的温度达到650℃(第二预定温度)时，炉底工作层可用残存大约为100-200mm，温度判断单元的显示装置显示橙色警报，并向养护控制单元发出信号，然后由养护控制单元控制对电弧炉进行洗炉作业，并在洗炉作业之后向电弧炉进行洗炉作业之后，向电弧炉中大量投入白云石质捣打料9-21吨进行维护，每个座砖周边分别投入3-7吨，投料过少时不能起到保护的效果，投料过多时耐材烧结时间长，且可能堵塞透气芯；

3、在冶炼作业过程中，将检测到的温度分别与第三预定温度、第四预定温度进行比较判断：当1-10号检测到的温度达到480℃(第三预定温度)或A-C号检测到的温度达到700℃(第四预定温度)时，炉底残存大约为50-100mm，炉体不能使用，有漏钢的事故隐患，此时，温度判断单元的显示装置显示红色警报，并向养护控制单元发出信号，然后由养护控制单元控制停止电弧炉的冶炼作业，进行炉体更换作业。

在未采用实施例1和2提供的耐火材料养护系统和方法时，耐火材料热间保修困难，效果差；作业初期底吹系统上线使用190炉后发生漏钢事故，给生产带来不利影响，底吹电炉寿命最高388炉，吨钢耐材消耗4.63美元；通过采用实施例1和2提供的耐火材料养护系统和方法之后，底吹电炉的寿命提高到520炉，吨钢消耗耐材减少到3.8美元，具有可观的经济效应；同时，提高电炉作业生产性，耐火材料投料保修时间平均减少0.7min/炉。

实施例3

本实施例是采用实施例1和实施例2提供的耐火材料的养护系统及方法的具体例子。

电弧炉装料前，B号热电偶测得底吹系统内部的温度为603℃，达到保修基准，投入16吨白云石质耐火捣打料进行耐火材料养护作业，然后再进行冶炼作业。冶炼作业中，总装入量130吨，分二次装料，其中废不锈钢比约25％(以总装入量计)，碳钢约43吨，铬铁约31吨，镍铬生铁约20吨，纯镍约4.5吨，冶炼钢种316L，进行一般作业：一次装料约89吨，底吹实际流量为60NL/min，石灰使用约4536Kg，通电22041KWh，作业时间25分钟；二次装料约41吨，底吹实际流量为50NL/min，15分钟后流量为60NL/min直至作业结束，出汤时流量调整为50NL/min；期间石灰使用约5534Kg，通电29614KWh，作业时间32分钟。

在实施例中，电炉总作业时间57分钟，出汤结束后，炉底B号热电偶检测的温度降低到580℃，A号、C号热电偶检测的温度也降低约10℃。温度降低说明投入的耐火材料对电弧炉起到了有效的保护作用，这有利于延长电弧炉的使用寿命。

实施例4

电弧炉装料前，B号热电偶测得底吹系统内部的温度为656℃，高于650℃，投入15吨白云石质耐火捣打料，然后再进行冶炼作业。冶炼作业中，总装入量110吨，分二次装料，其中碳钢约5吨，镍铬生铁约105吨，冶炼钢种304，进行脱磷作业：一次装料约62吨，底吹实际流量为60NL/min，石灰使用约7149Kg，通电21225KWh，作业时间34分钟；二次装料约48吨，底吹实际流量为50NL/min，15分钟后流量为60NL/min，继续通电5分钟后流量调整到80NL/min直至作业结束，出汤时流量调整为50NL/min；期间石灰使用7285Kg，通电10655KWh，作业时间48分钟。

在实施例中，电炉总作业时间82分钟，出汤结束后，炉底B号热电偶检测的温度降低到649℃，A号热电偶检测的温度也降低16℃，C号热电偶检测的温度为496℃。

Claims (10)

1.一种电弧炉耐火材料的养护方法，其中，该方法包括以下步骤：

在冶炼作业前，检测电弧炉炉底的温度、底吹系统座砖周边的温度和/或底吹系统内部的温度，判断电弧炉炉底的温度或底吹系统座砖周边的温度是否大于或等于第一预定温度，或者判断底吹系统内部的温度是否大于或等于第二预定温度，如果是，则进行耐火材料养护作业；

在冶炼过程中，检测电弧炉炉底的温度、底吹系统座砖周边的温度和/或底吹系统内部的温度，判断电弧炉炉底的温度或底吹系统座砖周边的温度是否大于或等于第三预定温度，或者判断底吹系统内部的温度是否大于或等于第四预定温度，如果是，则停止冶炼作业并进行炉体更换作业。

2.如权利要求1所述的养护方法，其中，所述第一预定温度为400℃，第二预定温度为600℃，所述耐火材料养护作业是指向电弧炉内添加耐火材料进行养护，添加量以每个底吹系统座砖的周边添加1-3吨计。

3.如权利要求1所述的养护方法，其中，所述第一预定温度为440℃，第二预定温度为650℃，所述耐火材料养护作业是指向电弧炉内添加耐火材料进行养护，添加量以每个底吹系统座砖的周边添加3-7吨计。

4.如权利要求1所述的养护方法，其中，第三预定温度为480℃，第四预定温度为700℃。

5.如权利要求1所述的养护方法，其中，在进行所述耐火材料养护作业之前，对电弧炉进行洗炉作业。

6.一种电弧炉耐火材料的养护系统，其中，该系统包括：

温度检测单元，用于检测电弧炉炉底的温度、底吹系统座砖周边的温度和/或底吹系统内部的温度；

温度判断单元，用于判断检测得到的电弧炉炉底的温度或底吹系统座砖周边的温度是否大于或等于第一预定温度，判断底吹系统内部的温度是否大于或等于第二预定温度，判断电弧炉炉底的温度或底吹系统座砖周边的温度是否大于或等于第三预定温度，判断底吹系统内部的温度是否大于或等于第四预定温度；

养护控制单元，用于对电弧炉进行养护作业或者炉体更换作业。

7.如权利要求6所述的系统，其中，所述温度检测单元包括3个温度检测装置，分别用于检测电弧炉炉底的温度、底吹系统座砖周边的温度和底吹系统内部的温度。

8.如权利要求7所述的系统，其中，用于检测电弧炉炉底的温度的温度检测装置包括5-10个热电偶，所述热电偶分别设置在电弧炉炉底外壳中。

9.如权利要求7所述的系统，其中，用于检测底吹系统座砖周边的温度的温度检测装置包括3-6个热电偶，所述热电偶分别设置在每个所述底吹系统座砖与电弧炉炉床上的耐火材料之间，或者底吹系统座砖与电弧炉炉底永久层之间填充的耐火材料中。

10.如权利要求7所述的系统，其中，用于检测底吹系统内部的温度的温度检测装置包括3-6个热电偶，所述热电偶分别设置在每个底吹口的透气芯与底吹系统座砖之间。

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