在炼钢生产中如何降低石墨电极消耗

鲁立华

中国石化集团江汉石油管理局 第四机械厂 （湖北 潜江 434024）

在炼钢生产中如何降低石墨电极消耗

鲁立华

中国石化集团江汉石油管理局 第四机械厂 （湖北 潜江 434024）

石墨电极消耗率是电炉炼钢生产的一个重要技术经济指标。近年来我厂1.5t电弧炉炼钢生产中，石墨电极消耗率呈现上升趋势。针对这一问题，我们实施现场攻关，发现电极折断消耗是石墨电极消耗大的主要原因。通过对电弧炉设备大修、改善炼钢环境、规范炉前操作行为，有效地解决了炼钢生产中电极折断消耗高的问题，使石墨电极消耗率从18.7kg/t降低到8.4kg/t，且取得了良好的技术效果和经济效益。

电弧炉炼钢 石墨电极 折断消耗 自然消耗

电弧炉炼钢是集技术性、危险性、辛苦性于一体的行业。电弧炉是电炉炼钢的主要设备。其原理类似于电焊机焊接金属。金属炉料相当于焊件，电极相当于电焊条，在电炉炼钢过程中起传输电流和引发电弧的作用。金属炉料就是在 5 000℃以上的电弧加热下被熔化为钢水的。石墨电极主要以石油焦为原料，以沥青作黏接剂，经煅烧、高压成型、焙烧、机加工而制成，其价格昂贵，它是电炉炼钢过程中的重要消耗品之一。

1 面临的主要问题

（1）近两年来我厂在炼钢生产中石墨电极消耗率呈上升趋势，尤其是 2009年 9～12月上升到18.7kg/t。

（2）石墨电极属于贵重材料价值高，生产成本大幅度增加。

（3）目前我国生产超高功率石墨电极的主要原料——针状石油焦仍需从国外进口，我国目前高功率和超高功率石墨电极的原料严重短缺。

2 石墨电极消耗现状统计分析

2.1 数据统计

在电弧炉炼钢过程中电极消耗形式一般有自然消耗、折断消耗、残头消耗、接头破损消耗等几类。为了解决石墨电极消耗高的问题，我们重点对2009年9～12月的石墨电极的各种形式的消耗数据做了归纳整理，见表1。

表1 2009年9～12月石墨电极消耗情况统计表

从表1中可以看出,折断消耗占55.8%，自然消耗占38.2%，两项之和占电极消耗量总数的94.0%。因此，我们认为要降低石墨电极消耗应从以上两项入手。

2.2 石墨电极消耗高的主要因素

2009年9 ～12月厂冶炼钢水284.12t，电极折断消耗、自然消耗率分别为10.43kg／t和7.14kg／t。据冶金行业资料介绍：正常状态下折断消耗和自然消耗分别占总消耗的5%和80%左右。我们将厂下达9.0kg/t的经济指标加以转换，则折断消耗和自然消耗理想指标应为0.45kg/t和7.2kg/t，而实际折断消耗和自然消耗指标为10.43kg/t和7.14kg/t。可看出自然消耗率在理想值以内且低于理想值，说明电极自然消耗处在受控状态，而折断消耗率却大幅度超过理想值。由此得出结论，石墨电极消耗率高的主要因素是折断消耗。

3 折断消耗原因分析

针对石墨电极折断消耗高这一主要问题，技术人员与现场操作员工对折断消耗原因进行了反复确认，确定主要原因有以下4点。

3.1 电极横臂倾斜

电极夹持器悬臂不正时导致电极倾斜，偏离电极孔中心，上下运动过程中与耐火砖发生“打架”现象，电极因受到摩擦力而被折断。经现场确认，在用的1.5t电弧炉距上次大修后已有5a的运行经历，加之电炉工作环境恶劣，常年在高温、粉尘和腐蚀性气体的环境下运行，各种部件已严重氧化、变形。现场检测，夹持器横臂倾斜距离达15mm以上（如图1所示）。

图1 电极倾斜示意图

3.2 炉盖电极孔严重变形

炉盖电极孔长期受高温钢水的烘烤和氧化的影响，不断出现漏水现象。补焊多次后，已使电极孔严重变形，造成电极孔耐火砖错位。电极紧靠着耐火砖作垂直运动时与耐火砖产生严重摩擦，电极发生折断。

3.3 夹持器内孔不平整

夹持器内孔不光滑，凹凸不平，与石墨电极存在点接触。该接触部位电流密度急剧增大，往往产生几倍甚至几十倍的电流而引发电弧发生，电极打火现象。打火严重时会将电极打断，生产过程中这种现象非常普遍。夹持器每打火一次，都会将夹持器内孔表面破坏一次，破坏的表面又加剧了打火，如此形成恶性循环。当夹持器内孔破坏到一定程度时就会频繁打火。经现场检查3个夹持器有2个内孔已严重凹凸不平，电极折断现象频繁发生。

3.4 炼钢现场光线太暗

电弧的冲击和震动，使电极接头易出现松动，加之炼钢作业均在夜间进行，炼钢现场烟雾、粉尘严重，照明度达不到要求，影响炉前工观察电极松动情况，因电极接头松动脱落导致电极折断。

4 技术方案确定及实施

根据以上分析结果，石墨电极折断消耗高的主要原因是：电极横臂倾斜、炉盖电极孔严重变形、夹持器内孔不平整光洁、炼钢现场光线太暗，针对这些影响因素，我们制定了技术方案。

4.1 电弧炉大修

我们邀请电炉生产厂专业人员来厂作现场技术指导，分厂组织技术人员、维修钳工、炼钢工等10多人对电弧炉机械传动装置进行了大修。

（1）更换了升降机构的鼓轮：使升降装置在立柱上平稳运行；

（2）调整了鼓轮与立柱上滑动槽之间的间隙：将单边间隙调整为1mm（电弧炉生产厂家规定为1～ 2mm）,使鼓轮在立柱上的垂直运动方向不再发生倾斜；

（3）校正了电极横臂与立柱的垂直度，横梁完全垂直于电极孔轴线，保证了电极在电极孔内上下周边间距完全均匀一致；

（4）更换了水冷铜管与立柱连接处的绝缘材料，增加了电炉运行的安全性和可靠性；

（5）对倾炉油缸、炉盖提升汽缸进行了拆卸、清洗和维护。

通过对电弧炉的大修，彻底改善了电极运行的工作环境和性能，从设备上消除对电极折断的影响。符合电炉生产厂家规定允许的电极倾斜距离≤2.0mm的要求。

4.2 减小夹持器内孔表面粗糙度

为了减小夹持器内孔粗糙度。用钢丝刷清除夹持器内孔沾附的铜屑、灰尘等，保持内孔的清洁；用手提砂轮机、锉刀磨平夹持器内壁，将内孔表面粗糙度控制在Ra12.5μm以下；制定夹持器使用规定（即在无严重打火的前提下，做到“每天清扫，每月打磨，半年更新”）。设备员定期或不定期检查。

4.3 校正炉盖电极孔

对炉盖电极孔凹凸不平处进行了补焊、打磨及水压试验，但在使用过程中仍频频出现漏水现象。最终我们将使用多年的炉盖进行了更换，彻底消除了因炉盖电极孔变形、补焊焊缝对电极运行造成的不利影响。

4.4 提高炼钢现场照明度

电炉运行时电弧的冲击和震动作用，使电极接头经常出现松动。为了提高现场照明度以减少因接头脱扣造成的电极折断现象，一工间改用大功率灯泡，二增加灯泡数量。采取以上措施后，炼钢现场光线明亮，炉前工可清晰看到电弧炉运行状况，再未发生因接头脱扣造成的电极折断现象。

5 实施效果

5.1 经济效益

电极节约价值：市场价格14 000元/t左右,2010年4月至2010年12月冶炼钢水1 980t，则计算期内：节省电极消耗成本=电极价格×(活动前电极消耗率－活动后电极消耗率)×计算期内钢水吨位=14元/kg×（18.7kg/t－8.4kg/t）×1 980t=285 516元。攻关支出费用：技术指导费4 000元,更换零部件33 260元,其它2 350元,合计：39 610元。4～12月实际节约成本=电极节约价值-攻关支出费用=285 516元-39 610元=245 906元。

5.2 社会效益

石墨电极在我国属于贵重紧俏物质，目前我国生产石墨用原材料——针状石油焦还需从国外进口。特别是高功率和超高功率石墨电极严重缺乏。对此问题的有效解决，为国家节约资源、为厂节本降耗做出了可喜的贡献。

6 结束语

降低电极消耗率课题的完成，使炉前工劳动强度大大降低，员工身受其益。同时小组成员深刻体会到采用PDCA循环方法，解决生产实际问题的重要性。不仅积累了电弧炉的操作经验，同时也提高了员工的技术攻关能力和积极参与管理的积极性，而且还取得了约25万元的可观经济效益。为了规范炉前操作行为，我们重新修订了工艺操作规程《电弧炉炼钢工艺守则》，下发到班组遵照执行，实行标准化作业。真正做到让标准代替习惯，使习惯达到标准化，让结果符合标准，将石墨电极消耗量控制在或接近于理想状态。

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

鲁立华 （1957-），女，1983年毕业于江汉石油学院矿场机械专业。现在中国石化集团江汉石油管理局第四机械厂从事质量管理工作。

张箫铃

2011-01-06