电炉炼钢的作用如同转炉一样已被减轻。由于电炉能大量用废钢进行冶炼,因此电炉炼钢有了较大增长。电炉炼钢从一般电炉发展到高功率与超高功率电炉,现在正向直流电弧炉(DC)炼钢发展。国外有的厂正用这种DC电弧炉取代老式电炉与转炉。
以下为耐火砖厂家整理的两种电炉炉型与其使用耐火材料:
1.超高功率电炉:
超高功率电炉给耐火材料带来的首要问题是热点区集中而且面积大,耐火材料不能适应,因而采用了水冷炉壁技术与泡沫渣操作。但水冷炉壁热损失大,炉体各部位不可能都采用。水冷炉墙需采用导热性好的镁碳砖。
现在超高功率电炉炉底采用干式镁质捣打料或振动料。这种骨料为镁砂,细粉是含氧化铁与氧化钙的镁砂。物料中加入热固性结合剂或加入可降低烧结温度的烧结助剂。但料中的氧化铁或氧化钙含量不能过高,否则烧后收缩过大,产生收缩裂纹。
超高功率电炉多为偏炉底出钢。要求出钢口填料要能不烧心氧引流自动出钢。填料主要由镁橄榄石或镁钙质粗砂粒组成。
电炉顶水冷三角区是砌烧成高铝砖或浇注的刚玉质浇注料。三角区外可采用烧成高铝砖或不烧高铝砖或刚玉预制件。电炉顶一般不采用碱性砖。
2.直流电弧炉:
直流电弧炉是以石墨电极为阴极(正极),炉底为阳极(负极),因此要求炉底要能导电。炉底的导电可由耐火材料(ABB型)或金属元件:钢棒(Clecim型)、钢针(Man-GHH型)或钢片(VÖest-Alpine型)来完成,如下图。
直流电弧炉炉衬耐火材料示意图
用不导电的耐火材料作炉底,就需用一根或多根钢棒(直径约250mm),或许多钢针(直径25~50mm),或一些钢片(约1.7mm厚)作导体。钢棒外套以不导电的镁质袖砖,周围为镁质捣打料或自致密化镁质干式料。钢针或钢片之间以及炉底其余部位也是用镁质干式料。
如果以导电的耐火材料为阳极,就要求耐火材料的电阻要低(比电阻约10-3Ω·cm)、热导率要低、抗侵蚀性要强。导电的耐火材料炉底由镁碳砖与镁碳捣打料层构成。捣打料层为工作层。镁碳砖与镁碳捣打料中碳含量在12%~18%。碳含量过人,会使炉底导热率增大。由于石墨为片状结构,平行于石墨片状方向时其电阻低,垂直于石墨片状方向时电阻高;而成型后的镁碳砖,其石墨的取向多是平行于受压面方向;因此砌筑炉底时镁碳砖竖砌为好。
Clecim型钢棒及其周围耐火材料的蚀损是采用将短钢棒放置在损毁的钢棒部位上,周围填以镁质干式振动料进行修补。其余ABB型等炉底的修补都要用导电补炉料,一般是镁碳料,也有用能形成金属网络结构的补炉料如镁砂与铁粉。
市川(Ichikawa)以及西尾(Nishio)等对直流电弧炉炉底用镁碳捣打料进行了研究,其结果是:
(1)石墨粒径在0.2mm以上较合适。
(2)石墨含量从10%增加至18%时,比电阻显著下降;再增加石墨含量比电阻变化不大。
(3)当石墨含量达18%时,由于石墨大都已直接接触,因此酚醛树脂加入量对比电阻影响不大。
(4)树脂加入量以4.5%较合适。
(5)树脂碳化温度在600~1000℃之间,因此镁碳捣打料热处理温度在1000℃就足够了。