【摘要】 本文簡要介紹了傳統電弧爐爐蓋在生產中存在的主要問題，總結了在5t 電弧爐上應用和改進局部水冷爐蓋技術的經驗，說明了應用該技術所取得的明顯效果。
    我廠是高錳鋼轍叉鑄件專業定點生產廠之一，年產量5000 余t，使用一臺5t 電弧爐一班制生產，全年煉鋼共800 爐左右。
    由于地處東北，受氣候條件限制，所有鑄件生產通常必須在每年的3 ～11 月份完成，這就要求在有效的工作時間內不得停爐。而保證電爐正常運行的條件之一就是保持爐襯狀況良好。爐蓋是爐襯的一個重要組成部分，其工作條件十分惡劣，保證爐蓋的正常工作狀態是確保電爐正常運行的關鍵之一。因此，我們在爐蓋的應用和改進上進行了不斷試驗，重點是在應用水冷爐蓋芯方面研究摸索出了較成功的經驗，并在生產實踐中取得了良好的效果。
一、改進前的應用現狀
    爐蓋在冶煉過程中長時間處于高溫狀態，尤其是還原期，由于爐渣的反射，爐蓋溫度最高可達1800 ℃。爐蓋還經常受到急冷、急熱的作用，出鋼后爐蓋溫度急劇下降到1000 ℃以下，有時待料、裝料時間較長，溫度下降更多，很容易使爐蓋產生開裂和剝落。另外，冶煉過程中爐蓋還受到高溫爐氣、爐渣及煙塵等侵蝕和沖刷。此外，還有爐蓋提升、下降和爐子傾動，以及熔池沸騰時的機械振動等，均易使爐蓋產生故障，降低其使用壽命，影響電爐的正常運行。
    為了延長爐蓋的使用壽命，我們曾采取改進砌筑爐蓋用的耐火材料，提高砌筑質量，縮小磚與磚之間的縫隙，以及提高爐蓋的拱度( 即增加爐蓋中央到熔池的距離) 等措施，但效果都不太大，依然經常發生爐蓋掉磚、頻繁更換爐蓋等問題。爐蓋磚掉進熔池后會嚴重影響造渣操作；更換爐蓋既增加熱損失又降低生產效率，增加維修成本。據統計，改進前平均每年造成的停爐時間約45h，影響煉鋼爐次15 爐，由此每年造成的經濟損失達30 萬元以上。而由于爐蓋掉磚影響造渣而進一步對鋼液熔煉質量的危害更難以估算。
二、初步改進
1.局部水冷爐蓋技術的應用嘗試 
    在沒有更好的耐火材料和措施的情況下，如何提高爐蓋的使用壽命和生產效率，降低耐火材料消耗和電耗，提高鋼液質量成為工廠急需解決的難題。根據生產實際情況，我們大膽嘗試了局部水冷爐蓋技術，即除了水冷爐蓋圈外，在爐蓋中心部分設置了水冷爐蓋芯，中間開設3 個電極孔，使三根電極在其內升降，爐蓋芯與爐蓋圈之間仍用高鋁耐火制品砌制。這種結構與傳統的耐火材料砌體相比，爐蓋的使用壽命雖然有提高，但效果并不是特別明顯。
2.存在的問題及原因分析 
    初步改進的水冷爐蓋投入使用一個階段后，我們發現每月都要發生幾次漏水現象，且產生變形，導致停爐補焊或更換(嚴重時)，仍然在一定程度上影響了生產。尤其是冷卻水一旦進入熔池，就會增加鋼中氣體含量，鑄件中的氣體會破壞金屬組織的連續性，將直接影響高錳鋼轍叉產品的力學性能和使用壽命。因此，必須在此基礎上做更進一步的改進。
經筆者反復觀察研究，發現了漏水和變形的主要原因如下： 
    (1) 爐蓋芯的冷卻方式不合理，雖然按電極孔的位置將爐蓋芯分成3 個冷卻區域，但由于采用剛性或軟性連接將這3 個區域串聯起來，形成一進一出的冷卻方式，一方面冷卻效果不理想，易使爐蓋變形；另一方面各接頭及管路在電極附近高溫區盤纏，很容易發生打火、開裂直至漏水，見圖1 。
              
    (2) 焊接質量較差，焊縫存在氣泡、夾雜、未焊透等缺陷，且安裝前進行水壓試驗時壓力偏小(0.7MPa)，保壓時間短( 5min)，有時甚至未經水壓試驗，存在泄漏隱患。 
    (3) 砌制爐蓋時，爐蓋芯與水冷爐蓋圈口以及電極與爐蓋芯孔平行度差，電極在下降過程中與水冷爐蓋芯接觸打火，造成漏水。 
    (4) 水冷爐蓋芯上不潔凈，積塵和氧化鐵皮( 粉)較多，既影響散熱又易引起打火，造成漏水。 
    (5) 制作爐蓋芯的鋼板厚度為10mm，剛度、強度均不足，造成變形。
三、改進措施
1.改進冷卻水循環方式 
    針對原來冷卻水一進一出循環方式的弊病，將每個冷卻區域改為獨立冷卻循環系統，即將溫度最高處設為冷卻水進水口，在該區域內循環一周后單獨排出。改進后的冷卻方式防止了爐蓋變形，且接頭遠離導電橫臂和電極高溫區，避免了打火和漏水的發生。這種方式比原結構多了兩個進水管和兩個出水管，詳見圖2 。
2.配套措施 
    (1) 用14mm 厚鍋爐鋼板焊制爐蓋芯，嚴格按圖樣技術要求施工，加強焊接質量并跟蹤檢查，確保焊接質量符合標準。 
    (2) 砌制爐蓋前需嚴格對水冷爐蓋芯進行水壓試驗，壓力≥1MPa，時間≥60min。 
    (3) 用水平儀校正砌制爐蓋用的胎模，確保水冷爐蓋芯與爐蓋水冷圈口的平行度。 
              
    (4) 調整電極握持器橫臂和夾頭，確保電極垂直升降。 
    (5) 裝料時上部必須裝些小料以便穿井，使電弧盡快埋入料中，以免弧光使爐蓋局部過熱而損壞。 
    (6) 定期吹掃爐蓋上的積塵和氧化鐵皮( 粉) 。 
    (7) 及時清除循環水池內的雜物，保持水質潔凈，并在循環水進水口增設過濾網。 
    (8) 限定爐蓋芯的使用次數，定期更換，即每280爐次后進行更換。
四、應用效果 
    通過在5t 電弧爐上安裝使用水冷爐蓋芯，并經不斷的改進完善，取得了良好的應用效果，在高錳鋼轍叉鑄件生產中發揮了重要作用，給企業帶來了較好的經濟效益。 
    (1) 大大減少了原爐蓋各種故障引起的停爐、維修及更換爐蓋的次數，每年可多煉鋼15 爐，多創效益30余萬元，且為擴大生產創造了較好的條件。 
    (2) 顯著降低了設備的維修成本，每年節省爐蓋耐火磚30 余t，同時大大降低了工人的勞動強度。 
    (3) 可采用長弧操作，每爐鋼縮短熔煉時間35min，每爐節電200kW·h，每年節電16 萬kW·h。 
    (4) 因幾乎不發生漏水，鋼中外來氣體大大減少，操作中可方便地造出各種爐渣來滿足工藝要求，有效地提高了產品質量。