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摘要 ：随着科学技术的进步，利用VAR 技术生产出 新型的工业炉成为可能。它不仅可以节省燃料，而且还能 减少有害气体和废气的排放。特别是VAR 炉的应用，使 得钢铁生产更加安全、环保、高效。据统计，全球有近百 家公司正在使用VAR 炉。国外和部分欧洲同行已经有了 一些成功的经验。
关键词 ：VAR炉熔炼,预防措施,分析处理
在VAR 炉的使用过程中，出现了许多与VAR 炉有关 的事故以及由此引起的事故隐患。通过对事故教训进行总 结后，有针对性地采取了一些措施来解决这个问题，在此 基础上提出了VAR 炉和炉料质量优化建议和提高工艺技 术等意见， 为以后VAR 炉应用奠定基础和研究方向。
1 影响VAR炉熔炼安全的因素
因为熔炼过程的特殊性。这就要求 VAR 炉熔炼过程 必须遵守安全的原则。另外，从技术上讲，我们都知道， VAR 炉是一种特殊的炉，也是一种复杂的炉子，需要非 常严格的控制和监督。这种炉子还需要定期维护和保养。 这一点从其基本结构就可以看出来。炉子从钢锭仓里出 钢时需要经过钢锭仓(一般在炉子底部)、钢锭仓附近的 冷却池、钢锭仓底部排出槽(主要为铁水槽) 和炉子周围 的排风口 ;这些地方产生的热量会把金属蒸汽引入到炉 内导致钢锭燃烧产生有害气体。这是一种很危险的现象。 这种情况的出现将直接危及生产安全(不排除导致火灾 和爆炸)。
1.1 钢锭仓的位置
首先，VAR 炉内的钢锭都在固定的地方，要保证钢锭 舱内空气流动畅通是一件很困难的事情。当钢锭出钢时空 气流通不畅或温度过高会造成钢锭冒烟。当钢锭冒烟时温 度会很高， 这会直接导致金属蒸汽进入钢锭之中爆炸而产 生严重危害。这在熔炼的过程中不是很常见的现象之一。 如果钢锭冒烟时环境温度过高， 则会在表面形成一层厚厚 的氧化膜(这一层氧化膜会保护钢锭免受高温伤害)，而 使钢锭表面温度过高无法冷却导致金属蒸汽直接进入钢 锭内部而造成烧损。如果钢锭冒着火时环境温度过低又 没有及时采取措施， 则会把钢锭引燃并且导致更严重的后果。另外还有一个问题也要引起注意，在进入钢锭车间之 前没有仔细检查就开始出钢时钢锭冒烟将会是很危险的 事情， 因为气体不仅会直接侵入钢锭仓内部导致高温引起 钢锭冒烟，更可能导致金属蒸汽泄漏而产生严重危害。因 此在设计钢锭车间时，首先，应该考虑到这些问题并且做 好安全措施将危险程度降到最低 ;其次， 是要严格遵守工 艺要求(根据工作环境及时调整) ;最后，是要有完善的 预案来应对这种情况。
1.2 冷却池的位置
冷却池的位置很重要。一般来说，冷却池的位置对炉 子运行非常重要，因为冷却池是决定铁水槽是否需要增 加或减少的一个重要因素。如果把冷却池设在炉子上方 那就会直接影响到钢水槽的安全运行，导致大量的有害 气体从钢锭仓里面扩散，形成高温高压的钢水雾化区并 很快积聚形成有害气体。冷却池在炉子两侧应尽量靠近 炉子一侧 ;当炉子两端的出钢口没有办法对着冷却池时 (通常冷却池就是铁水槽) 更应尽量靠近炉子一侧 ;因为 这样做可以防止钢锭在炉内受到高温高压的影响及熔炼 中有害气体的生成或积累而危害工人的生命健康。同时 也要注意远离高温高压的出钢口以及有可能会引起火灾 或者爆炸等危险现象的区域 ;从以上我们可以看出冷却 池盖内(包括出钢口) 距离炉子越近危害性越大 ;所以尽 量选择较靠近炉子一侧并且易于散热的位置，或者距离 炉子越远越好。否则很容易导致出钢口处有害气体大量 生成并威胁工人生命财产安全。
1.3 排风口的位置
在VAR 炉中， 排风口有许多种。一般排风口的位置主 要取决于钢锭仓的形状(一般为直角形)。因为钢锭仓钢 水槽与钢锭仓之间的距离不大， 可以通过增加排风口的数 量来改变排风口的位置。但有些人在设计排风口位置时考 虑不周还会造成严重的后果。例如，在VAR 炉的不同炉 型之间的区域要尽量减少排风的数量 ：①炉子内部区域 ： 包括冷却池里钢锭所在的区域。②钢锭仓外区域 ：包括铁 水槽的外部区域。③炉子内区域 ：包括钢锭仓内侧区域和 外侧区域。④钢锭仓外区域 ：包括钢锭仓的外侧区域 ;⑤ 炉子周边区域 ：包括钢锭仓内区域(可通过手动调节风口数量来改变排放方向)。
2 设备技术性能
从VAR 炉熔炼系统结构可以看出，V 轮炉熔炼系统 一般采用中频感应式电弧铁和感应电流铁。这两种金属由 于电极反应和结构原理不同，在技术性能上也有很大差 别。中频电流铁电极反应过程类似于液氮的还原反应，而 且具有良好的耐蚀性能。主要有以下优点 ：①不产生氢 气，无煤气、废气的污染 ;②电极与炉膛接触面积大。中 速感应式电弧铁采用高强度低密度石墨作为衬层， 耐火度 为 1100℃~ 1300℃ ; 感应电流铁采用低磁场高功率电流 作为绝缘层，耐高温、耐磨、抗腐蚀能力强，使用寿命为 5000h 左右。其结构原理与VTA 炉类似。③能将反应过程 进行连续控制，能实现恒温、恒压熔炼过程，使设备具有 更高的安全性及稳定性。
2.1 结构设计
在确定合理的结构尺寸后，就能实现设计的目标。 VAR 炉设计时，需要综合考虑熔炼时工作条件的特点、安 全要求、生产组织要求以及设备的技术经济性能等因素 进行设计。从国外大型V 轮炉设备结构示意图中可以看 出，VAR 炉基本结构。其中A.B.C 为电弧铁、感应电流铁 两种主要结构，其尺寸相同。其中A 为电弧铁，其尺寸为 600mm×1000mm， 线圈半径 500mm， 线圈之间焊接采用 金属屏蔽材料包覆。感应电流铁是将电流线圈通过直流电 压转换成感应电流时产生的电流， 再通过感应电流铁壳体 及电弧铁反应槽输出的电流，对电弧铁进行连续控制。从 结构示意图上看， VAR 炉的所有电极均为单端电极结构。
2.2 电弧炉本体设计
为了保证电弧炉本体设计科学合理，满足设备长期使 用需求， 应在设计时考虑到以下几点 ：①将电弧炉本体结 构合理， 避免电弧发热过快而产生安全事故 ;②根据电弧 炉炉体结构特点， 使电弧炉整体受热均匀 ;③电弧炉本体 结构采用整体优化设计，结构合理、设计紧凑 ;④整体优 化设计后结构布置合理，设备结构紧凑。采用合理的电弧 受热均匀和保温效果好， 满足设备长期使用要求成为一个 必然。当电弧炉达到最大电流值时，电弧受热均匀。电极 受到外界热源影响就会发生变化。对此采用以下两种控制 方法 ：①将电弧炉本体划分为三个控制区域。通过电弧参 数设定电弧炉温度阈值及压力阈值等， 从而控制电弧炉反 应过程。
2.3 炉体与电极本体安装
VAR 炉熔炼系统炉体安装要注意以下几点 ：①安装 电极时必须使用水平力(如采用水平轴) 调整电极位置 ：对于安装在设备底座上的电极， 必须由垂直于炉体底部轴 线向两侧缓慢倾斜安装 ;对于安装在炉体上的电极， 必须 是水平安装，并且使用水平轴进行调整电极的位置和长 度，并控制好倾角，避免电极晃动造成倾斜脱落而造成事 故。②安装电极本体时，必须注意电弧铁与电极本体位置 是否对称，特别是中间电极必须位于同一水平线上安装。 ③在安装电极时，必须按设计要求对其进行安装，不可随 意进行更改，因为后期更换电极时会造成不便。④电极安 装完毕后，要将接触面清理干净并涂油做防锈处理。⑤安 装时防止电极因撞击、摩擦造成严重磨损、折断、损坏或 使接触片严重损坏。⑥安装时要防止电弧与熔渣直接接触 造成事故。
2.4 电极装置和耐火材料
由于中频电流铁、感应电流铁采用了感应电阻加热、 冷却原理， 其电性能与普通电阻炉相比较来说明显地得到 了改善，所以使用寿命长、熔炼速度快、质量好。但由于 感应电极的重量大、电流强故不易散热而产生“热风”，使 其温度升高后会产生热量积聚于金属材料表面引起烧蚀。 通常应用石墨衬体提高耐火度和抗热应力腐蚀能力。VAR 炉熔炼系统中应用碳化硅衬体作为电极材料。碳化硅衬 体在使用中起到隔热、耐热、耐磨作用，其主要缺点是耐 火强度低、抗热应力腐蚀能力差。一般碳化硅衬体只能在 1000℃~ 1300℃条件下使用，以满足 1000℃以上电阻率 大、抗热应力腐蚀能力强的要求。但碳化硅衬套只能作为 过渡衬使用， 不能替代碳化硅衬芯。
3 熔炼作业人员的安全措施
VAR 炉在运行中，熔炼操作人员受到各种因素的伤 害。有熔炼操作人员甚至在接触氧气、铁水或熔炼金属后 出现休克或昏迷死亡 ;有熔炼操作人员操作不当而损坏 了整个炉体。造成了严重的安全事故。因此，熔炼作业人 员应加强安全教育。
3.1 培训
严格控制培训工作。在整个操作过程中，应加强对员 工的安全教育。例如，在每一次操作前必须做好培训工 作，包括了解操作方法、设备的性能、操作步骤、基本知 识等培训内容 ;培训人员应掌握熔炼工艺和设备的基本 知识， 掌握熔炼工艺和设备的基本操作技能和方法 ;正确 处理不同操作区域之间的相互影响 ;严格遵守熔炼操作 规程、规定和操作方法等等。进行过培训后的人员必须经 过考核、测试，上岗工作前对所有员工进行至少三天试熔 炼试验工作 ;对已经培训合格的人员应及时进行考核并 建立考试档案 ;要采取多种形式对员工进行培训。使他们掌握操作的基本方法和规程 ;应定期开展安全检查和维 修保养维护等工作。保证VAR 炉的安全运行并降低事故 发生的可能性和危害性。在检查过程中发现问题及时整改 及改进后进行检查 ;在维修保养中要保证维修工具有合 格的安全操作规程和操作记录等安全措施。维修或保养应 至少三次， 每次使用前对操作人员进行培训及指导操作方 法及注意事项等，并进行检查阀门是否损坏、电源线是否 漏电、电源开关是否正常、电器是否损坏、电线是否短路 等等 ;设备正常后应进行检查和维修保养。
3.2 作业程序
熔炼操作包括炉体、熔炼炉吹风系统、钢水过滤系统、 炉顶出渣系统及钢渣排出系统等。根据不同工艺要求，主 要由操作规程、生产程序和安全管理制度等构成。通过对 VAR 炉生产运行的分析，本文总结出VAR 炉熔炼中的三 个重要环节 ：①熔炼操作，VAR 炉熔炼前一定要先按规 定把操作规程和熔体温度等情况做好充分了解，然后按 规定开出吹风和钢水。②熔炼炉吹风系统，当钢水喷溅在 VAR 炉熔炼器表面时会形成水膜，造成钢水熔化过快、熔 池液面下降过大现象 ;同时会破坏空气膜对熔体和对周 围环境产生一定的影响， 导致事故的发生 ;对钢水温度要 求较高时最好采取加冷却水、提高吹风风速、加热吹风等 措施。③生产程序，在生产过程中应严格执行生产规程中 规定的操作规程以及安全管理制度。
3.3 操作方式
在生产过程中，每个环节都有其特殊性，每个环节都 要有其操作规程， 而且每个操作规程对每道工序都有具体 的要求，这就要求每道工序都有相对应的操作规程，对每 个操作规程中出现的错误和隐患都必须进行分析、总结。 为了能对操作过程进行有效规范，保证VAR 炉各部位操 作安全、高效。为保证各环节有效规范运转，VAR 炉运行 必须要有可靠的安全保护措施。在熔炼阶段对VAR 炉进 行有效巡检是保证熔炼安全的前提条件。巡检是指通过巡 视发现存在安全隐患后， 采取措施及时消除危险因素。
3.4 熔炼方法
①使用干法和湿法两种熔炼方法。干法工艺操作简 单、成本低，且熔体可自动配料，也可手动配料，但操作 过程要求严格控制，严格执行熔炼操作规程。② VAR 炉 熔炼的炉料采用高炉铁水预热和炼钢渣预热熔炼 ;炼钢 渣地采用熔炼炉内温度控制在 7200℃左右，炉料温度控 制在 7200℃左右，并根据炉料状态随时调整熔炼时间(如 按“两分钟一次”计时)。③控制钢水配料中锌等合金元素比例，减少合金元素浪费。④避免钢水温度波动影响炉料 性能，一般VAR 炉用铁水配料温度控制在 750℃左右或更 高。⑤采用真空过滤式高炉料包，减少渣中杂质的吸附和 水分蒸发。⑥防止铁水快速凝固不及时出现断流现象。
4 相关单位采取的预防措施
4.1 VAR 炉料生产工艺
在使用VAR 炉过程中， 为了减少安全隐患， 应采用安 全高效的熔炼方法和科学合理的工艺方法。熔炼炉料的生 产工艺应该遵循以下原则 ：①控制生产过程中炉内各操 作区域的温度， 尽量控制对物料和原料的直接接触 ;②确 保VAR 炉中各种气体能够在最小的距离内进行控制 ;③ 控制VAR 炉使用寿命 ;④最大限度地提高熔炼效率且减 少熔炼安全隐患 ;⑤采用熔炼过程中不需要燃烧和加热 的燃料如水和碳粉等应尽量减少使用。
4.2 熔炼过程中的安全控制
炉体内部和熔炼区域环境存在严重的不安全因素，因 此在进行熔炼时要注意采取必要的安全措施来预防事故 的发生。①严格执行熔炼操作规程。加强操作人员的安全 意识建设， 在工作前有必要学习岗位操作规程等安全知识 以明确岗位职责并熟悉其使用方法。②保证在熔炼过程中 炉内的安全。熔炼系统中的所有设备必须保持良好的安全 性能，以防止设备故障而导致事故的发生或引发事故。③ 严格执行熔炼操作规程。建立健全熔炼操作规程是确保熔 炼过程安全的基础。④对熔炼过程进行严格监督管理。及 时向熔炼操作规程汇报情况并做好记录。⑤严格遵守熔炼 操作规程。熔炼系统的熔炼温度、电流和时间的变化都必 须严格掌握炉体的最大熔炼温度和电流值， 以避免不安全 因素的发生导致事故的发生或引发事故。⑥有效进行熔炼 操作的应急措施。第一应进行定期应急演练 ;第二应定 期检查熔炼系统发生故障时采取有效措施进行维修处理 ; 第三应严格执行操作规程和作业规则 ;第四应定期对熔 炼系统进行检修消毒 ;第五应该有效避免安全隐患等原 因发生伤亡事故或发生事故。⑦加强熔炼系统对人员流动 频率的监测管理 ：及时分析熔炼系统变化趋势并做好安 全防护工作。⑧控制熔炼系统对作业人员的危险行为 ：加 强作业人员的危险行为教育和预防工作力度。严格执行安 全风险管理制度。
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