(原西北铁合金厂)25MVA硅铁电炉新焙烧电极硬断事故探讨

25MVA硅铁电炉新焙烧电极硬断事故探讨 邸俊明 摘要　对25MVA硅铁电炉开炉时电极硬断事故的原因从焙烧机理方面进行了分析探讨，提出了预防开炉时电极硬断的相应措施，从而使电极的硬断事故大大减少。关键词　自焙电极事故分析防护措施 PROBE INTO HARD BROKEN ACCIDENT OF NEW BACKING ELECTRODE IN 25MVA FeSi FURNACE Di Junming (Northwestern Ferroalloy Works, Lanzhou 730334) Abstract From backing mechanism,it analyses reasons of electrode hard broken accident in 25MVA FeSi furnace when blow-in,puts forward rational measures to prevent electrode from hard broken when blow-in to reduce the times of electrode hard broken accidents greatly . Keywords Soderberg electrode,accident,analysis,protective measures 1　前言 我厂两台25MVA半封闭旋转电炉是从德国德马克公司引进的，自1988年6月相继投产至今，已有十余年。由于电力资源紧张及电价上涨等因素的影响，十年间，每年每台电炉的生产多则10个月，少则只有3～4个月，这样每年的开炉都是必不可少的，遇到的各类事故也很多，最主要的是电极发生的硬断事故，不仅影响电炉的正常开炉，而且给企业带来很大的经济损失。本文为笔者通过近十年的数十次开炉实践对电极事故进行的分析探讨。 2　电炉主要参数及操作特点 2.1　电炉主要参数 变压器容量 　25MVA（三台单相变压器）一次电压 38.5±5％kV一次电流 216A二次电压 90．3～240V二次电流 46kA电压级数有载调压 （调压31级）功率因数 0．77电极直径 1250mm极心圆直径 　3100～3300mm电极电流密度 6.5A／cm2炉膛深度 2800mm炉膛直径 6700mm 2.2　加料方式 两台25MVA硅铁电炉采用菲利普配料系统PO1581，在电炉控制室进行自动配料，配料完成后利用皮带运输机将炉料分别输送到两台电炉的炉顶料仓，最后由冶炼操作人员通过操作平台上的加料开关，控制10个料管的定量料仓，将炉料加到炉内，每次加入炉内的炉料都是小于或等于1m3,用捣炉机推向所需要的地方。 2.3　操作特点 2.3.1　集中式一次性加料，加料均匀性好，料比准确度高。2.3.2　机械化操作，料面容易维护。2.3.3　以控制好二次电流为主（电极电流），便于操作。2.3.4　有载调压，可随时调节电炉功率。2.3.5　发生电极事故，可直接利用电加热直接焙烧电极。 3　电极糊 两台25MVA硅铁电炉全部使用兰州红古炭素厂按冶标生产的封闭糊（见1）。该电极糊在正常生产情况下没有发生过电极硬断事故，电极硬断事故几乎都发生在停炉8小时以上或新焙烧的电极。其原因都是由于操作不当引起的。 表1　电极糊成分及性能   固定碳 挥发分 灰分 真密度g/cm3 假密度g/cm3 抗压强度kg/cm2 比电阻Ω·mm2/m >77％ <17% <6% 1.9 1.3～1.45 225～250 60～80               4　电极焙烧机理 电极硬断事故发生在电极焙烧完成后的加料过程中。十年间共计开炉16次，电极硬断事故共计发生9次，几乎平均每年都要发生一次。电极硬断集中在电压级15～17级、电压160～175V之间，电极电流65～75kA，电炉功率16～17.5MW，硬断长度一般在1.3～1.6m，给开炉工作带来很大麻烦，也给第一炉出铁时间的确定带来了困难。一旦确定不准，就会造成铁水满包或第一炉出铁困难。正常生产情况下，电极的焙烧是在铜瓦内部进行的，电极焙烧温度分布见图1〔1〕。 图1　正常生产情况下电极的温度分布 25MVA硅铁电炉的结构决定了电极焙烧状况。实际生产中即使48小时或更长时间不下放电极，也不会发生电极过早烧结的现象，其焙烧区域始终在铜瓦内部进行，不会上升到铜瓦以上。新开炉（大修后的开炉）及长时间停炉后开炉时，将电极工作端下放到2.3m左右进行电加热直接焙烧，见图2。 图2　25MVA电极焙烧时的温度分布 确认电极充分烧结好后，直接投料。这种开炉方法与其它炉型有所不同，其它炉型如5MVA、12.5MVA电炉都是首先用木柴或焦炭把电极基本焙烧好，然后利用电烘提高电极的温度及炉衬温度，确认电极及炉衬温度达到预期的目标后方可投料。25MVA硅铁电炉在这种情况下的电极焙烧与正常生产情况下的焙烧完全不同，烧结过程中，速度与温度的有机结合是电极质量的重要保证。温度与速度结合出现偏差，是造成电极事故的最主要因素。这是因为电炉送电焙烧电极初始，电流几乎全部通过电极壳进入熔池内，炉内热量的来源主要靠电极端头与熔池之间接触电阻的电阻热和电极壳内电阻热。此时电极电流非常小，一般情况下都在10kA以下，相当于满负荷的12.5％，二次电压在53V。随着用电时间的增加，炉内温度升高，电流逐步增加，电极的焙烧按计划程序进行。电流的增加，使电极温度升高，电极焙烧时的机械强度也随温度的升高而发生变化，见图3〔2〕。 图3　温度变化与电极强度的关系 从图3可知，当电极糊从固态变化到液态，温度达400℃时机械强度降到最低点。从400℃开始到700℃，机械强度急剧上升，电极糊中的挥发物从400℃起开始大量逸出，500℃左右时最为激烈。当电极焙烧进入第三阶段700℃左右时，剩余的挥发物在此处再次挥发，见图4〔2〕。当温度达到750℃时，电极粘结剂开始碳化。温度达800℃时电极焙烧结束，电极达到最终强度，此后即使温度达到1200℃，电极强度也不会发生太大的变化。从图3、图4可知，温度在400～700℃时，电极焙烧的速度决定着最终的电极质量。烧结速度过快，挥发物挥发强烈，就会造成电极本身气孔率增大（见表2），焙烧后的电极质量大幅度下降是造成电极硬断事故的最主要因素之一。即使电极不发生硬断，最终在加料过程中也会出现掉块现象，使电极消耗速度过快，甚至在第一炉出铁前表现出明显的工作端过短，出铁困难。即使勉强把第一炉铁放出来也要立即焙烧电极，否则电炉就无法操作，出铁困难。相反，焙烧速度过慢，延长了开炉时间，电炉不能尽快地发挥效率，这也不是我们所希望的。电极烧结速度与质量的关系如表2〔3〕所示。 图4　温度变化与逸出气体量的关系 表2　电极烧结速度对其质量的影响   加热速度℃/h 假密度g/cm3 孔隙率％ 比电阻Ω.mm2/m 抗压强度kg/cm2 15 1.516 22.57 69.91 357 25 1.497 23.47 64.70 315 50 1.479 24.46 65.80 310 100 1.437 26.66 77.28 216 200 1.149 27.53 78.24 200           5　电极焙烧中的质量控制 5.1　控制好电极焙烧的三个阶段 电极焙烧的三个阶段决定电极最终质量，第一阶段从室温到200℃〔3〕为熔化阶段；第二阶段为200～600℃的挥发阶段；第三阶段为600～800℃的固化阶段。为了能很好地控制三个阶段的焙烧速度，特别是图4中所示的500℃与700℃两个挥发点的温度，可直观地控制二次电流，以保证电极焙烧正常有效地进行，如图5所示。 图5　电炉负荷与电极电流变化曲线 5.2　开炉前电极工作端的准备工作 处理好电极端部与炉底焦炭层的接触面，如果是新电极，封头底部的钢板要适当厚一点。如果是前一次停炉的电极硬头，必须要将其底部处理得较为平整，促使电极底部依靠电极自身的重量与炉底的焦炭层均匀踏实地接触，尽可能减少电极在焙烧过程中受力不均匀和电极焙烧中同一电极在径向上焙烧速度不均匀（即接触面部分一面与没有接触部分面的焙烧之差），以避免因为首先接触炉底的一面开始烧结时几乎全部的电流从此流过，而形成以此为主的电极焙烧区限，使电极内部产生了应力，造成电极事故。 5.3　清理疏料的区域 在正常生产状况下，因紧急限电时，正常区域内的坩埚比较大。但在限电情况下的停炉，由于电炉没有足够的功率来维持正常的坩埚区域，此种情况下停炉清理疏料后开炉时，一定要把熔池内区域清理大一点。其目的是不能在电极焙烧过程中受到来自坩埚周围的外力作用，否则电极在焙烧过程中，一旦受到来自坩埚周围的外力作用，电炉负荷升至16～17MW之间，电极的硬断就不可避免。 5.4　投料原则 5MVA、12.5MVA电炉电极焙烧后，电炉投料初期都是采用人工投料逐步封火的方法。25MVA硅铁电炉的投料方式则与其不同，如前所述它是从料管直接投料，且料面高度较难控制，因此投料的速度应坚持以下原则：先炉心、后大面、最后是小面，小面不得高于炉心和大面，否则，一旦电极烧结质量不好，小面的外力作用加大，就会造成电极硬断。 5.5　电炉负荷控制 当充分确认电极焙烧好后，就开始把变压器从星接转入角接，提升电极，电炉送电投料。投料后尽可能把火封住，以防烧坏电极壳。电极电流控制在40kA左右，此时变压器的分接开关为一级，电压为90.3V，电炉功率6～7MW，见图5。根据电极的烧结状况，用30小时缓慢地把电炉功率升至17～18MW，电极电流升至70～75kA。此时，从投料起计算,总电耗达300000kWh左右时，开始出第一炉铁（如果是全新的电炉，电耗须达到400000kWh）。第一炉出铁大约5t。从投料到第一炉出铁，是电极从低温向高温发展的阶段。此时电极相对正常情况下很脆弱。如果电炉负荷升得过快，就会引起电极内部的内应力急剧变化，造成电极硬断。值得注意的关键阶段是电炉负荷在15～16MW，电压15～17级、165～175V时，此时的电极电流必须保持在65kA以下3～4小时，缓解电极集中的应力，然后缓慢上升到第一炉出铁。 6　小结 经过数次的开炉与停炉，笔者对电极硬断事故的发生进行了总结，认为关键要做好以下几点。 6.1　处理好电极焙烧的准备工作6.2　做好电极焙烧的三个阶段6.3　加料时小面不能高于炉心6.4　电炉负荷提升不易过快只要认真把握好以上几个方面，就能基本上避免新焙烧电极的硬断事故。