電石爐電極筒制作工藝改進的研究

張萬龍 孫正棟

一、電極筒制作工藝改進的背景

中鹽吉蘭泰電石廠的27000KVA電石爐采用的是自焙電極，過去電石廠所使用的電極筒體直徑為Φ1250mm，筒體高度為1250mm，總高度為1680mm，材質(zhì)為冷軋鋼板（SPCC），年度產(chǎn)量約6000節(jié)，鋼材消耗總量1470噸/年，平均單位成本為1730元，電極殼制作工序繁雜，人員工作緊張，廢料率及成本居高不下，產(chǎn)量不能如期完成。同時，也意味著1493.1噸鋼材隨電極消耗進入爐內(nèi)，眾所周知，在電石生產(chǎn)過程中，進入電石爐內(nèi)的雜質(zhì)越少越好，鐵元素的帶入，會和原料中的硅元素反應生產(chǎn)硅鐵，增加電耗，縮短爐子壽命。所以，需要研究出一種電極筒制作的新工藝，達到減少勞動強度、降低生產(chǎn)成本的目的。

二、電極筒制作工藝的改進

原電極筒制作包括由弧板（1）圍成的鋼筒，垂直切入筒壁的大筋板（2）與大筋板與小筋版相連接的焊接處（3）大筋板內(nèi)側焊附的圓鋼（4）如圖2.1所示。

2.1 電極筒外觀圖

目前對電極筒制作工藝的改進包括以下三個部分：

一是將電極筒的高度由1250mm增加至1500mm，大筋板隨著筒的高度增加而增加；與筒的高度平齊。減少了筒與筒之間的焊接工作量，減少了焊接人員焊接作業(yè)時產(chǎn)生的中毒的危險，電極殼焊縫減少，降低了電石爐電極系統(tǒng)發(fā)生故障的風險。

二是小筋板的高度由430mm減小至130mm，數(shù)量由12片減為6片。

三是圓鋼全部取掉，圓鋼的取消節(jié)省了鋼材，同時減少進入爐內(nèi)鐵含量，有利于爐況的調(diào)整控制。

三、電極筒工藝改進的技術難點

1.電極筒制作工藝改進后，是否具有足夠的機械強度

工藝改進后節(jié)省大量鋼材，小筋板的高度由430mm減小至130mm，小筋板的主要作用是電極筒接長焊接時的定位對中作用，數(shù)量由12片減為6片后仍然可以準確定位，不影響電極筒后續(xù)的焊接；取掉所有圓鋼，圓鋼的作用主要是增加電極焙燒后的機械強度，但在實際運行中發(fā)現(xiàn)，大筋板就可以起到圓鋼的作用，經(jīng)過檢驗合格的電極筒在后續(xù)電石生產(chǎn)中，沒有出現(xiàn)變形或是電極事故的發(fā)生。

2.電極筒制作工藝改進后，是否對電極燒結產(chǎn)生影響

電極糊在電極筒內(nèi)的燒結，熱源來自三個方面：一是電極本身熱量傳導，電極端頭產(chǎn)生電弧，高溫自下而上傳導，電極糊遇熱逐步燒結；二是電流通過電極本身產(chǎn)生的電阻熱；三是爐面火焰的輻射熱。三種熱源中，電弧熱的傳導是焙燒電極所需熱量的最主要來源，而電阻熱只提供一定熱量，所以取消圓鋼，不會對電極燒結產(chǎn)生影響[1]。

3.電極筒制作工藝改進后，是否對電石爐產(chǎn)生影響

電極殼制作過程中鋼材減少，意味著進入爐內(nèi)的鐵含量減少，鐵含量越少，對電石爐的裝置和生產(chǎn)越有益。

四、改進后產(chǎn)生的效益及使用效果

根據(jù)電極筒產(chǎn)量預算，工藝改進后對比改進前，節(jié)約375噸鋼材，即減少375噸鐵進入電石爐，鐵進入電石爐內(nèi)在高溫條件下被迅速氧化成Fe2O3，F(xiàn)e2O3在750℃條件下與碳發(fā)生還原反應：

按照理論計算，375噸鐵產(chǎn)生Fe2O3535.7噸，同時535.7噸Fe2O3被還原，消耗能量361597500千卡即419000KWh的電量。另外，原料中的SiO2與C和Fe經(jīng)過1500-1800度高溫還原的硅熔于鐵液中，形成硅鐵合金：

SiO2+2C+nFe=[Si]Fen+2CO-367.5Kcal形成硅鐵過程需要消耗能量2460937500千卡即2858200KWh的電量。按照目前電價0.19元/Kwh計算，共計節(jié)約成本62.3萬元。由此可以看出，減少鐵元素入爐，同時可以降低電耗。

根據(jù)2015年預算，電極殼制作工序年產(chǎn)量為6000節(jié)，總長度為7500m，鋼材消耗共計1470噸，約500萬元。改進后在總長度7500m年產(chǎn)量不變的情況下只需生產(chǎn)5000節(jié)（按長度折算），鋼材共消耗1095噸，較改進前節(jié)約鋼材375噸，約127.5萬元。

電極殼焊接為138元/節(jié)，改進后可減少電極殼焊接1000節(jié)，節(jié)約焊接費用13.8萬元。由于電極殼制作減少圓鋼焊接及下料工序，小筋板制作工序是原來工作量的一半，因此單節(jié)電極殼人工工資成本由原來的136元/節(jié)，下降至105元/節(jié)，全年可節(jié)約成本15.5萬元。

五、結語

極筒工藝改進后，一方面大幅度降低電極殼制造成本，同時減少人工，降低勞動強度。對于電石爐生產(chǎn)來說，減少鐵進入爐內(nèi)，降低工藝電消耗，減少爐底升高的風險，延長電石爐使用壽命，是一項一舉多得的改進項目。