鎳鐵礦熱爐自焙電極硬斷原因分析及處理實(shí)踐

紀(jì)江林，孫如意，余祖亮

（廣西北港新材料有限公司，廣西 北海 536000）

電極是礦熱爐能夠發(fā)揮冶煉作用的核心，是將電能轉(zhuǎn)化為熱能的橋梁[1-2]。國(guó)內(nèi)鐵合金礦熱爐通常采用成本較低的自焙電極，在鎳鐵礦熱爐冶煉過程中，電極糊正常消耗量約為5~7 kg/t，成本占比極小，但其消耗的連續(xù)性對(duì)礦熱爐的穩(wěn)定運(yùn)行和生產(chǎn)指標(biāo)具有重要的影響[3]。隨著國(guó)家逐步推進(jìn)“兩碳”舉措，落后產(chǎn)能逐步淘汰，低水平冶煉設(shè)施建設(shè)被嚴(yán)令禁止，這都將促進(jìn)礦熱爐向大型化、高效化方向發(fā)展，而電極硬斷事故也將對(duì)大型礦熱爐的冶煉產(chǎn)生更為重大的影響[4]。因此，如何避免自焙電極硬斷事故是礦熱爐生產(chǎn)中需長(zhǎng)期重視的問題。

1 電極硬斷產(chǎn)生的影響

某公司有2臺(tái)36 000 kVA鎳鐵礦熱爐，每臺(tái)礦熱爐有3根直徑為1 300 mm的自焙電極，電極把持器采用組合式把持器，電極極心圓直徑為4 800 mm。在生產(chǎn)過程中曾多次發(fā)生電極硬斷事故，給公司造成了巨大損失。所用電極糊理化參數(shù)如表1所示。

表1 電極糊理化參數(shù)表

該公司鎳鐵礦熱爐在連續(xù)兩個(gè)月內(nèi)共發(fā)生3次電極硬斷事故，造成停爐時(shí)間長(zhǎng)達(dá)2 844 min，造成的直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)數(shù)十萬(wàn)元。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，一次電極硬斷事故至少需要5 d時(shí)間來(lái)恢復(fù)爐況，若是電極硬斷過長(zhǎng)，則需要進(jìn)行“死相”焙燒，緩慢壓放，對(duì)生產(chǎn)的影響時(shí)間將更久。

2 自焙電極硬斷原因分析

2.1 電極硬斷內(nèi)因

電極糊在電極殼內(nèi)經(jīng)歷固態(tài)—軟化熔融—燒結(jié)成為電極的過程，電極石墨化程度越高，強(qiáng)度越高，若電極在燒結(jié)時(shí)出現(xiàn)分層，則會(huì)出現(xiàn)掉頭硬斷現(xiàn)象，電極糊如圖1所示。冶煉過程中，對(duì)鎳鐵礦熱爐電極進(jìn)行埋弧操作，電流在爐內(nèi)的回路有兩條：一是電極—電弧—熔融礦物—電極主回路；二是電極—爐襯—電極分回路。這使得爐內(nèi)磁場(chǎng)條件復(fù)雜，電極在爐內(nèi)不僅要參與電化學(xué)反應(yīng)，還要承受大電流、高溫、電磁力、機(jī)械壓力、塌料沖擊等，因此電極應(yīng)具有良好的抗熱震性、導(dǎo)電性、機(jī)械強(qiáng)度、抗氧化性、雜質(zhì)低等條件[5]。質(zhì)量?jī)?yōu)良的電極糊才能夠滿足礦熱爐冶煉工藝的要求，其石墨化后的電極抗裂、抗斷性能更好。電極糊演變示意圖如圖2所示。

圖1 電極糊

圖2 電極糊演變示意圖

2.2 電極硬斷外因

選取5個(gè)發(fā)生電極硬斷事故的月份為樣本，通過對(duì)電極硬斷原因進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分析出造成電極硬斷的主要外因。電極硬斷外因統(tǒng)計(jì)情況如表2所示。

表2 電極硬斷外因統(tǒng)計(jì)

根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐,對(duì)上述造成電極硬斷的原因進(jìn)行分析驗(yàn)證，得出該公司電極硬斷的實(shí)際影響因素：

1）工作端偏長(zhǎng)。當(dāng)對(duì)工作端長(zhǎng)度判斷不準(zhǔn)確時(shí)，電極壓放次數(shù)增加，導(dǎo)致電極工作端偏長(zhǎng)，電流密度大，電極抬升，坩堝區(qū)縮小，爐況異常，同時(shí)也會(huì)因頻繁操作電極而導(dǎo)致電極端頭易開裂。

2）電極糊柱高度過低。糊柱高度過低會(huì)造成糊柱下部所受壓力小，填充松散，無(wú)法燒結(jié)成足夠強(qiáng)度的電極，電極消耗快且易斷裂。

3）供料不穩(wěn)定。由于回轉(zhuǎn)窯耐材多次脫落，導(dǎo)致回轉(zhuǎn)窯多次停窯，焙燒砂供應(yīng)波動(dòng)大，需在短時(shí)間內(nèi)對(duì)礦熱爐功率進(jìn)行大幅調(diào)整，導(dǎo)致電極硬斷。

4）停爐送電后電流及功率恢復(fù)過快。電流及功率恢復(fù)快使電極溫度升高過快，造成電極開裂和燒結(jié)分層。

5）爐蓋漏水。電極周圍的爐蓋冷卻水滲漏到電極表面，發(fā)生打弧現(xiàn)象，造成電極冷熱不均，局部發(fā)黑，從而導(dǎo)致電極熱應(yīng)力增大而出現(xiàn)裂紋斷。另兩根工作正常的電極中，相同部位未發(fā)生發(fā)黑、過冷、水或者其他液體滲漏的現(xiàn)象。

6）電極殼質(zhì)量。通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)電極殼檢查，發(fā)現(xiàn)電極殼焊縫焊透、致密無(wú)夾渣、氣孔，并打磨光滑平整，無(wú)歪斜，內(nèi)外部保持清潔無(wú)異物，達(dá)到工藝要求，同時(shí)也沒有凹陷、彎曲現(xiàn)象。證明電極殼質(zhì)量不是電極硬斷的影響因素。

7）操作不當(dāng)。經(jīng)調(diào)查，在3個(gè)工作班組中僅有2個(gè)人對(duì)操作崗位技術(shù)知識(shí)掌握不夠全面，但其崗位職責(zé)并非引發(fā)電極硬斷的關(guān)鍵原因。

3 電極硬斷事故處理措施

1）提高二次電壓，電壓提高后，電極插入深度變淺；適當(dāng)升高料面高度，將料管長(zhǎng)度從2.1 m縮短為2.0 m，在料管燒損變短后，可以適當(dāng)延長(zhǎng)更換時(shí)間。

2）對(duì)回轉(zhuǎn)窯耐材重新砌筑，以減少停窯的時(shí)間；若出現(xiàn)局部小塊脫落情況時(shí)，應(yīng)避免頻繁停窯，轉(zhuǎn)為集中處理。

3）在爐蓋靠近電極的位置斷掉冷卻水，直接采用澆注料；控制好電極插入深度；調(diào)整好合適的二次電壓。

4）將糊柱高度由1.5 m調(diào)整為2.8 m；責(zé)令加糊人員按時(shí)校正纜繩，保證糊柱高度的精度。

4 實(shí)施效果

通過落實(shí)相關(guān)措施，該公司礦熱爐電極未再發(fā)生過硬斷事故，有效提高了設(shè)備運(yùn)行率，降低了因電極硬斷造成的生產(chǎn)損失，同時(shí)證明了該公司所用電極糊無(wú)質(zhì)量問題。

5 結(jié)論

根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐，統(tǒng)計(jì)分析出鎳鐵礦熱爐電極硬斷主要原因?yàn)楣ぷ鞫似L(zhǎng)、供料不穩(wěn)定、電極糊柱高度過低、爐蓋漏水、停爐送電后電流及功率恢復(fù)過快等。經(jīng)過實(shí)施相應(yīng)的解決措施，避免了礦熱爐電極硬斷事故的再次發(fā)生。