电极断裂的原因

33000KV.A工业硅电极断裂主要因素
原料
如何正确理解硅冶炼的原料是基础呢？让我们首先了解一下，炉料的组成，配比、分子比，及配碳量，对硅冶炼的一些影响。

在硅冶炼的生产过程中，硅石与碳质还原剂的组成的合理性，确保实现碳平衡冶炼（sio2+2c=si+co2）除有了反应介质硅石的高品质外，很大程度上取决于还原剂的应用基固定碳的含量多少，因为冶炼所需的炭原子都是由还原剂来提供的，同时不同的还原剂各自有不同的理化性质、品位、化学活性，入炉粒度反应速度，结合性能，亲合力强弱、电气特征，除担负提供炭量外，为满足冶炼需要，它们都在理化性质上不同，特征上互补，发挥各自的功能和作用。

所以在生产过程中都要求精料入炉，配方精准，因为反应能力强的还原剂，在短时间内，能充分利用和捕集矿石中的sio2有用元素（二个炭原子捕集一个二氧化硅原子）确保回收率的提高。

反之亦然，炉况波动就大了，产量下降，成本增高了。

冶炼时炉料的熔化进程
当电弧炉运行时，电极导电在三相电极周围的炉料层中形成电埚。

电极所处的周围是高功率密度区域，由于电炉中的电热功率分布是很不均匀，且不稳定的，完全处在一种动态曲线。

因此导致炉内温度分布也就很不均衡。

生产中的电极应当处于合理中埋。

这时工作电阻相对稳定，促使炉内的热交换平衡。

各部段都能加热。

熔炼中的炉料加
热，和电热转换同时在各层段中正常进行，属内热源加热。

此时热阻小，电热效率高。

一般热效率在0.6-0.8之间。

物料的熔化分解是电热转换和热传导，热效率的综合体现，硅的冶炼是以电弧热为主的物料容和炭化过程。

从上述的两方面显而易见
1、不同的炉子其入炉的电阻值就不同，炉料导电性能差异就很大，电极工作端的稳定性就差，波动大，造成电极很难实现合理埋弧冶炼，所以我们冶炼用原料的物理指标当中，电阻值尽可能大，确保保电极实现合理埋弧生产。

促成梯阶温度合理分配，热工制度稳定。

2、若炉料组成的化学活性差，加上低电阻的炉料比例大。

在整个冶炼受热，还原进程中特别是挥发灰过高组成的炉料“头涌尾干枯”。

炉面反应活泼，烧损大，没生气、产量低，消耗高，成本高。

3、质量差的原料构成的炉料，整体反应能力弱，单位烧成时间相对延长，体系中的反应速度放慢，且不完全不彻底，sio烧失量增大必将产品回收率下降，微硅粉产量增加，生产成本增加。

由于以上问题存在，原料质量的好与坏就必然造成在运行中炉况，电气特征的变化。

不同的炉料入炉它将有不同的星形回路（熔池电阻）和三角形回路上（相位电阻）主、支路上电流分配的强弱，多少更加明显。

必然导致极心圆功率。

熔池功率，单位体积功率密度值紊乱。

（三相不平）造成电炉总热收入的失衡。

质量差的炉料容易造成：炉料及大功能区的有效相电压以及通过电极的电流比值，在炉内三相电极均衡输入的有效功率及热分配，热交换和电极的稳定上大打折扣。

设备
设备是硬件，首先从厂址的选择，交通运输条件的远近，原材料产品的进出，供电、供水质与量的保障，都是十分重要的必备条件，在这里我特别强调一下，供水质量的问题：
电弧炉冷却用水应符合下列主要条件
1、每升水中钙、镁离子不大于0.03mg/L
2、PH值：6—8.5之间
3、总硬度：10德国度以下
4、悬浮物：20mg/L以下
5、水质纯净、清亮、无浑浊和泥砂，自身水温越低越好。

在行业内因供水量和质的问题，不少企业吃亏不小，伤神，伤财，生产都难也正常进行下去。

再次投入加大水处理成本。

甚至有些地方用冷却水是自来水价。

很多企业因供水质量问题时开时停，严重时生产无法进行。

都是在建厂前期隐视了供水问题。

同行知道设备是保障的重要性，一台新炉从设计、制作、安装、环保及辅助设施的配套都是紧紧围绕整个生产体系的主辅设备的先进性、合理性，可靠性、保障性。

到后期运行的完好率和运转率，来保生产的正常化。

那家设备没保障，那家必然在生产过程中，时开、时停，这时还谈什么成本的有效控制。

面临的两条路：一是再投再改吧，二是破产拍卖吧。

工艺操作
一家金属硅企业，从设计、施工制作、安装的完成，只做完了一
半。

而且更重要的一半：是如何组建一支有技术、有管理支撑的保障运行团队。

它是实现目标和结果之间不可缺少的重要一环。

当我们满足了“硬件”，接下来就是做好“软件”这一关键问题。

提高技术装备的维护、保养及工艺操作管理水平自然显的十分重要了。

当确定好适合本单位的工艺模式后，为实现经济运行和炭热反应处于炭平衡状态下的冶炼。

优选工艺配方与合理运行的四大参数值（工艺参数、电气参数、炉膛参数、热动力参数）进行科学配置，精心设计、配套计算并将成套计算值结果提供给生产技术部门。

在生产中严格执行体系运行效率，提高工艺操作水平、严格操作规程，很抓“四平衡”的冶炼，操作不放手。

加强捣炉，料面、料位、料型的有效控制，严控有效工作端及炉面刺火。

关键是在生产过程中必须紧紧围绕，促进有利于冶炼向正向反应的同时，有效控制副反应作用。

由于副反应的强大，这造成了炉底温度不足，热工紊乱和电极工作端稳定性差，炉面刺火频繁。

造成烧失和能量的损失增大，产量下降，成本增高。

主要副反应
AI2O3+3C＝2A1+3CO↑
耗热：16060千卡/小时
Fe2O3+3C＝2Fe+3CO↑
耗热：2484千卡/小时
Cao+C=Ca+Co↑
耗热：5318千卡/小时
由此可见有效控制，减少冶炼中的副反应，就有效控制热损，及生产成本，提高了电热效率。

控制副反应的有效途径是：确保精料入炉严控入炉灰分，有害杂质和人为操作污染。

有效控制刺火和频繁捣炉操作。

确保炉眼畅通随时排查。

真正实现冷料面操作，只有这样才能真正做到降低副反应及烧损带来的能量损失，单位生产成本的下降。

增大了正面反应能力，方才有效降低生产成本。

综合上述，归拿如下：
“四要素”
1、供电质、量、价是根本
2、原料是基础
3、设备是保障
4、工艺操作是关键
“四参数”
1、工艺参数
2、电气参数
3、炉膛参数
4、热动参数
“四平衡”
1、配电平衡
2、配炭平衡
3、炉料平衡
4、操作平衡
我们金属硅的生产成本控制，影响成本的因素很多。

但归根结底只要我们认认真真，明明确确，仔仔细细地抓住：四要素、四参数、四平衡的贯彻落实，执行对该企业生产成本的有效控制一定是有帮助的。

千万不要“瓜菜代”反之亦然，自蚀其果。

只有认真、认准、狠抓方能实现稳定、高产、高质、长周期、低消耗。

原因
我国从2002年炭素电极在硅冶炼上运用实践以来，到今可以肯定的说经过生产厂家和应用厂家的不断努力和改进、炭素电极基本满足了硅冶炼的要求，质量是过关了，但欠稳定而也。

由于操作上的不当，加上时而遇到了一些不稳定质量电极的使用，电极断裂事故就难免了。

我们到这里先要了解一下什么叫“集肤效应”是指当交变电流过大，断面导体时，在导体的中心部位，由于电磁感应关系，形成感抗较大，而基本没有电流（微量）电流通过，电流只在导体的四周表面层厚度范围内通过的现象。

叫“集肤效应”。

造成电极断裂的主要因素有如下几方面：
1、热停炉
1、这是因为生产过程中经常出现长时间的热停，造成成电极的温差效应很大。

铜瓦至料面间的电极（无效工作端）以每小时50℃左右的温度下降速度远远超过内层温度。

从而电极的截面温度梯度增大。

埋在料内电极与表露在外电极的的临界面。

温差过大，热效力超过机械强度极限。

由于热应力破坏了电极自身机械强度。

前期出现纵
横向裂文。

在热停炉结束后，送电升温过急、配压配流不当。

过快、过急、过高、热膨胀指标值远大于炭电极的理论值：（10-6℃—1）3.5—6.0倍因热膨胀应力造成了电极的断裂。

2、送电时没有按照电极升温曲线升负荷，是电极内外温度产生差异，电极本身产生热胀冷缩，致使电极掉炉事故发生。

尤其是电极接头处。

2、炭电极的氧化
一是：在热停炉时，铜瓦距料面、外露电极约500mm左右不等、停时越长氧化越烈。

因炭电极氧化的启始温度是：400℃，而炉内温度正好是400℃左右。

二是：在正常冶炼时表露电极越长，表面积越大，氧化面积就大。

三是：水圈、铜互的漏水、形成高温环境对电极的潮解现象，严重时可氧化从φ1272mm变成了φ1000mm左右直径的。

而1272mm 炭素电极过电流负荷能力为：85000—11000Aφ700mm电极过流负荷能力只有：21000—25000A。

由于氧化后的电极随过流负荷能力大大下降。

在复恢生产配电时，没有注意这一因素，任按原配荷截送电，特别是遇到接头时，致使过电流击断电极。

四是：原材料不好杂质多，在冶炼中炉底上涨很快，电极难下插，炉内刺火严重，电极表面温度太高，电极内外膨胀系数不同，致使电极断裂。

3、炭电极的加工精度
电极的加工精度，运输损伤特别是公母螺纹，考虑的膨胀缝的大小，公差大小，达不到即要保证紧密配合，又要考虑合理的膨胀缝隙。

出现问题时，电子火花流，在公母结合的丝口内，打弧、氧化形成更大的内空。

此时大量电流沿电极周边通过，造成电流不匀、局部大，加上外力作用，电极掉炉事故发生。

4、捣炉操作
冶炼时，当某相电极处在危险期时，配电，捣炉操作不当致使过流，提升电极，或捣炉时的捣杆碰撞了电极。

特别是当捣炉机绝缘很差，在局部形成瞬间短路电流与其捣杆的作用力同时作用力下，远大于电极自身承受的抗折强度（≥MPa）时，电流应力加上外力的合成力造成电极的折断。

5、干烧操作
冶炼生产的干烧过程中，炉料电阻和操作电阻波动很大。

电阻降低、电流上升，要是不及时补炭操作更加快了电极的氧化和消耗速度作用在电极上的电流负担增加，电极在表露空气中部分的氧化越来越快。

干烧时间越长，电极下插就越深，对电极断裂的威胁越大。

特别在接头处相当危险，很易造成电极掉炉事故。

6、干烧、焙烧后的加料操作
1、在冶炼的生产过程中，当干烧和电极断裂后的焙烧好后：都将要以最快的速度向炉内投料，恢复正常生产，而此时电极埋入深，特别是干烧后的电极氧化很严重，通过电流能力明显降低。

依据欧母定律及热力学原理，热动力强，热膨胀系数高。

通过电极流温高，炉
料电阻最小，空腔大、电流电阻小。

要是加料操作不当一次性大量投入原配炉料，而且投足、投实；这样一来造成电极周边的炉料电阻突变，同时温差效应在扩大。

2、冷炉料和水份对电极增加潮解作用。

特别是断电极后的加料。

这一样一急由于电极集肤效应还没有完全消除大部分电流是沿电极周边通过。

是升温曲线的峰值突高。

埋入炉料的电极部分，它将出现明显的温值界面。

出现很大的温差效应造成电极裂纹或掉炉事故。

3、正常的加料操作应是每相配用好高电阻，烧结差的炉料各8批备用。

坩锅周围补炭，收熟、烧生的原则，方可均匀向需投料的电极周围投料约500厚方可，半小时左右用大铲沉料。

依次再投生料，螺旋式投料致合理料面。

做到勤加薄盖投料方法、操作，要尽快平衡，恢复三相料面，减少无效工作端。

7、电流波动
当冶炼生产的坩锅完全形成后工作端一部分与炉料使终不接触。

炉料相对与电极的接触表面减小，电极经炉料的电流减少。

而电流通过炉料的电阻热在减少，有利于电极的深埋。

经电极电流深度的增大。

对电极不利。

由于电气特性在冶炼的全过程始终随炉料电阻，操作电阻，热分配系数，炉温的变化，功率分配。

电热效应的变化造成了电气特性动态运行，相对紊乱。

由于料面的透气性变化，变坏，电流随梯阶温度的变化，及炉内气体压力波动而波动，这样电极内部分产生大量的热应力，电极的热效力又随着电流周期波动的次数。

频率的大小，增加而增加。

在集肤效应的作用下，电极表面应力是中心应力的
1-6倍。

加上电极自重力的作用很易出现脱扣，裂纹断裂。

8、设备行程
由于设备的选型，设计、制作、安装、配置上的不合理。

参数不当供电质量差，供水系统事故高。

电极无法正常下行，氧化相当严重。

加上电极的行程设计不合理，下限位还是过去老理验设计、离炉口太高。

造成电极无效工作端太长。

抱紧装置、套筒不垂直，不固定、不同心，特别是无效工作端过长，运行中增大了电极的电流，降低了入炉有效功率及因素，增加了电耗和工作端深埋困难。

同时加速了电极无效工作端氧化，特别是当电极接处在此段时造成电极裂纹、断裂的风险就更大。

9、电极下压放过长
在生产过程中，每班都要压放一至二次。

有时出现自动下滑。

而配电工又视而不见，不按规程操作，多压、多放、下滑不收。

造成无效工作端长短不一。

只求仪表上的三相配电，其实不然。

不仅增加了电损、极耗。

造成了配电平衡的假象。

使电极埋入有效深度不平衡。

各相有功功率配置不一。

三相梯阶温度不一，电弧电阻，相位电阻不一。

电热分配不一、冶炼热工不稳。

必然结果是，无效工作端过长的电极因先氧化严重，后因承受过流能力下降造成电极的断裂事故。

10、炉料料重
在生产冶炼过程中，为了避免炭化硅过多的生成，达到稳定电极，提高产量这一目的，有些工艺师，炉长。

经常选择偏重料方和大压，高负荷，挖产能手段。

由于长期料重、炉料的导电性强。

炉内长时缺
炭加快了电极自身消耗，电极固定炭替补了部分还原剂的炭量。

增大了电极上的分解电流，由于重料、炉料很粘，自动下沉效果极差，坩锅壁很小，长时间在电极根部强烈刺火，此时电极的氧化加剧。

加上超出了电极自身承爱的电流负荷，扩大了电极事故的发生。

11、电极的连接
在电极连接操作过程中，首先用压缩空气或皮鼠将电极内的浮尘杂质吹净。

把损伤，破损严重电极排除，选择安全电极使用。

当电极对接时，两端间距离达一口半左右，挂扣。

这时要特别主意，边下降对接边旋转电极用力紧扣。

尽可能减少接缝，若连接不好、接缝大，在集肤效应作用下，电极接头处发白放弧，冲刷公母口，造成电极自动脱扣掉炉事故。

12、炭电极的焙烧
每当新启动的和电极断裂后的电极有个焙烧过程，特别是电极断裂后燃烧尤其重要，都要将新放下的电极进行缓慢，均匀送电焙烧。

使电极通过平稳升温曲线。

待电极的温度大于1000℃时（电极变红色）方可均衡投料。

升温焙烧电流进度表
其原因是：当某相电极在焙烧中，炉内所处的三相电流，电压是
很不均稳定。

炉内的热工、功率分配严重偏弧、偏流。

对处在焙烧中的电极危险很大，必须相对降低入炉的流压比值。

和相对平稳的补炭焙烧。

要是操作不当，将良成恶性电极断裂事故。

炭素电极直径较大，焙烧时间较长，（一般3小时左右）为避免升温过急。

热膨胀应力过大。

对电极机械温度的破坏，按焙烧进度操作尤为重要。

确保电极达较稳定的理化指标时方可封料。

（也可待料焙烧）
炉况如何判断及问题处理：
附件：
1、冶炼时炉料烧结，及判断
2、冶炼时炉况刺火的原因
3、炭量过剩，不足及特征
4、几种常见的电流甩表现象。