电石炉自焙烧电极事故分析及处理措施

电石炉自焙烧电极事故分析及处理措施

在整个电石炉或铁台金炉设备中，电极就是心脏。在电石生产中，电流通过电极输入炉内，产生电弧，进行电石冶炼。电极起着导电和传热作用，自焙电极由电极糊和电极铁壳组成。电极铁壳由厚度1～2.5㎜的铁板卷制而成，期中装有铁拉筋，以增强电极的强度和导电性。电极铁壳装在电极把持器内，然后将电极糊装填在铁壳内。该电极在电石炉工作时不断消耗，因此，需要不断地下放电极，以资补充。当电极下放到导电颚板下部时，电极糊经过1000℃的高温焙烧碳化成电极。由于电极铁壳可以在电石炉不停炉的情况下连续焊接，电极糊不断地加入到铁壳内，且又是在电石炉内烧结而成的，因此自焙电极又叫连续式自动烧结电极。

1、电极糊的原料

电石炉对电极糊的要求较高，须具有连续的稳定性，适宜的流动性，良好的导热性能。电极则必须具有高度的耐氧化性和导电性。因此，电极在生产中应能够耐高温，同时热膨胀系数要小；具有较小的气孔率，以使加热状态下电极氧化缓慢；具有较小的电阻系数，以降低电能损耗；具有较高的机械强度，不致因机械或电气负荷的影响，使电极软断；必须经受得住炉料崩塌导致的轻微冲击。根据这些要求，制造电极糊的原料有两大类：古体碳素原料和粘结剂。以往对其成分的控制项目有：固定碳、挥发分、灰分和水分的含量。固定碳素原料常用的有：无烟煤、焦炭和人造石墨。它们是制造电极糊的基本原料，电极烧成后，就成为电极的骨架。粘结剂常用煤焦油和煤沥青，经过焙烧后能够转变为坚固的焦炭纲，起焦结作用，形成自焙电极整体。

2、电极糊焙烧过程中的性质变化

2.1焙烧热源

在电石冶炼过程中，电极不断消耗而逐渐下放，电极糊温不断升高排除挥发物，最后完成烧结过程。电极糊在烧结过中需要热量，其焙烧热源主要来自三个方面：

(1)电极自身的传导热：其热量约占焙烧电极总热量的60%，是电极焙烧的主要热量来源。

(2)电阻热：包括料面以上电极电流通过时所产生的电阻热和铜瓦与电极接触的电阻热两部分。

(3)炉面辐射热：它的热量传导和辐射到电极上，对电极完全烧结关系也很大。

2.2 电极糊的烧结过程

电极糊在铁壳内烧结时的变化过程，没有明显的界限，可根据焙烧温度和部位，将其分为3个阶段。

(1)软化阶段。此阶段固体电极糊熔化，电阻增大，强度降低，最后全部成为液体状态。当温度由常温上升至120℃～200℃时，其位臵位于导电颚板约500㎜处。

(2)挥发阶段。此阶段电极糊充分熔化，沿着壳内截面流动，充填空隙，并使质量均匀，同时开始明显地挥发而逐渐粘稠，电阻不断降低，挥发急剧而成糊状。此时温度由120℃～200℃上升至650℃～750℃，位臵位于半环部位。

(3)烧结阶段。此阶段少量挥发物继续挥发，并开始进一步烧结，导电性大大增加，成为坚硬整体。完全烧结温度为900℃～1000℃，其位位臵于导电颚板下部200～400㎜处。

2.3 电极糊烧结时的质量特性

在以往的电石生产过程中，选择电极糊往往总是以电极糊中的固定碳、挥发份、灰份、水分四项指标来作为衡量电极糊的质量特

征是远远不够的。要鉴定电极糊质量是否符合要求，只有将试样在实验室作烧结、机械强度、电阻系数、气孔率等检验，才算合乎电极糊质量鉴定标准。

根据前面提到电极焙烧热源的三个方面内容，可得电极焙烧热平衡式：

Q供﹦Q导﹢Q颚

此式还可表示为：

Q导﹢Q阻1﹢Q阻2﹢Q颚﹦q1﹢q2﹢q3﹢q4

式中：

Q导——熔池传导热

Q阻1——料面以上电极电阻热

Q阻2——铜瓦与电极接触电阻热

Q颚——炉面辐射热

q1——电极糊挥发份开始分解温度所需热量

q2——粘结剂成焦热

q3——铜瓦以上电极的散热

q4——铜瓦下至料面间电极的辐射热

q5——铜瓦冷却水带走的热量

由上式可见，为进行良好的电极焙烧，可设法增大Q供，减少Q温。但当电石炉的工艺、电气参数、设备、原料确定之后，Q阻、Q辐、q3、q4、q5可视恒量，可见操作变化调节手段是有限的，因此，影响电极焙烧问题关键是电极糊烧结时本身的质量特性。为讨论方便起见，上式可化为：

q1﹢q2﹦Q导﹢Q阻1﹢K﹦

式中：

从上式可见，当电石炉、铁合金炉工艺参数确定后，F(电极的截面积)、I(电极电流)为定值，熔池温度也近似为定值。所以电极糊结焦需要总热量只与电极的导电系数、电极电阻有着线性关系。因此，要提高电极焙烧速度，应增加电极糊导热、导电系数。前面已提到熔池传导热Q导占主要地位，故提高电极糊导热系数才能真正达到目的。

3 电极消耗及焙烧质量判断

电极在电石炉工作时不断消耗，需要对不断补充下放的电极进行焙烧。因此掌握好的焙烧质量显得尤为重要。

3.1电极的消耗

电极由于受表面氧化和炉内反应的作用以及电弧燃烧时电极逐渐烧损等原因影响，导致电极在电弧的高温下不断气化电离，使得一部分碳的气体参与了电石生成的反应，其余部分则通过炉料孔隙而逸出，电极的消耗速度与下列因素有关：

(1)电极的固定碳含量高时消耗慢；

(2)电极烧结后的气孔率低时消耗慢；

(3)炉料焦比高、杂质少时消耗慢；

(4)电极深入料层时消耗慢；

(5)电极电流密度小时消耗慢。

为了保持电极适当的工作长度和位臵，则必须掌握电极烧结速度和消耗速度的平衡。如烧结慢，则消耗快，电极工作长度不够易软断。如烧结块，消耗慢则电极太干，容易硬断。在生产过程中应根据两速度的平衡，控制好电极烧结过程。

3.2电极焙烧质量判断

在实际生产过程中，只能依靠人的经验、肉眼的观察和借助

一些简单的工具进行表面检测来判断电极焙烧质量的好坏。判断电极焙烧是否正常，如发现放下来的电极表面呈灰白色或暗而不红，则焙烧良好。如发红则太干，如发黑或冒烟甚多，则太软。为了使电极焙烧质量良好，必须满足以下要求：

(1)选择易燃烧、块度、密度大、导热系数大的符合质量标准电极糊，充填时按工艺要求保持一定加入高度。

(2)电极制作与焊接必须符合要求，控制好电极冷却风机量和导电颚板的冷却条件以及电极的接触必须良好。

(3)尽量避免、缩短电炉停电次数和时间。

4、电极事故原因分析

在电石冶炼生产中，经常遇到的事故是电极软断和电极硬断。

4.1 电极软断的原因

(1)电极糊所含挥发物过多，造成电极不易烧结，强度差而引起软断。

(2)电极壳铁板太厚或太薄。太薄会因外力作用使电极壳破裂，造成电极铁壳在压放时折叠或漏糊而软断；太厚会造成铁壳和电极芯部接触不紧密而引起软断。

(3)电极壳制作不良或焊接质量不好，引起破裂，导致漏糊软缎。

(4)电极焙烧速度过慢，破坏了电极消耗和焙烧平衡，使液态电极糊中的粘结剂从未烧成的电极中反渗出来，发生“离折”，引起软断。

(5)下放电极时没有降低负荷或降低得太少，，放电极后负荷升得过快而引起电极软断。

(6)下放电极过于频繁，或下放电极过长而引起电极软断。此时应立即停电进行处理。