3 0 MV A電石爐電極軟硬斷事故原因分析及對策

麻林偉，李廣民，牛紅亞，呂俊杰，李曉鵬

（1.中平能化集團汝州電化有限公司，河南 平頂山 467500；2.重慶科技學院 重慶400050）

電石爐屬高能耗設備，電能消耗占綜合成本的比重較大。近年來，國家相繼出臺了《電石行業準入條件》等政策，提高電石行業準入門檻，促使電石行業向密閉化、大型化、環保化、自動化方向發展。但是，大型密閉電石爐電極事故時有發生，電極事故的發生不僅造成能耗增高、生產指標降低，而且涉及電石爐安全生產問題。因此，確保密閉電石爐穩產、高產及安全運行，已成為電石行業關注的重要課題。

中平能化集團汝州電化有限公司45萬t/a電石項目采用國家“十一五”電石行業節能減排重點推廣技術，2009年，籌建8座30 MVA電石爐，2013年5月，3#30 MVA電石爐在正常運行過程中發生電極硬斷事故，停電處理斷電極后，送電焙燒電極，連續發生電極掉塊、軟斷等事故。經采取措施后，確保了電石爐穩定安全高效運行。

1 電極軟硬斷事故現象

中平能化集團汝州電化公司3#30MVA電石爐于2012年3月開爐運行，2013年5月3日，該爐由于出爐跟不上，造成料面溫度較高（溫度檢測顯示為800～900℃），爐況運行不穩定，電極的焙燒速度大于消耗速度（電極過焙燒），工作端長度加長。6月3日12時，電極發生硬斷事故（當時電石爐運行負荷不到2.2萬VA）。迅速停電檢查，發現斷裂電極長度約一千二百毫米，組織人員把斷裂的電極炸碎扒出。5月4日9時，開始四相焙燒電極，經過十余個小時焙燒完畢，正常運行時，又連續發生電極掉快、軟斷事故。由于發現事故及時，未造成電石爐安全事故。電極硬斷、掉塊及漏糊等事故造成爐況運行不穩定，電耗增高，電石發氣量不穩定。

2 電極事故原因分析

全密閉電石爐自焙電極常見的電極事故主要有電極硬斷、電極軟斷、電極漏糊、電極掉塊、過燒、欠燒及電極筒內爆炸等。全密閉電石爐電極事故的發生，不僅影響電石爐穩定運行、電石能耗增高，而且，涉及電石爐安全運行問題，特別是電極軟斷事故，若電極筒內大量的熔化電極糊流入爐膛，造成爐氣無法排出，加之爐內大量的氫氣超標，就會發生電石爐爆炸事故。電極糊質量指標見表1。

表1 兩地供應電極糊質量指標

表1為該公司使用的2種電極糊的質量指標。

從質量指標的分析比較，可以看出B廠電極糊灰分、揮發分較高，固定碳較低，比電阻較大，電極糊消耗較快 （本次電極消耗過慢的主要因素是出爐操作跟不上及停開爐頻繁），焙燒好的電極發脆、容易硬斷及出現燒結不好現象，降低了電極使用強度。另外，揮發分偏高，電極焙燒速度較慢，焙燒過程中，粗、細顆粒容易產生分層現象。該公司8座電石爐中，1#～3#爐用B廠生產的電極糊，其余電石爐用A廠電極糊。正常運行中，1#～3#爐電極消耗明顯加快，焙燒跟不上消耗，說明B廠電極糊存在質量問題（配比不當）。

（1）電極硬斷事故分析。根據3#爐用的B廠電極糊質量指標，電極糊灰分較高，燒結的電極糊強度較低，出現發脆現象，加上近段電石爐出爐操作跟不上，料面溫度較高（800～900℃），設備故障率高，頻繁停開爐，造成電極過焙燒及氧化現象。

根據電極內部溫度分布及應力分布分析[1]，電極內外部的溫度分布與電極電流的超膚效應和鄰近效應、電極壓放頻率、爐內溫度等因素有關。超膚效應使電極截面的面積電流從中心到周邊逐漸增大；鄰近效應是該電極鄰近另根電極的部位面積增大，也就是說容量越大的爐型，鄰近效應和超膚效應越明顯，電極內外部溫差越大，靠近爐心側電極面積高于外側，其溫度也高于外部。電極內外部溫度分布的差異，受爐內電磁力、機械力及微觀結構差異的影響，由此導致電極內部的應力分布不均和變化。電極的熱應力隨電流周期波動的次數增加而增加，當電極內外部應力超過電極的極限強度，就發生了電極硬斷事故。

（2）電極軟斷事故的分析[2]。表2為電極糊物理特性及電阻率與溫度的對應關系表。

表2 電極糊物理特征及電阻率與溫度的關系

根據電極糊物理特征及電阻率與溫度的關系分析，電極糊在燒結過程中揮發物隨溫度的升高而下降，焙燒電極時，電極抗壓強度隨溫度的升高而增加[3]。

表3為電極焙燒速度對其性能的影響對應關系表。

表3 電極焙燒速度對其物理性能的影響

根據電極焙燒速度對其物理性能的影響分析，電極的焙燒速度過快，將導致電極的孔隙率增大，電極的體積密度減小，電極強度下降，操作不當，就會發生電極軟硬斷、漏糊等電極事故。

3 防止電極軟、硬斷事故的措施

3.1 電極糊質量控制

電極糊的燒結與電爐參數、冶煉工藝水平及電極糊的質量有著密切的關系。生產實踐中，當其他情況相同時，電極出現消耗過快，經常發生軟硬斷或者燒結不好，應及時和電極糊廠家溝通，調整電極糊配比。對進廠電極糊要跟蹤取樣化驗，參照行業密閉電石爐質量標準，確保電極糊的質量穩定。不同企業生產的電極糊要分開存放，保證電極糊不混入雜質及灰塵，建立健全完善的質量管理體系。

3.2 優化停爐、開爐操作規程

停爐時，按照操作規程采取降檔位（負荷）停爐措施及盡可能防止電極氧化措施。送電時，盡可能把三相電極升高，防止大電流沖擊電極。新開爐焙燒電極按照送電工藝制度操作，防止電極焙燒速度過快，電極孔隙率增大，電極的體積密度減小，電極強度下降問題。

3.3 嚴格執行電極管理制度

在正常生產中，加強電極使用維護管理，壓放電極堅持勤放、少放的原則；處理料面時，及時觀察電極燒結情況；提高電爐設備的作業率，降低熱停爐時間。壓放電極后，發現電極燒結不好及有冒煙現象，應果斷迅速地降低負荷，必要時，停爐做進一步檢查處理。

4 結論

目前，大型電石爐尚不能完全杜絕電極事故，在生產實踐中，找準電極發生事故的原因，采取有效措施，可以將電極事故的發生率大幅度降下來。

［1］趙乃成，張啟軒.鐵合金生產使用手冊.北京：冶金工業出版社，2003.

［2］熊漠遠.電石生產及其深加工產品.北京：化學工業出版社，2001.

［3］蔣仁全.礦熱電爐電極發生事故的原因分析與對策措施.見21屆全國鐵合金學術研討會論文集.長沙.2012.147－252.