54000KVA電石爐電極控制方案研究

仲應福 周小龍

摘 要：在電石爐設備中，電極是重要設備之一，在電石生產中，電流通過電極輸入爐內產生電弧，電阻熱和電弧熱，解放能量，進行冶煉電石。如果電極出現問題，如硬斷，軟斷，過短過長，破裂，漏糊，刺火等事故，都會影響電石的正常生產，嚴重時可能發生人身傷害事故。而54000KVA電石爐做為國內自主開發的大型密閉性電石爐，在電極糊的成份，電極焙燒等過程控制上都沒有任何經驗參數，通過不斷實踐、摸索、總結出一套適合54000KVA電石爐的生產控制的電極焙燒方案對電石爐大型化、密閉化的進程就顯的尤為重要。

關鍵詞：電石爐 電極 控制

一、前言

金泥化工54000KVA電石爐是原化工部第一設計院（現中國天辰工程有限公司）設計，核心生產設備54000KVA全密閉型電石爐，由金泥集團公司聯合中國天辰工程有限公司、中鋼集團吉林機電設備有限公司開發，是目前國內自主開發設計的單臺產能最大的全密閉型電石爐，其中1、2#電石爐已于2017年完成點火試生產，由于金泥化工54000KVA電石爐為新開發爐型，國內沒有穩定生產的電極焙燒控制方案，嚴重制約了金泥化工電石爐負荷的提升。

二、電極焙燒過程

連續式自動燒結電極（簡稱自燒電極）是由電極糊和鐵殼組成的。電極鐵殼是用3.5毫米的鋼板卷制而成的，其中裝有鐵拉筋（鐵翅），以增加電極的強度和導電性。電極鐵殼裝在電極夾持器內，然后將電極糊裝填鐵殼內。這種電極在電石爐內工作時是要不斷消耗的，所以需要繼續不斷地下放電極，以資補充。當電極下放到導電銅瓦下部時，經過高溫焙燒，使電極糊碳化而成電極。

電極糊在向下移動的過程中，要經過三個相態變化，即固態—液態—固態，在室溫（ 25℃）時電極糊為固態，當溫度由 25℃上升到 120℃— 200℃ 時，電極糊焙燒成液體狀態，同時電阻增大，溫度再升至 650℃ — 750℃ 時電極糊揮發而變粘稠，電阻逐漸變小，當溫度達到 900℃ — 1200℃時，電極糊開始燒結，在此轉化過程中電極糊的電導率隨電阻的增大而減小。經過 1000℃以上的高溫焙燒，使電極糊碳化而成電極，因為電極殼在不停電的情況下焊接，電極糊也是在不停電的情況下加入，電極不斷的消耗，電極糊連續進行焙燒而成電極。其中，電極糊成分的選擇及焙燒時電極電流的控制是整個焙燒的核心控制指標。

三、電極糊成分選擇

電石爐對電極要求很高，尤其像54000KVA電石爐這樣的大容量電石爐，對電極質量要求尤為嚴格：

1、能耐高溫，同時熱膨脹系數要小。因為它一端遭受電弧高溫，另一端則露于料面上與被水冷卻的銅瓦相接觸，所以要求在溫度急劇變化的情況下，具有一定的堅固性。

2、具有比較小的電阻系數，可以降低電能的損耗。

3、具有較小的氣孔率，可以使加熱狀態的電極氧化緩慢。

4、具有較高的機械強度，才不致因機械與電氣負荷的影響使電極折斷。

此外，還必須經受得住生產過程中爐料崩塌的輕微的側擊。

電極糊的控制項目有固定碳、揮發份、灰份和水份等。其每一項工藝指標發生變化都會影響電極焙燒質量。

1、灰份：電石冶煉時電極起導電作用，也是在不斷消耗做功過程，密閉糊在不影響強度指標得情況下，灰份越低，消耗越低，電阻也越低。

2、電阻率電阻率， 54000KVA電石爐正常運行后還要超負荷20%，電阻率必須控制在≤68uQm，方可滿足電石爐正常運行。

3、揮發份與軟化點：主要影響電極的燒結速度，燒結速度過快，電極容易發干，易發生硬斷、過燒等事故。燒結速度過慢，電極偏軟，易出現焙燒跟不上消耗、電極軟斷、流糊等現象。除此之外，還要考慮電極輻射熱對電極糊燒結速度的影響。另外，也可根據冬季、夏季氣溫變化適當調整電極糊揮發分。

4、抗壓強度、體積密度、延伸率等：該類指標主要為物理指標，需要好的原料及合格的生產工藝才能保證。

通過不斷摸索實踐，確定出適合金泥化工54000KVA電石爐的電極糊指標：固定碳≥85%；灰分<3%；揮發分11-12.5%；抗壓強度≥20Mpa；電阻率≤65±5υΩ.m；體積密度≥1.45g/cm3；延伸率5-20%

四、電極焙燒控制方案的確定

通過對國內電石生產企業了解，由于金泥化工54000KVA電石爐為新開發爐型，目前國內外還未有針對此爐型的電極焙燒方案，但國內30000KVA電石爐電極焙燒管理方案已經成熟，40000KVA以上電石爐專用電極焙燒方案還未系統形成。

金泥化工根據近一年生產情況，通過不斷對比分析，綜合每天生產負荷、電極壓放時間、電極電流、電壓、電阻及根據現場實際觀察爐況及電極質量，不斷摸索調整，總結出一套適合54000KVA爐型的電極焙燒控制方案，進一步提高了電石爐電極質量，從而提升產量及設備運轉率。方案自2018年1月完成下發試用，經過3月、4月兩次修訂，于2018年4月正式下發執行。具體控制方案見下表：

五、結論

方案完成實施后，電石爐負荷及運轉率得到提高，根據統計報表，方案自2018年4月修訂投入使用后，以2#電石爐為例，同比設備運轉率提高2%，產量同比增加364噸/月。即有效提高電石爐設備運轉率、產量，又填補了行業內此項技術的空白。

參考文獻：

[1] 電石生產及其深加工產品熊謨遠著

[2] 密閉電石爐電極管理張培武著