電石爐爐墻發(fā)紅現(xiàn)象分析及處理措施

劉 凱

（寧夏英力特化工股份有限公司 石嘴山 753202）

在電石生產(chǎn)過(guò)程中，一般在新開(kāi)爐負(fù)荷開(kāi)起來(lái)后，或高負(fù)荷生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)電石爐爐墻發(fā)紅的情況。發(fā)紅部位一般在電石爐爐眼上部偏左或偏右處，如不及時(shí)采取措施，將使?fàn)t襯大范圍燒損，縮短爐襯使用壽命，影響電石生產(chǎn)。本文通過(guò)電弧的形成特性剖析爐墻發(fā)紅的原因，并采取有效措施，降低損失。

1 電石爐爐體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

在電石爐內(nèi)，爐體（結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖1）是電石冶煉的反應(yīng)場(chǎng)所，由爐殼和耐火爐襯組成。爐體內(nèi)由爐襯構(gòu)成圓筒形爐膛。從下到上分別由爐底隔熱耐火磚、高鋁磚、自焙碳磚等砌筑構(gòu)成，爐門(mén)磚采用碳化硅磚，是電石爐的主要組成部分。

圖1 電石爐爐體結(jié)構(gòu)圖

爐殼一般是由20 mm厚的鋼板卷制焊接而成，并在高溫區(qū)增加水平加固圈和橫豎加強(qiáng)肋，主要作用是固定耐火材料，保護(hù)爐墻。

出爐嘴一般材質(zhì)為耐熱鑄鐵或鑄鋼，分為通水和不通水兩種，熱電石通過(guò)爐眼經(jīng)出爐嘴導(dǎo)流后流入電石鍋內(nèi)。

2 電石爐電弧的形成機(jī)理及特性

2.1 電弧的形成機(jī)理

電弧是一種等離子體。具有易形變、高能量、導(dǎo)電、磁控等特性。

電石爐中，變壓器將二次電流通過(guò)短網(wǎng)、饋電銅管及導(dǎo)電接觸元件輸送到電極。三相電極通電后，電極間就產(chǎn)生了電場(chǎng)，產(chǎn)生的自由電子通過(guò)電場(chǎng)作用被加速后，以很高的速度撞擊中性分子和原子，從而使氣體電離產(chǎn)生更多的自由電子。通過(guò)不斷的電離放電，從陽(yáng)極產(chǎn)生的正離子不斷撞擊陰極，使陰極加熱。隨著陰極不斷發(fā)射出電子流，當(dāng)間隙中離子濃度足夠大時(shí)，間隙被電擊穿而發(fā)生電弧。在電極端頭產(chǎn)生的電弧，隨著電流的不斷增加，當(dāng)三相電極中每?jī)上嚯姌O產(chǎn)生的電弧相互重合，形成了電弧通道，也是通常說(shuō)的三相導(dǎo)通。而這個(gè)通道就是電極放電形成的電弧柱。

電弧的形成主要分為非自持放電和自持放電兩個(gè)階段。非自持放電為電弧的起始階段，又稱(chēng)為暗放電階段；自持放電包括輝光放電、電暈放電、火花放電及電弧放電。電石爐采用交流電，交流電的方向在一個(gè)周期內(nèi)變換兩次，每半個(gè)周期內(nèi)交流電弧都經(jīng)歷起弧、長(zhǎng)大、衰減和滅弧幾個(gè)步驟。因此，交流電弧是不穩(wěn)定的。

2.2 電石爐坩堝的形成

在電石爐生產(chǎn)過(guò)程中，由電極產(chǎn)生的電弧在爐內(nèi)釋放出大量的熱量，這些熱量隨著爐料的不斷加入、熱電石的不斷排出，形成了一個(gè)固有的、動(dòng)態(tài)的電石反應(yīng)區(qū)，這個(gè)反應(yīng)區(qū)就是通常所說(shuō)的坩堝。坩堝是由爐襯、混合料、爐渣等在高溫狀態(tài)下形成的。這個(gè)區(qū)域?qū)τ陔娛a(chǎn)是非常重要的，其大小決定著該電石爐的爐況和各項(xiàng)主要生產(chǎn)指標(biāo)。

另外，隨著電石生產(chǎn)的不斷穩(wěn)定，電石爐反應(yīng)過(guò)程中一些耐高溫雜質(zhì)無(wú)法參與反應(yīng)，并及時(shí)排出，在電石爐爐壁內(nèi)靠爐眼上部形成硬殼層。該硬殼層的形成減少了坩堝面積，但同時(shí)對(duì)爐襯也起到了一定保護(hù)作用。

3 爐墻發(fā)紅原因分析

3.1 電石爐坩堝壁熱電的形成

電石爐通過(guò)三相電極產(chǎn)生電弧，形成電弧通道，使三相電極間電流形成通路。但是，電弧的狀態(tài)是極不穩(wěn)定的。每相電極電弧要受到其他兩相電極產(chǎn)生的磁場(chǎng)作用，電極端部外側(cè)靠爐壁方向產(chǎn)生的電弧在磁場(chǎng)力的作用下產(chǎn)生電弧外吹，在爐眼上部坩堝壁形成熱點(diǎn)，見(jiàn)圖2。

圖2 電石爐單相電極電弧形成的熱點(diǎn)圖

電石爐爐墻出現(xiàn)發(fā)紅現(xiàn)象跟坩堝壁熱點(diǎn)有很大的關(guān)系。例如，新開(kāi)的電石爐因爐壁附近未形成硬殼層，當(dāng)電極負(fù)荷過(guò)快時(shí)極易出現(xiàn)爐墻發(fā)紅現(xiàn)象。

3.2 三相電極功率不平

三相電極功率不平，也就是三相電極下插深度不一致，各相的坩堝區(qū)溝通差，導(dǎo)致?tīng)t料熔化不均勻。由于電弧具有磁控特性，以電弧為整體進(jìn)行受力分析。當(dāng)三相電極下插物料深度基本處于同一平面時(shí)，三相電極電弧導(dǎo)通后，電弧受到的電場(chǎng)力與磁場(chǎng)力是處于平衡狀態(tài)，也就是物理學(xué)中所說(shuō)的二力平衡。但是，當(dāng)三相電極產(chǎn)生的電弧作用面不在一個(gè)平面時(shí)，電極下插較淺的受到的磁場(chǎng)力大于電場(chǎng)力，就使得電極位置較高的電弧在磁場(chǎng)力作用下向爐墻一側(cè)傾斜。功率過(guò)大的強(qiáng)相電極，在磁場(chǎng)力作用下，電弧向爐墻一側(cè)傾斜，所產(chǎn)生的電弧高溫會(huì)加劇爐襯耐火材料的熱損毀，長(zhǎng)時(shí)間的三相不平衡，就使得爐壁遭受破壞性損毀。

3.3 爐壁局部有損壞

（1）保護(hù)層未形成。新開(kāi)的電石爐爐墻四周未形成硬殼層，電石爐在升負(fù)荷時(shí)過(guò)快，電弧向爐墻一側(cè)傾斜時(shí)熱點(diǎn)集中產(chǎn)生的高溫對(duì)爐襯耐火材料造成熱損傷。

（2）耐火材料砌筑質(zhì)量。耐火材料在砌筑過(guò)程中未嚴(yán)格按照施工技術(shù)要求施工，如磚縫寬度不符合、預(yù)留膨脹縫不合格等，均可造成電石爐負(fù)荷增加后，耐火材料受熱膨脹受損。

3.4 電極偏損耗

電石爐多使用自焙電極，交流電存在趨膚效應(yīng)，電流主要集中在電極表面。在燒結(jié)過(guò)程中出現(xiàn)底部或側(cè)面缺損情況，在缺損面上形成新的電弧端面，使電弧在靠爐墻面形成高溫區(qū)。

4 電石爐爐墻發(fā)紅預(yù)防及處理措施

4.1 電石爐爐墻發(fā)紅的預(yù)防

（1）新開(kāi)的電石爐嚴(yán)格控制電極負(fù)荷的提升速度，形成必要的坩堝。

（2）加強(qiáng)電極管理，合理控制三相電極把持器的位置，平衡電極功率。

（3）開(kāi)爐期間對(duì)爐料料面出現(xiàn)的熔洞要及時(shí)處理，勤處理料面，確保爐料透氣性；當(dāng)爐壁周?chē)臓t料塌陷時(shí)要及時(shí)填充、搗實(shí)。

（4）嚴(yán)格控制原料質(zhì)量，尤其是白灰中MgO的含量。

（5）加強(qiáng)整個(gè)施工環(huán)節(jié)耐火材料的質(zhì)量控制。從耐火材料的選材、質(zhì)量驗(yàn)收、隱蔽工程施工、烘爐等多個(gè)環(huán)節(jié)嚴(yán)格把關(guān)，才能確保施工質(zhì)量。

4.2 出現(xiàn)爐墻發(fā)紅后的處理措施

（1）發(fā)現(xiàn)大面積爐墻發(fā)紅應(yīng)停爐待爐體溫度下降至常溫后，將發(fā)紅部位挖開(kāi)，用澆注料（或電極糊）和耐火磚的混合物填充修補(bǔ)，搗實(shí)后覆蓋爐料。

（2）從爐外處理。將發(fā)紅的爐殼割開(kāi)，掏去燒損的爐墻，用炒熱的電極糊填充，再用耐火材料填充，最后將爐殼焊接完整。

（3）為確保爐墻發(fā)紅部位的冷卻降溫，在爐墻修補(bǔ)后，可在爐殼發(fā)紅處焊接水冷盒，進(jìn)行表面降溫。

5 結(jié)語(yǔ)

電石爐爐墻發(fā)紅說(shuō)明爐襯已經(jīng)受損，而這也就大大降低了耐火材料的使用壽命。上述方法只是在局部進(jìn)行修補(bǔ)，需要在今后的生產(chǎn)過(guò)程中，密切監(jiān)控爐體變化，勤觀(guān)察、勤檢查，控制電石爐負(fù)荷，確保爐料透氣性，保證電極下插深度一致才能使生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行。