電石爐電極筒制作工藝改進(jìn)的研究

張萬(wàn)龍 孫正棟

一、電極筒制作工藝改進(jìn)的背景

中鹽吉蘭泰電石廠的27000KVA電石爐采用的是自焙電極，過(guò)去電石廠所使用的電極筒體直徑為Φ1250mm，筒體高度為1250mm，總高度為1680mm，材質(zhì)為冷軋鋼板（SPCC），年度產(chǎn)量約6000節(jié)，鋼材消耗總量1470噸/年，平均單位成本為1730元，電極殼制作工序繁雜，人員工作緊張，廢料率及成本居高不下，產(chǎn)量不能如期完成。同時(shí)，也意味著1493.1噸鋼材隨電極消耗進(jìn)入爐內(nèi)，眾所周知，在電石生產(chǎn)過(guò)程中，進(jìn)入電石爐內(nèi)的雜質(zhì)越少越好，鐵元素的帶入，會(huì)和原料中的硅元素反應(yīng)生產(chǎn)硅鐵，增加電耗，縮短爐子壽命。所以，需要研究出一種電極筒制作的新工藝，達(dá)到減少勞動(dòng)強(qiáng)度、降低生產(chǎn)成本的目的。

二、電極筒制作工藝的改進(jìn)

原電極筒制作包括由弧板（1）圍成的鋼筒，垂直切入筒壁的大筋板（2）與大筋板與小筋版相連接的焊接處（3）大筋板內(nèi)側(cè)焊附的圓鋼（4）如圖2.1所示。

2.1 電極筒外觀圖

目前對(duì)電極筒制作工藝的改進(jìn)包括以下三個(gè)部分：

一是將電極筒的高度由1250mm增加至1500mm，大筋板隨著筒的高度增加而增加；與筒的高度平齊。減少了筒與筒之間的焊接工作量，減少了焊接人員焊接作業(yè)時(shí)產(chǎn)生的中毒的危險(xiǎn)，電極殼焊縫減少，降低了電石爐電極系統(tǒng)發(fā)生故障的風(fēng)險(xiǎn)。

二是小筋板的高度由430mm減小至130mm，數(shù)量由12片減為6片。

三是圓鋼全部取掉，圓鋼的取消節(jié)省了鋼材，同時(shí)減少進(jìn)入爐內(nèi)鐵含量，有利于爐況的調(diào)整控制。

三、電極筒工藝改進(jìn)的技術(shù)難點(diǎn)

1.電極筒制作工藝改進(jìn)后，是否具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度

工藝改進(jìn)后節(jié)省大量鋼材，小筋板的高度由430mm減小至130mm，小筋板的主要作用是電極筒接長(zhǎng)焊接時(shí)的定位對(duì)中作用，數(shù)量由12片減為6片后仍然可以準(zhǔn)確定位，不影響電極筒后續(xù)的焊接；取掉所有圓鋼，圓鋼的作用主要是增加電極焙燒后的機(jī)械強(qiáng)度，但在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，大筋板就可以起到圓鋼的作用，經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)合格的電極筒在后續(xù)電石生產(chǎn)中，沒有出現(xiàn)變形或是電極事故的發(fā)生。

2.電極筒制作工藝改進(jìn)后，是否對(duì)電極燒結(jié)產(chǎn)生影響

電極糊在電極筒內(nèi)的燒結(jié)，熱源來(lái)自三個(gè)方面：一是電極本身熱量傳導(dǎo)，電極端頭產(chǎn)生電弧，高溫自下而上傳導(dǎo)，電極糊遇熱逐步燒結(jié)；二是電流通過(guò)電極本身產(chǎn)生的電阻熱；三是爐面火焰的輻射熱。三種熱源中，電弧熱的傳導(dǎo)是焙燒電極所需熱量的最主要來(lái)源，而電阻熱只提供一定熱量，所以取消圓鋼，不會(huì)對(duì)電極燒結(jié)產(chǎn)生影響[1]。

3.電極筒制作工藝改進(jìn)后，是否對(duì)電石爐產(chǎn)生影響

電極殼制作過(guò)程中鋼材減少，意味著進(jìn)入爐內(nèi)的鐵含量減少，鐵含量越少，對(duì)電石爐的裝置和生產(chǎn)越有益。

四、改進(jìn)后產(chǎn)生的效益及使用效果

根據(jù)電極筒產(chǎn)量預(yù)算，工藝改進(jìn)后對(duì)比改進(jìn)前，節(jié)約375噸鋼材，即減少375噸鐵進(jìn)入電石爐，鐵進(jìn)入電石爐內(nèi)在高溫條件下被迅速氧化成Fe2O3，F(xiàn)e2O3在750℃條件下與碳發(fā)生還原反應(yīng)：

按照理論計(jì)算，375噸鐵產(chǎn)生Fe2O3535.7噸，同時(shí)535.7噸Fe2O3被還原，消耗能量361597500千卡即419000KWh的電量。另外，原料中的SiO2與C和Fe經(jīng)過(guò)1500-1800度高溫還原的硅熔于鐵液中，形成硅鐵合金：

SiO2+2C+nFe=[Si]Fen+2CO-367.5Kcal形成硅鐵過(guò)程需要消耗能量2460937500千卡即2858200KWh的電量。按照目前電價(jià)0.19元/Kwh計(jì)算，共計(jì)節(jié)約成本62.3萬(wàn)元。由此可以看出，減少鐵元素入爐，同時(shí)可以降低電耗。

根據(jù)2015年預(yù)算，電極殼制作工序年產(chǎn)量為6000節(jié)，總長(zhǎng)度為7500m，鋼材消耗共計(jì)1470噸，約500萬(wàn)元。改進(jìn)后在總長(zhǎng)度7500m年產(chǎn)量不變的情況下只需生產(chǎn)5000節(jié)（按長(zhǎng)度折算），鋼材共消耗1095噸，較改進(jìn)前節(jié)約鋼材375噸，約127.5萬(wàn)元。

電極殼焊接為138元/節(jié)，改進(jìn)后可減少電極殼焊接1000節(jié)，節(jié)約焊接費(fèi)用13.8萬(wàn)元。由于電極殼制作減少圓鋼焊接及下料工序，小筋板制作工序是原來(lái)工作量的一半，因此單節(jié)電極殼人工工資成本由原來(lái)的136元/節(jié)，下降至105元/節(jié)，全年可節(jié)約成本15.5萬(wàn)元。

五、結(jié)語(yǔ)

極筒工藝改進(jìn)后，一方面大幅度降低電極殼制造成本，同時(shí)減少人工，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。對(duì)于電石爐生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，減少鐵進(jìn)入爐內(nèi)，降低工藝電消耗，減少爐底升高的風(fēng)險(xiǎn)，延長(zhǎng)電石爐使用壽命，是一項(xiàng)一舉多得的改進(jìn)項(xiàng)目。