54000KVA电石炉电极控制方案研究

仲应福 周小龙

摘 要：在电石炉设备中，电极是重要设备之一，在电石生产中，电流通过电极输入炉内产生电弧，电阻热和电弧热，解放能量，进行冶炼电石。如果电极出现问题，如硬断，软断，过短过长，破裂，漏糊，刺火等事故，都会影响电石的正常生产，严重时可能发生人身伤害事故。而54000KVA电石炉做为国内自主开发的大型密闭性电石炉，在电极糊的成份，电极焙烧等过程控制上都没有任何经验参数，通过不断实践、摸索、总结出一套适合54000KVA电石炉的生产控制的电极焙烧方案对电石炉大型化、密闭化的进程就显的尤为重要。

关键词：电石炉 电极 控制

一、前言

金泥化工54000KVA电石炉是原化工部第一设计院（现中国天辰工程有限公司）设计，核心生产设备54000KVA全密闭型电石炉，由金泥集团公司联合中国天辰工程有限公司、中钢集团吉林机电设备有限公司开发，是目前国内自主开发设计的单台产能最大的全密闭型电石炉，其中1、2#电石炉已于2017年完成点火试生产，由于金泥化工54000KVA电石炉为新开发炉型，国内没有稳定生产的电极焙烧控制方案，严重制约了金泥化工电石炉负荷的提升。

二、电极焙烧过程

连续式自动烧结电极（简称自烧电极）是由电极糊和铁壳组成的。电极铁壳是用3.5毫米的钢板卷制而成的，其中装有铁拉筋（铁翅），以增加电极的强度和导电性。电极铁壳装在电极夹持器内，然后将电极糊装填铁壳内。这种电极在电石炉内工作时是要不断消耗的，所以需要继续不断地下放电极，以资补充。当电极下放到导电铜瓦下部时，经过高温焙烧，使电极糊碳化而成电极。

电极糊在向下移动的过程中，要经过三个相态变化，即固态—液态—固态，在室温（ 25℃）时电极糊为固态，当温度由 25℃上升到 120℃— 200℃ 时，电极糊焙烧成液体状态，同时电阻增大，温度再升至 650℃ — 750℃ 时电极糊挥发而变粘稠，电阻逐渐变小，当温度达到 900℃ — 1200℃时，电极糊开始烧结，在此转化过程中电极糊的电导率随电阻的增大而减小。经过 1000℃以上的高温焙烧，使电极糊碳化而成电极，因为电极壳在不停电的情况下焊接，电极糊也是在不停电的情况下加入，电极不断的消耗，电极糊连续进行焙烧而成电极。其中，电极糊成分的选择及焙烧时电极电流的控制是整个焙烧的核心控制指标。

三、电极糊成分选择

电石炉对电极要求很高，尤其像54000KVA电石炉这样的大容量电石炉，对电极质量要求尤为严格：

1、能耐高温，同时热膨胀系数要小。因为它一端遭受电弧高温，另一端则露于料面上与被水冷却的铜瓦相接触，所以要求在温度急剧变化的情况下，具有一定的坚固性。

2、具有比较小的电阻系数，可以降低电能的损耗。

3、具有较小的气孔率，可以使加热状态的电极氧化缓慢。

4、具有较高的机械强度，才不致因机械与电气负荷的影响使电极折断。

此外，还必须经受得住生产过程中炉料崩塌的轻微的侧击。

电极糊的控制项目有固定碳、挥发份、灰份和水份等。其每一项工艺指标发生变化都会影响电极焙烧质量。

1、灰份：电石冶炼时电极起导电作用，也是在不断消耗做功过程，密闭糊在不影响强度指标得情况下，灰份越低，消耗越低，电阻也越低。

2、电阻率电阻率， 54000KVA电石炉正常运行后还要超负荷20%，电阻率必须控制在≤68uQm，方可满足电石炉正常运行。

3、挥发份与软化点：主要影响电极的烧结速度，烧结速度过快，电极容易发干，易发生硬断、过烧等事故。烧结速度过慢，电极偏软，易出现焙烧跟不上消耗、电极软断、流糊等现象。除此之外，还要考虑电极辐射热对电极糊烧结速度的影响。另外，也可根据冬季、夏季气温变化适当调整电极糊挥发分。

4、抗压强度、体积密度、延伸率等：该类指标主要为物理指标，需要好的原料及合格的生产工艺才能保证。

通过不断摸索实践，确定出适合金泥化工54000KVA电石炉的电极糊指标：固定碳≥85%；灰分<3%；挥发分11-12.5%；抗压强度≥20Mpa；电阻率≤65±5υΩ.m；体积密度≥1.45g/cm3；延伸率5-20%

四、电极焙烧控制方案的确定

通过对国内电石生产企业了解，由于金泥化工54000KVA电石炉为新开发炉型，目前国内外还未有针对此炉型的电极焙烧方案，但国内30000KVA电石炉电极焙烧管理方案已经成熟，40000KVA以上电石炉专用电极焙烧方案还未系统形成。

金泥化工根据近一年生产情况，通过不断对比分析，综合每天生产负荷、电极压放时间、电极电流、电压、电阻及根据现场实际观察炉况及电极质量，不断摸索调整，总结出一套适合54000KVA炉型的电极焙烧控制方案，进一步提高了电石炉电极质量，从而提升产量及设备运转率。方案自2018年1月完成下发试用，经过3月、4月两次修订，于2018年4月正式下发执行。具体控制方案见下表：

五、结论

方案完成实施后，电石炉负荷及运转率得到提高，根据统计报表，方案自2018年4月修订投入使用后，以2#電石炉为例，同比设备运转率提高2%，产量同比增加364吨/月。即有效提高电石炉设备运转率、产量，又填补了行业内此项技术的空白。

参考文献：

[1] 电石生产及其深加工产品熊谟远著

[2] 密闭电石炉电极管理张培武著