125 t电渣炉调试过程中的几处故障分析与排除

王卫红 伍国洪

(1.中钢集团鞍山热能研究院有限公司，2.二重(德阳)重型装备有限公司)

2017年底，二重重型装备有限公司引进奥地利因泰克(INTECO)公司的125 t级气体保护电渣重熔炉，它是国内首台单相大型电渣重熔炉，拥有双工位、双炉头、双预热位，采用电极坯交替生产模式，主工位最大能生产125 t的电渣锭，副工位最大能生产40 t的电渣锭。125 t电渣炉实现了数据的远程采集、集中控制、重熔过程自动化，是自动化冶炼的集中体现。2019年125 t电渣炉投产以来，二重装备成功的开发了Cr12转子、燃机轮盘、核电主管道和核电堆内构件等产品。在生产调试过程中，125 t电渣炉先后遇到碳刷与导电柱打火、引弧时断弧和接地电流问题，下面对这些故障进行分析与排除。

1 碳刷与导电柱打火

1.1 故障现象

125 t电渣炉采用双炉头设计，在冶炼大型电渣锭时，两个炉头都要参与冶炼。炉头的结构复杂，主要包括炉盖、导电柱、大电流夹、加料装置、大电流回路、液压管路、各种冷却水管和气管路。导电柱与碳刷的位置关系如图1所示。

图1 导电柱与碳刷

冶炼过程中，导电柱在碳刷圈中上下运动，导电柱与碳刷之间有30 kA以上的大电流经过。冶炼中后期，导电柱与碳刷之间出现发红现象，然后打火，烧毁碳刷架，冶炼被迫终止。

1.2 故障分析

把每个碳刷取下检查发现：碳刷与导电柱接触良好，且压紧弹簧有力。冶炼前期并没有出现碳刷与导电柱打火的现象，可排除碳刷的问题。

导电柱下半段(冶炼时深入结晶器内的部分)表面颜色变深，局部还有渣壳。经过分析，导电柱颜色变深的部分是铜被氧化后形成的氧化铜。氧化铜的导电性差[1]，与碳刷接触时会形成很大的接触电阻，当大电流经过时，就会出现发红现象。

用万用表测量碳刷与形成氧化铜的导电柱之间的电阻在1 kΩ左右。

综合上述检查结果判定：导电柱上形成的氧化铜是导致碳刷与导电柱打火的直接原因。

1.3 解决方案

在冶炼过程中由于受到高热和灰尘的影响，导电柱表面会形成一层很薄的氧化铜和一些保护渣，影响导电柱与碳刷之间的导电性。每次冶炼结束后或在电极交换完成后，对空闲的导电柱表面进行打磨，把导电柱表面的氧化铜和保护渣打磨掉。打磨后的导电柱与碳刷之间的电阻值几乎为零。经过几次反复的试验，碳刷与导电柱没有再发生发红、打火的现象。

2 引弧时断弧

2.1 故障现象

把预热好的电极坯用电极夹持器夹好，放入结晶器，加入渣料，扣好炉盖。向结晶器内充入Ar和N2的混合气体，开始冶炼。送电引弧1 min左右，电渣锭断弧，尝试再次引弧，没有任何电流，冶炼被迫终止。每次电渣炉冶炼都需要做大量的准备工作，并加入保护渣，冶炼被迫终止会造成大量的时间和材料损失。

2.2 故障分析

打开炉盖，吊出电极坯，发现底水箱上放置的引弧板焊缝全部断裂，并且引弧板已经从底水箱上脱离。引弧板采用与电极坯相同材质的200 mm厚板焊接于底水箱，主要用于对底水箱的保护，每次冶炼都要更换引弧板。底水箱由铜制成，用厚钢板保护，冷却水冷却。结晶器的内胆用铜制作，外壳是钢结构，中间通冷却水[2]。开裂的原因是，起弧时电极坯与引弧板粘在一起，当电极坯引弧向上抬时，连引弧板一起抬起，把焊缝全部拉断。引弧板与底水箱脱离后，导电回路不通，造成引弧失败。当电极坯抬起时，周围的渣料掉入底部，无法形成二次引弧。

针对引弧板开裂问题，对引弧板进行满焊以保证足够强度，但在实际的生产中，还是出现了同样的断弧问题。经分析，虽然保证了引弧板与底水箱牢固连接，但在满焊后引弧板与底水箱之间的空气无法排空，在冶炼过程中，密封在底水箱与引弧板之间的空气受热膨胀，最终把引弧板胀裂。

2.3 解决方案

既要保证引弧板与底水箱之间的强度，还要将内部受热空气排出，焊缝只能断续焊接，且保证每条焊缝都有足够的强度。

焊缝改进后，对变压器的工作档位再做调整，升高电压有一定的稳弧作用。变压器二次侧输出电压为48～155 V，选用70～75 V作为引弧电压。通过以上的改进，电渣炉引弧时再没有出现断弧的现象。

3 接地电流

3.1 故障现象

冶炼大型电渣锭时，125 t电渣炉采用电极交换方式冶炼。电极交换的过程大致为：当前冶炼的电极坯快要重熔完时，预热工位的电极坯自动从预热工位升起，做交换等待；当交换指令发出后，正在冶炼的电极抬起并移至空闲的加热工位，等待交换的电极移动至工作位，电极下降，起弧冶炼。整个交换过程约3 min，全自动完成电极交换。当交换完成后，起弧冶炼时，发现接地电流报警，接地电流达到15 A。接地电流正常冶炼时应是0 A，报警设定值是1 A。当接地电流达到10 A时，冶炼主回路自动断开高压断路器，冶炼被迫终止。

3.2 故障分析

接地电流是冶炼时通过设备本体和大地返回主回路的电流。接地电流检测回路一端接在底水箱主回路上，另一端接地，接地电流过大会损坏设备本体。电渣炉停止冶炼后，炉盖仍扣在结晶器上保持冶炼状态，对结晶器进行绝缘检测，绝缘电阻值为0 Ω，说明有接地现象。抬起炉盖后，再对结晶器进行绝缘检测，绝缘电阻值为1 kΩ左右，表明结晶器绝缘良好。结晶器上口安装有绝缘板，用于保证炉盖扣在结晶器上时二者的绝缘。对结晶器上口的绝缘板进行检查，并无破损的地方，但发现固定绝缘板的螺钉裸露在绝缘板表面，当炉盖扣在结晶器上时，炉盖会与螺钉接触，导致炉盖与结晶器连通，绝缘失效。电渣炉冶炼时，结晶器通过固定绝缘板的螺钉与炉盖接触使炉盖带电，炉盖通过接地部分与底水箱构成回路，使得串接在底水箱与接地部分间的接地电流检测装置动作。

3.3 解决方案

把绝缘板上的螺钉沉头孔加深，使固定螺钉全部深陷到绝缘板内，再用绝缘材料封堵孔口，将结晶器上所有绝缘板都作相应的处理。炉盖与结晶器完全绝缘后，在冶炼过程中，测得接地电流为0 A。

4 结语

针对125 t电渣炉在生产运行中出现的问题，结合现场实际情况，文章给出了关于碳刷与导电柱打火、引弧时断弧和接地电流问题的解决办法，经实践证明，这些办法是行之有效的，保证了设备的稳定性，确保了生产的连续性，对类似设备的维护具有一定的指导意义。