淺析電爐石墨電極耗損的原因及控制措施

淺析電爐石墨電極耗損的原因及控制措施楊光作者簡介：楊光（1988-），男，冶煉技術(shù)員，云南建水人，主要從事有色冶煉技術(shù)工作；袁海濱；熊銀寶作者簡介：楊光（1988-），男，冶煉技術(shù)員，云南建水人，主要從事有色冶煉技術(shù)工作（云南錫業(yè)股份有限公司銅業(yè)分公司，云南個舊市，661000）摘要：本文簡要研究了電爐石墨電極的耗損原因，研究結(jié)果表明，電極的額外耗損量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了其實際使用量，電極的側(cè)面氧化與電極的折斷占了很大的比例。本論文就如何通過改變操作方式來降低石墨電極消耗做了研究。關(guān)鍵詞：石墨電極;側(cè)面氧化;折斷耗損;熱剝落DiscussiontheReasonontheElectricfurnaceGraphiteelectrodeConsumptionandControlmeasuresYANGGuang，YUANHai-bin，XIONGYin-bao(CopperbranchofYunnanTinGroupLimitedCompany,YunnanGejiu,661000,China)Abstract:Theconsumptionreasonsontheelectricfurnacegraphiteelectrodehavebeenanalyzed.Theresultsshowthatadditionallossofgraphiteelectrodeisfurtherbeyondthanitsrealusage,becausethegraphiteelectrodeofsideoxidationandelectrodebreakaccountedforalargeproportion.Controlmeasuresforreducetheconsumptionofgraphiteelectrodebychangeoperationmodehavebeenanalyzed.Keywords:Graphiteelectrode;Sideoxidation;Electrodebreak;Thermalspalling1引言石墨電極耗損是主要制約電爐生產(chǎn)成本的一個關(guān)鍵因素，對于研究降低石墨電極耗損不僅可以實現(xiàn)低投入高產(chǎn)出，更重要的是能產(chǎn)生巨大的社會效益，響應(yīng)國家低碳環(huán)保的號召。目前我廠的電爐使用的是高功率石墨電極，經(jīng)過統(tǒng)計，電極單耗在2.5kg∕t銅锍，而其同行業(yè)的電極單耗大約在1.2kg∕t銅锍。相比同行業(yè)我廠的電極單耗明顯偏高，所以對于降低石墨電極消耗對我廠在節(jié)能降耗、降低生產(chǎn)成本方面來說是十分重要的。2影響石墨電極耗損的原因2.1石墨電極的特性石墨電極是將石油焦等骨料和瀝青等粘結(jié)劑混合在一起壓型成規(guī)定的形狀，經(jīng)焙燒、浸漬、石墨化等工序處理后，再經(jīng)機(jī)械加工而成。電爐采用石墨電極作為發(fā)熱體是由于它耐高溫、加工容易、價格便宜。而且它有較高的電阻，且隨溫度的變化不大，在2500℃以下石墨電極的機(jī)械強(qiáng)度隨溫度的上升而提高，可作為在加熱體斷面積較大的情況下采用低電壓高電流的電源，固都采用石墨電極作為電爐的加熱體。2.2石墨電極易損的原因分析2.2.1側(cè)面損耗電極側(cè)面耗損，主要是由于爐膛存在有負(fù)壓，進(jìn)而爐內(nèi)有大量的流動空氣，空氣中的氧與石墨作用生成CO與CO2，氧化時的生成物隨環(huán)境溫度的不同而不同：2C+O2=2CO（1000℃以上）C+O2=CO2（1000℃以下）其消耗占電極總消耗的50～70%。但是爐膛負(fù)壓的存在是不可消除的。因為爐膛負(fù)壓是由于環(huán)保風(fēng)機(jī)將爐內(nèi)的煙氣抽走而形成的。較大的爐膛負(fù)壓有利于減少煙氣的泄露，工作環(huán)境的改善，但高負(fù)壓會使?fàn)t內(nèi)氣體流動速度加快、氧勢升高、溫度上移，從而造成電極表面氧化過快，加快電極消耗；較低的爐膛負(fù)壓能降低電極表面氧化的加劇，降低電極額外耗損，但低負(fù)壓又易造成大量煙氣聚集在爐內(nèi)，發(fā)生煙氣大量泄露，對周圍工作環(huán)境造成影響，降低爐子使用壽命，而且大量的煙塵也會使電極的導(dǎo)電率下降，增加了電能的額外耗損。針對負(fù)壓對電極表面的氧化情況的影響程度大小，對負(fù)壓較大的三組電極與負(fù)壓較小的三組電極消耗情況進(jìn)行調(diào)查，調(diào)查情況見表1。表1電極消耗對比負(fù)壓影響較小負(fù)壓影響較大序號1#2#3#4#5#6#電極根數(shù)（根）535676電極總重（kg）351820803429403247354070此外，冶煉時間、冶煉工藝、爐渣爐況、電極在爐內(nèi)的表面積、爐內(nèi)氣氛及速流等對電極側(cè)面氧化均有不同程度的影響。2.2.2尖端耗損沉降電爐對熔體升溫的唯一方式是通過插入熔體的石墨電極，通入較大的電流對熔體進(jìn)行加熱。通入的電流會在電極與熔體接觸面上形成電弧，通過理論研究，這會使電極的尖端造成耗損。電極的尖端耗損包括了電極蒸發(fā)、熔體吸收、熱剝落三個方面（見圖1）。電極的蒸發(fā)主要是由高強(qiáng)度電弧柱體的輻射與電流引起的。電極蒸發(fā)是以電流的大小成正比，所以較強(qiáng)的電流會使電極蒸發(fā)加快。圖1電極的熱剝落針對這種情況，對2013年某時間段內(nèi)沉降電爐電流使用情況與電極消耗量進(jìn)行調(diào)查，調(diào)查情況見表2。表2電流大小與電極消耗情況對比時間段編號1234電流大?。ˋ）760081001180012000電極消耗量（kg）21864233782752727763通過上表對照顯示：電流的大小對電極的消耗量有極大的影響，當(dāng)電流較高時電極的消耗量會有明顯增加。2.2.3折斷耗損電極斷裂屬于突發(fā)事故，其原因有：電極在插入熔池中要承受很大的電磁應(yīng)力，此應(yīng)力的方向和大小交替變化，并應(yīng)起電極夾持器的擺動和電極本身的振動，當(dāng)機(jī)械應(yīng)力，電磁力和電極體內(nèi)熱應(yīng)力之和超過電極本身的強(qiáng)度時，就會導(dǎo)致電極斷裂，根據(jù)對大量現(xiàn)場情況分析，此類折斷多發(fā)生在電極柱中部附近的接頭處主要原因在于此處徑向溫差較大，存在的內(nèi)應(yīng)力也較大的緣故；電弧、渣子產(chǎn)生的高熱梯度引起頻繁出現(xiàn)的熱沖擊，破環(huán)電極的熱穩(wěn)定性；接頭松動；此外操作不當(dāng)也會引起電極的斷裂。針對石墨電極的折斷消耗狀況進(jìn)行了調(diào)查分析，調(diào)