浅析电炉石墨电极耗损的原因及控制措施

浅析电炉石墨电极耗损的原因及控制措施杨光作者简介：杨光（1988-），男，冶炼技术员，云南建水人，主要从事有色冶炼技术工作；袁海滨；熊银宝作者简介：杨光（1988-），男，冶炼技术员，云南建水人，主要从事有色冶炼技术工作（云南锡业股份有限公司铜业分公司，云南个旧市，661000）摘要：本文简要研究了电炉石墨电极的耗损原因，研究结果表明，电极的额外耗损量远远超过了其实际使用量，电极的侧面氧化与电极的折断占了很大的比例。本论文就如何通过改变操作方式来降低石墨电极消耗做了研究。关键词：石墨电极;侧面氧化;折断耗损;热剥落DiscussiontheReasonontheElectricfurnaceGraphiteelectrodeConsumptionandControlmeasuresYANGGuang，YUANHai-bin，XIONGYin-bao(CopperbranchofYunnanTinGroupLimitedCompany,YunnanGejiu,661000,China)Abstract:Theconsumptionreasonsontheelectricfurnacegraphiteelectrodehavebeenanalyzed.Theresultsshowthatadditionallossofgraphiteelectrodeisfurtherbeyondthanitsrealusage,becausethegraphiteelectrodeofsideoxidationandelectrodebreakaccountedforalargeproportion.Controlmeasuresforreducetheconsumptionofgraphiteelectrodebychangeoperationmodehavebeenanalyzed.Keywords:Graphiteelectrode;Sideoxidation;Electrodebreak;Thermalspalling1引言石墨电极耗损是主要制约电炉生产成本的一个关键因素，对于研究降低石墨电极耗损不仅可以实现低投入高产出，更重要的是能产生巨大的社会效益，响应国家低碳环保的号召。目前我厂的电炉使用的是高功率石墨电极，经过统计，电极单耗在2.5kg∕t铜锍，而其同行业的电极单耗大约在1.2kg∕t铜锍。相比同行业我厂的电极单耗明显偏高，所以对于降低石墨电极消耗对我厂在节能降耗、降低生产成本方面来说是十分重要的。2影响石墨电极耗损的原因2.1石墨电极的特性石墨电极是将石油焦等骨料和沥青等粘结剂混合在一起压型成规定的形状，经焙烧、浸渍、石墨化等工序处理后，再经机械加工而成。电炉采用石墨电极作为发热体是由于它耐高温、加工容易、价格便宜。而且它有较高的电阻，且随温度的变化不大，在2500℃以下石墨电极的机械强度随温度的上升而提高，可作为在加热体断面积较大的情况下采用低电压高电流的电源，固都采用石墨电极作为电炉的加热体。2.2石墨电极易损的原因分析2.2.1侧面损耗电极侧面耗损，主要是由于炉膛存在有负压，进而炉内有大量的流动空气，空气中的氧与石墨作用生成CO与CO2，氧化时的生成物随环境温度的不同而不同：2C+O2=2CO（1000℃以上）C+O2=CO2（1000℃以下）其消耗占电极总消耗的50～70%。但是炉膛负压的存在是不可消除的。因为炉膛负压是由于环保风机将炉内的烟气抽走而形成的。较大的炉膛负压有利于减少烟气的泄露，工作环境的改善，但高负压会使炉内气体流动速度加快、氧势升高、温度上移，从而造成电极表面氧化过快，加快电极消耗；较低的炉膛负压能降低电极表面氧化的加剧，降低电极额外耗损，但低负压又易造成大量烟气聚集在炉内，发生烟气大量泄露，对周围工作环境造成影响，降低炉子使用寿命，而且大量的烟尘也会使电极的导电率下降，增加了电能的额外耗损。针对负压对电极表面的氧化情况的影响程度大小，对负压较大的三组电极与负压较小的三组电极消耗情况进行调查，调查情况见表1。表1电极消耗对比负压影响较小负压影响较大序号1#2#3#4#5#6#电极根数（根）535676电极总重（kg）351820803429403247354070此外，冶炼时间、冶炼工艺、炉渣炉况、电极在炉内的表面积、炉内气氛及速流等对电极侧面氧化均有不同程度的影响。2.2.2尖端耗损沉降电炉对熔体升温的唯一方式是通过插入熔体的石墨电极，通入较大的电流对熔体进行加热。通入的电流会在电极与熔体接触面上形成电弧，通过理论研究，这会使电极的尖端造成耗损。电极的尖端耗损包括了电极蒸发、熔体吸收、热剥落三个方面（见图1）。电极的蒸发主要是由高强度电弧柱体的辐射与电流引起的。电极蒸发是以电流的大小成正比，所以较强的电流会使电极蒸发加快。图1电极的热剥落针对这种情况，对2013年某时间段内沉降电炉电流使用情况与电极消耗量进行调查，调查情况见表2。表2电流大小与电极消耗情况对比时间段编号1234电流大小（A）760081001180012000电极消耗量（kg）21864233782752727763通过上表对照显示：电流的大小对电极的消耗量有极大的影响，当电流较高时电极的消耗量会有明显增加。2.2.3折断耗损电极断裂属于突发事故，其原因有：电极在插入熔池中要承受很大的电磁应力，此应力的方向和大小交替变化，并应起电极夹持器的摆动和电极本身的振动，当机械应力，电磁力和电极体内热应力之和超过电极本身的强度时，就会导致电极断裂，根据对大量现场情况分析，此类折断多发生在电极柱中部附近的接头处主要原因在于此处径向温差较大，存在的内应力也较大的缘故；电弧、渣子产生的高热梯度引起频繁出现的热冲击，破环电极的热稳定性；接头松动；此外操作不当也会引起电极的断裂。针对石墨电极的折断消耗状况进行了调查分析，调