淺談密閉電石爐電極糊消耗偏高的原因及措施

董敬禮，李成林，唐 元

（中國(guó)石化長(zhǎng)城能源化工（寧夏）有限公司生產(chǎn)調(diào)度部，寧夏銀川 750001）

本公司投入運(yùn)行的密閉電石爐是國(guó)內(nèi)首座81 000 KVA 大型密閉電石爐，引進(jìn)了德國(guó)西馬克公司的大型密閉電石爐爐型及壓力環(huán)式組合把持器和空心電極技術(shù)。對(duì)于電極的焙燒及電極管理要求更高。自從20 世紀(jì)初挪威人索德貝爾格首先發(fā)明了自焙電極之后，自焙電極在電石爐上得到了廣泛的應(yīng)用。

電極糊作為自焙電極的唯一重要填充原料，它的產(chǎn)品質(zhì)量直接影響著電極的燒結(jié)質(zhì)量和使用效果[1]。因此，對(duì)于密閉電石爐使用的電極糊產(chǎn)品質(zhì)量也不斷提出了更高的要求。因?yàn)樗粌H僅只是為了達(dá)到降低電極糊消耗的指標(biāo)問(wèn)題，更主要的是確保電石爐的安全生產(chǎn)。電極糊消耗指標(biāo)直接反映了電石爐操作管理的整體技術(shù)水平，是具體體現(xiàn)電石生產(chǎn)綜合效益的重要技術(shù)指標(biāo)之一。如何加強(qiáng)電石爐的電極管理，避免和杜絕電極事故的發(fā)生，降低密閉電石爐的電極糊消耗，已經(jīng)成為大中型全密閉式電石爐節(jié)能降耗、安全生產(chǎn)的又一關(guān)鍵性的技術(shù)研究課題[2]。

影響密閉電石爐電極糊消耗的因素很多，現(xiàn)結(jié)合本公司密閉電石爐實(shí)際運(yùn)行情況，對(duì)電極糊消耗偏高的原因進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的解決措施。

1 電極糊消耗偏高的原因

1.1 電極糊的產(chǎn)品質(zhì)量

電極糊質(zhì)量?jī)?yōu)劣直接影響到電極的焙燒質(zhì)量和消耗指標(biāo)，更是影響到爐子的安全平穩(wěn)運(yùn)行，本公司11月密閉電石爐電極糊指標(biāo)（見(jiàn)表1，圖1）。

表1 11 月密閉電石爐電極糊指標(biāo)

圖1 11 月電極糊灰分曲線(xiàn)

灰分含量是一個(gè)嚴(yán)格控制的質(zhì)量指標(biāo)，因?yàn)樗鼘?duì)電極的焙燒速度、導(dǎo)電性能、抗氧化性能、燒結(jié)密度、消耗速度等都有直接的影響，嚴(yán)格控制電極糊的灰分質(zhì)量指標(biāo)尤為關(guān)鍵，同時(shí)避免灰分越低越好的誤區(qū)，并不是灰分越低越好，灰分太低，電極的焙燒強(qiáng)度不夠，灰分太高容易造成電極的硬斷，都會(huì)增加電極糊的消耗。合理控制電極糊的產(chǎn)品質(zhì)量，確保電石爐長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

1.2 電極事故

電石爐操作管理中發(fā)生電極軟、硬斷事故主要原因在于電極管理工作中對(duì)于某些操作細(xì)節(jié)尚未引起足夠的重視，對(duì)于密閉電石爐電極實(shí)際入料深度測(cè)定不夠準(zhǔn)確，所以電極的入料深度經(jīng)常出現(xiàn)大范圍的波動(dòng)，由于在調(diào)整電極時(shí)操作不當(dāng)，在焙燒電極階段極易發(fā)生電極事故，破壞電極焙燒的熱平衡，重新建立起正常的焙燒秩序相當(dāng)困難。并且在大電流條件下強(qiáng)制性焙燒的電極質(zhì)量氣孔率較高、機(jī)械強(qiáng)度也差，其消耗速度將會(huì)加快。由于處理電極事故造成熱停爐頻繁，電石產(chǎn)量減少，電極糊消耗受到極大影響，電極事故是影響電極糊消耗偏高的一個(gè)主要因素。

1.3 電極糊柱高度

電極糊柱高度是指從電極的導(dǎo)電部件上端起至電極糊添加高度控制線(xiàn)范圍的電極糊高度。電石爐理想糊柱高度控制范圍為導(dǎo)電元件上端起3.5 m～4.5 m 范圍處，電極糊單位面積所承載的壓力一般為0.35 kg～0.45 kg。

實(shí)際上電極糊柱單位面積的受壓耐力，由于添加粒度的變化其堆積比重已經(jīng)發(fā)生了量的變化，也是電極糊單位消耗得以大幅度降低的重要原因。如果電極糊柱添加過(guò)高，除了電極把持器負(fù)荷加大不利于電石爐的安全生產(chǎn)之外，主要是容易發(fā)生電極殼內(nèi)整體液化，產(chǎn)生電極糊焙燒過(guò)程中的粒析現(xiàn)象，再次添加時(shí)很容易破壞電極糊正常的燒結(jié)程序，造成電極工況惡化，電極糊消耗增加。

電極糊柱控制過(guò)低，容易造成過(guò)速燒結(jié)，電極殼內(nèi)容易產(chǎn)生電極的燒結(jié)分層抗拉強(qiáng)度衰減，對(duì)電極硬斷事故埋下隱患；由于電極糊柱的控制過(guò)低，單位面積承載壓力減小，電極的燒結(jié)密度變小，電極糊的消耗必然增加。所以，嚴(yán)格控制電極糊柱高度，保證電極的焙燒良好，最大限度避免和減少電極事故，對(duì)于密閉式電石爐電極糊消耗降低至關(guān)重要。

1.4 電極入爐深度控制

電石爐電極管理的核心，實(shí)質(zhì)上就是三相電極的長(zhǎng)度管理。電極的入爐深度是指電極在爐內(nèi)的實(shí)際插入深度，它是電極工作長(zhǎng)度的隱蔽部分。目前電石爐對(duì)于電極入爐長(zhǎng)度的準(zhǔn)確觀察判斷，尚無(wú)一種高科技的探測(cè)儀器和測(cè)定手段，依然是依靠人工使用棍棒探測(cè)的手感經(jīng)驗(yàn)和探測(cè)角度來(lái)估測(cè)。根據(jù)電極的投入負(fù)荷和電極的壓放長(zhǎng)度，結(jié)合電極工作位置的變化范圍來(lái)測(cè)算電極消耗。

電極的入爐長(zhǎng)度與電極糊的消耗速度成反比。理想的電極入爐長(zhǎng)度應(yīng)當(dāng)結(jié)合本地區(qū)爐料結(jié)構(gòu)實(shí)際條件、工藝電氣制度的控制特點(diǎn)、操作管理的優(yōu)勢(shì)特長(zhǎng)，合理制定符合公司特色的電極管理模式，在電極入爐長(zhǎng)度控制理念上，也要徹底轉(zhuǎn)變電極越長(zhǎng)爐況越穩(wěn)定的傳統(tǒng)觀念，過(guò)長(zhǎng)的入爐深度會(huì)導(dǎo)致冶煉工藝的熱平衡失調(diào)，爐料的下降速度減緩，反應(yīng)區(qū)功率密度不足，導(dǎo)致質(zhì)量及產(chǎn)量下降。科學(xué)合理的電極入爐深度應(yīng)當(dāng)控制在電極直徑的1.1～1.25 倍。

1.5 炭素材料品質(zhì)影響

電石生產(chǎn)所使用的炭素材料品種繁多，理化指標(biāo)各有特點(diǎn)，如果炭素材料中所含揮發(fā)分指標(biāo)偏高時(shí)，則對(duì)電極的侵蝕速度加快，直接影響著電極糊的消耗指標(biāo)（見(jiàn)表2）。

表2 各種炭素材料主要理化指標(biāo)對(duì)照表

從目前國(guó)內(nèi)電石爐常規(guī)使用的炭素材料來(lái)看，依然是高揮發(fā)分含量的炭素材料蘭炭和無(wú)煙煤占主導(dǎo)地位，由于石油焦含二氧化硫較高，被認(rèn)為是不適合用來(lái)生產(chǎn)電石的炭素炭材。炭素材料中的揮發(fā)分，主要是一些低溫碳?xì)浠衔铮罅渴褂酶邠]發(fā)分的炭素材料，除了爐料容易結(jié)板之外，重要的是對(duì)電極的侵蝕消耗加快。所以，在大量使用蘭炭和無(wú)煙煤的時(shí)候，要合理調(diào)整炭材配合，選擇合適的電氣控制參數(shù)，特別是對(duì)電極埋入長(zhǎng)度、消耗速度嚴(yán)格進(jìn)行科學(xué)管理，本公司現(xiàn)采用蘭炭與焦炭配合使用，比例為7：3。

1.6 電石產(chǎn)品質(zhì)量影響

電石產(chǎn)品的質(zhì)量，直觀地反映了電石爐的真實(shí)反應(yīng)狀況，電石產(chǎn)品質(zhì)量高，說(shuō)明電石爐溫度高，電極在爐內(nèi)的工作長(zhǎng)度控制適中，電石爐的熱分配得當(dāng)，爐況處于平穩(wěn)最佳工作狀態(tài)；如果電石產(chǎn)品質(zhì)量低劣，說(shuō)明電極的入爐長(zhǎng)度波動(dòng)范圍較大，電石爐的理想熱分配受到破壞，電極入爐深度波動(dòng)大，不穩(wěn)定，造成電極糊消耗偏高。

電石生成反應(yīng)的大量熱能是要依靠電阻熱來(lái)完成冶煉，電弧在電石爐熔池區(qū)域所占比例與電阻相比甚是微小，因此，電極的炭素必然要參與爐內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)，在計(jì)算爐料炭材配比時(shí)也將電極炭的消耗量考慮在內(nèi)。當(dāng)電石爐在高爐溫、高質(zhì)量、高配比狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，爐內(nèi)炭材充足，電極的消耗相對(duì)較少；反之，則造成爐內(nèi)嚴(yán)重缺炭，產(chǎn)品質(zhì)量低，電極糊消耗速度加快。

1.7 電石爐作業(yè)率的影響

電石爐在正常運(yùn)行中，因突發(fā)性設(shè)備故障以及生產(chǎn)事故所造成的熱停爐在所難免，即使是有計(jì)劃的停爐對(duì)電極的維護(hù)也相當(dāng)困難。由于熱停爐對(duì)密閉電石爐電極的保護(hù)措施不力，容易造成電極表皮氧化和與爐內(nèi)半成品粘接發(fā)生電極硬斷事故，特別是在熱停爐狀態(tài)下處理設(shè)備漏水事故時(shí)，對(duì)電極的沖刷和浸泡危害更是嚴(yán)重，對(duì)電極的理想工作位置的恢復(fù)調(diào)整不利；頻頻打開(kāi)觀察門(mén)探測(cè)電極工作長(zhǎng)度和處理料面硬殼和積灰，且爐子的觀察門(mén)密封材料易燒損漏氣，大量空氣進(jìn)入爐內(nèi)燃燒，造成爐子一氧化碳濃度減低，電極外表皮嚴(yán)重氧化脫落。

頻繁的熱停爐破壞了爐子電極的正常焙燒秩序，因?yàn)闊醾鲗?dǎo)是電極焙燒的主要熱源，熱停爐以后爐內(nèi)熔池的溫度降低甚是緩慢，電極仍然在慢慢繼續(xù)向上焙燒，這就造成了電極的過(guò)燒結(jié)，送電后電極嚴(yán)重刺火，造成爐子停停開(kāi)開(kāi)的惡性循環(huán)，電極的硬斷事故在所難免，電極的消耗指標(biāo)將隨之升高。

2 采取的措施

（1）選擇優(yōu)質(zhì)的電極糊產(chǎn)品作保證，穩(wěn)定電極糊的產(chǎn)品供貨質(zhì)量，經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的摸索與實(shí)踐，已與電極糊供貨廠(chǎng)家溝通，要求電極糊質(zhì)量配比按照如下成分生產(chǎn)（見(jiàn)表3）。

表3

（2）在操作管理中建立高負(fù)荷、高配比、高質(zhì)量、高爐溫、低消耗的密閉式電石爐操作管理體系，解決密閉式電石爐電極糊消耗偏高的問(wèn)題。

（3）重視電極的消耗調(diào)節(jié)控制，在電極工作長(zhǎng)度足夠、爐溫開(kāi)始上升、產(chǎn)品質(zhì)量相對(duì)穩(wěn)定、出爐操作順暢的條件下切勿縮小壓放時(shí)間，避免在低電壓、大電流、出爐不暢的情況下增加壓放頻次。

（4）優(yōu)化調(diào)整電石爐的工藝電氣參數(shù)，確立工藝紀(jì)律的嚴(yán)肅性和權(quán)威性，電石爐操作要把電極糊添加檢查、電極壓放長(zhǎng)度核實(shí)設(shè)立專(zhuān)人負(fù)責(zé)。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)密閉電石爐電極糊消耗偏高的原因分析，掌握影響電極糊消耗偏高的各項(xiàng)因素，及時(shí)采取相應(yīng)的措施，可提高電石爐的生產(chǎn)負(fù)荷、效率及產(chǎn)品質(zhì)量，達(dá)到安穩(wěn)長(zhǎng)滿(mǎn)優(yōu)的生產(chǎn)目標(biāo)。

［1］ 熊謨遠(yuǎn).電石生產(chǎn)及深加工產(chǎn)品［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001：91-97.

［2］ 張永春.電石生產(chǎn)工藝技術(shù)的改進(jìn)和優(yōu)化［J］.內(nèi)蒙古化工，2009，（12）：109-110.