電石爐爐墻發紅現象分析及處理措施

劉 凱

（寧夏英力特化工股份有限公司 石嘴山 753202）

在電石生產過程中，一般在新開爐負荷開起來后，或高負荷生產過程中會出現電石爐爐墻發紅的情況。發紅部位一般在電石爐爐眼上部偏左或偏右處，如不及時采取措施，將使爐襯大范圍燒損，縮短爐襯使用壽命，影響電石生產。本文通過電弧的形成特性剖析爐墻發紅的原因，并采取有效措施，降低損失。

1 電石爐爐體結構特點

在電石爐內，爐體（結構圖見圖1）是電石冶煉的反應場所，由爐殼和耐火爐襯組成。爐體內由爐襯構成圓筒形爐膛。從下到上分別由爐底隔熱耐火磚、高鋁磚、自焙碳磚等砌筑構成，爐門磚采用碳化硅磚，是電石爐的主要組成部分。

圖1 電石爐爐體結構圖

爐殼一般是由20 mm厚的鋼板卷制焊接而成，并在高溫區增加水平加固圈和橫豎加強肋，主要作用是固定耐火材料，保護爐墻。

出爐嘴一般材質為耐熱鑄鐵或鑄鋼，分為通水和不通水兩種，熱電石通過爐眼經出爐嘴導流后流入電石鍋內。

2 電石爐電弧的形成機理及特性

2.1 電弧的形成機理

電弧是一種等離子體。具有易形變、高能量、導電、磁控等特性。

電石爐中，變壓器將二次電流通過短網、饋電銅管及導電接觸元件輸送到電極。三相電極通電后，電極間就產生了電場，產生的自由電子通過電場作用被加速后，以很高的速度撞擊中性分子和原子，從而使氣體電離產生更多的自由電子。通過不斷的電離放電，從陽極產生的正離子不斷撞擊陰極，使陰極加熱。隨著陰極不斷發射出電子流，當間隙中離子濃度足夠大時，間隙被電擊穿而發生電弧。在電極端頭產生的電弧，隨著電流的不斷增加，當三相電極中每兩相電極產生的電弧相互重合，形成了電弧通道，也是通常說的三相導通。而這個通道就是電極放電形成的電弧柱。

電弧的形成主要分為非自持放電和自持放電兩個階段。非自持放電為電弧的起始階段，又稱為暗放電階段；自持放電包括輝光放電、電暈放電、火花放電及電弧放電。電石爐采用交流電，交流電的方向在一個周期內變換兩次，每半個周期內交流電弧都經歷起弧、長大、衰減和滅弧幾個步驟。因此，交流電弧是不穩定的。

2.2 電石爐坩堝的形成

在電石爐生產過程中，由電極產生的電弧在爐內釋放出大量的熱量，這些熱量隨著爐料的不斷加入、熱電石的不斷排出，形成了一個固有的、動態的電石反應區，這個反應區就是通常所說的坩堝。坩堝是由爐襯、混合料、爐渣等在高溫狀態下形成的。這個區域對于電石生產是非常重要的，其大小決定著該電石爐的爐況和各項主要生產指標。

另外，隨著電石生產的不斷穩定，電石爐反應過程中一些耐高溫雜質無法參與反應，并及時排出，在電石爐爐壁內靠爐眼上部形成硬殼層。該硬殼層的形成減少了坩堝面積，但同時對爐襯也起到了一定保護作用。

3 爐墻發紅原因分析

3.1 電石爐坩堝壁熱電的形成

電石爐通過三相電極產生電弧，形成電弧通道，使三相電極間電流形成通路。但是，電弧的狀態是極不穩定的。每相電極電弧要受到其他兩相電極產生的磁場作用，電極端部外側靠爐壁方向產生的電弧在磁場力的作用下產生電弧外吹，在爐眼上部坩堝壁形成熱點，見圖2。

圖2 電石爐單相電極電弧形成的熱點圖

電石爐爐墻出現發紅現象跟坩堝壁熱點有很大的關系。例如，新開的電石爐因爐壁附近未形成硬殼層，當電極負荷過快時極易出現爐墻發紅現象。

3.2 三相電極功率不平

三相電極功率不平，也就是三相電極下插深度不一致，各相的坩堝區溝通差，導致爐料熔化不均勻。由于電弧具有磁控特性，以電弧為整體進行受力分析。當三相電極下插物料深度基本處于同一平面時，三相電極電弧導通后，電弧受到的電場力與磁場力是處于平衡狀態，也就是物理學中所說的二力平衡。但是，當三相電極產生的電弧作用面不在一個平面時，電極下插較淺的受到的磁場力大于電場力，就使得電極位置較高的電弧在磁場力作用下向爐墻一側傾斜。功率過大的強相電極，在磁場力作用下，電弧向爐墻一側傾斜，所產生的電弧高溫會加劇爐襯耐火材料的熱損毀，長時間的三相不平衡，就使得爐壁遭受破壞性損毀。

3.3 爐壁局部有損壞

（1）保護層未形成。新開的電石爐爐墻四周未形成硬殼層，電石爐在升負荷時過快，電弧向爐墻一側傾斜時熱點集中產生的高溫對爐襯耐火材料造成熱損傷。

（2）耐火材料砌筑質量。耐火材料在砌筑過程中未嚴格按照施工技術要求施工，如磚縫寬度不符合、預留膨脹縫不合格等，均可造成電石爐負荷增加后，耐火材料受熱膨脹受損。

3.4 電極偏損耗

電石爐多使用自焙電極，交流電存在趨膚效應，電流主要集中在電極表面。在燒結過程中出現底部或側面缺損情況，在缺損面上形成新的電弧端面，使電弧在靠爐墻面形成高溫區。

4 電石爐爐墻發紅預防及處理措施

4.1 電石爐爐墻發紅的預防

（1）新開的電石爐嚴格控制電極負荷的提升速度，形成必要的坩堝。

（2）加強電極管理，合理控制三相電極把持器的位置，平衡電極功率。

（3）開爐期間對爐料料面出現的熔洞要及時處理，勤處理料面，確保爐料透氣性；當爐壁周圍的爐料塌陷時要及時填充、搗實。

（4）嚴格控制原料質量，尤其是白灰中MgO的含量。

（5）加強整個施工環節耐火材料的質量控制。從耐火材料的選材、質量驗收、隱蔽工程施工、烘爐等多個環節嚴格把關，才能確保施工質量。

4.2 出現爐墻發紅后的處理措施

（1）發現大面積爐墻發紅應停爐待爐體溫度下降至常溫后，將發紅部位挖開，用澆注料（或電極糊）和耐火磚的混合物填充修補，搗實后覆蓋爐料。

（2）從爐外處理。將發紅的爐殼割開，掏去燒損的爐墻，用炒熱的電極糊填充，再用耐火材料填充，最后將爐殼焊接完整。

（3）為確保爐墻發紅部位的冷卻降溫，在爐墻修補后，可在爐殼發紅處焊接水冷盒，進行表面降溫。

5 結語

電石爐爐墻發紅說明爐襯已經受損，而這也就大大降低了耐火材料的使用壽命。上述方法只是在局部進行修補，需要在今后的生產過程中，密切監控爐體變化，勤觀察、勤檢查，控制電石爐負荷，確保爐料透氣性，保證電極下插深度一致才能使生產穩定運行。