电极糊和电极烧结 9.docx

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电极糊和电极烧结9

电极糊和电极烧结（9）

电极糊和电极烧结

第一节概述

连续式自动焙烧电极（简称自烧电极）是由电极糊和铁壳组成的。

电极在电石炉内工作时是要不断消耗的，所以需要继续不断地下放电极，以资补充。

当电极下放到导电颚板下部时，经过1000?

左右的高温焙烧，使电极糊碳化而成电极。

因为电极铁壳可以在电炉不停电的情况下继续焊接，电极糊不断地向铁壳内加入，而且又是在电石炉内烧结而成的，所以叫做连续式自动焙烧电极。

自烧式电极广泛地用于电石炉和铁合金炉。

这种电极的特点是直径可以扩大到2米，不用螺丝接头，在电石炉上连接时非常方便，而且价格低廉，这就给电石炉向大容量发展创造了有利的条件。

在整个电石炉的设备中，电极就是心脏。

在电石生产中，电流是通过电极输入炉内，产生电弧，进行冶炼电石，电极在整个电炉中是占有着极其重要的地位。

在设计电石炉中，有许多参数是参考电极直径进行的。

电极直径之大小，由通过电极截面积上的电流所允许的电流密度来决定，如直径小，则允许的电流密度大，直径大，则允许的电流密度小。

电流密度与电极直径选择恰当与否，对整个电炉来讲是非常重要的。

电极直径大小的决定，对设计中考虑电极同心圆直径、电极间距、炉膛内径、炉膛深度，甚至于炉膛外径，炉底厚度等都有很大的指导意义。

因为这些尺寸的数据均参考与电极成倍数关系的经验数据。

三相电炉电极，一般多采用三角形布置，设计时，既要考虑电极

之间的距离，使它有足够而均匀的温度分布，并能形成相互串通的更大高温区，又要考虑电极与炉壁之间有足够的距离，使它对炉壁辐射均匀，避免炉壁过快烧坏。

电极同心圆直径与炉壁内径之比，一般为0.44（炉之内径为电极同心圆直径的2.25倍）。

关于电极同心圆直径与电极直径的比例，所采用的经验数据，目前大多数为2.7倍较好。

炉膛深度是电极直径的2.3倍。

另外，电炉直径、电极插入炉料深度，炉底厚度、炉底面积、炉子容量等的计算都和电极有关系，这里不一一叙述了。

由此可见，电极在设计整个电炉的设备中，占着极其重要的地位。

现在国内电炉之电极大部均采用自烧电极，而在整个电炉设备中，我们经常遇到的事故是电极事故。

这些事故是:

电极软断、硬断，电极壳破裂、电极漏糊，电极“刺火”，电极放不下等等。

凡电极出了事故，影响电炉正常生产，有时会造成停产几十小时或几天，要浪费大量人力物力，甚至还有严重的人身伤亡事故发生。

总之，电极在电石炉中占有重要地位。

没有它，电炉就无法产生作用，如果它出了问题，就要造成整个炉子生产无法正常进行，甚至瘫痪。

因此，作为电石生产工作者，有必要了解电极糊的成份、性能，生产方法、作用及对电炉的影响。

第二节电极的特性

连续式自烧电极既是电炉中的重要组成部分，又是电炉的心脏，它起着导电和传热的作用。

因此，对电极糊应有一定的技术条件和使用要求。

用冶炼条件相同的电炉来熔炼同一种规格的电石，如采

用不同组的，导致不同物理性能的电极糊，电极工作端的烧结速度及功率损耗，电炉的热工也不相同。

前面已经讲过，电石炉电流是依靠电极输入炉内转化为热能，要使电极在电弧所产生的高温下正常工作，必须具有高度的耐氧化性及导电性，只有碳素原料制成的电极，才有这种性质。

因为碳素电极可承受高达3000?

的电弧温度，在此温度下仅缓慢氧化。

电弧炉对电极要求很高:

（1）能耐高温，同时热膨胀系数要小。

因为它一端遭受电弧高温，另一端则露于料面上与被水冷却的电极把持器相接触，所以要求在温度急剧变化的情况下，具有一定的坚固性。

（2）具有比较小的电阻系数，可以降低电能的损耗。

（3）具有较小的气孔率，可以使加热状态的电极氧化缓慢。

（4）具有较高的机械强度，才不致因机械与电气负荷的影响使电极折断。

此外，还必须经受得住生产过程中炉料崩塌的轻微的侧击。

电极糊的控制项目有固定碳、挥发份、灰份和水份等，一般只要分析挥发份、灰份和水份三项就可以把四项全都计算出来了。

挥发份必须控制在一定的范围内，否则会造成以下结果。

1.如挥发份太高时，会造成下列不良结果:

（1）不易烧结，强度差，容易软断。

（2）收缩性大，强度也差，又可能发生硬断。

（3）氧化快，电极糊消耗快。

（4）容易分层烧结成异形，除下放电极困难外，也易折断。

（5）放电极时减负荷多，增负荷慢，影响产量。

2.如挥发份过低时，会造成下列不良结果:

（1）过早烧结，强度差，容易硬断。

（2）粘结性不够，强度差，也易硬断。

（3）电极与导电颚板接触电阻大，影响电耗及颚板寿命。

如果把上述的情况对比起来，挥发份过高比过低后果更为恶劣。

因此，对电极糊的挥发份必须控制在一定的范围内，具体指标详见第四节。

电极糊中灰份含量要求越低越好，但限于原料来源，一般要不高于5%，灰份过高，会使强度差，电阻大、电耗高，相应电极消耗量也高。

因此，灰份也是电极糊的重要指标之一。

以上指标作为制造厂的出厂标准，但仅仅知道了灰份和挥发份的多少，来判断电极糊的质量的好坏是不够的。

要鉴定电极糊质量是否合乎要求，只有将试样在试验室作烧结检验，通过机械强度，电阻系数、气孔率等检验，才算合乎电极糊质量鉴定标准。

可是由于此项检验方法，从取样到获得测定结果时间长，速度缓慢。

因此，制造厂仅作为参考指标，但也是一个重要指标。

第三节电极糊的原料

电极糊的原料主要组成部分是碳。

碳具有以下性质，因而使它能成为制造电极糊的基本原料:

（1）承受在工业技术上必要的高温;

（2）其氧化物为气体;

（3）导电性能良好;

（4）与许多化学物质不易反应。

制造电极糊使用的原料有以下两类。

（1）固体碳素原料（无烟煤、石油焦和人造石墨等）;

（2）粘结剂（沥青、与煤焦油）。

在这里应该指出，用作粘结剂的原料，经焙烧后要能够转变为坚固的焦炭钢，起焦结作用，形成自烧电极整体。

一、固体炭素原料

1.无烟煤

无烟煤乃是电极糊的主要部分，当电极烧成后，它就成为电极的骨架，和钢筋混凝土中的鹅卵石所起的作用很相似。

采用无烟煤不仅是因为其价格便宜，更主要的是使用它能改进电极糊的使用质量。

无烟煤是致密的、带有金属光泽的黑色油脂矿物。

无烟煤与其它矿藏煤的不同点是:

含碳量高，机械强度大，挥发物少，无烟煤仅有少量的灰分，均匀分布于碳内，其灰份基本上以薄层及斑点状存在的矿物质。

制造电极糊用的无烟煤，其灰分含量一般不大于10%，因此，进厂以后经过拣选，一般灰份稳定在8%以下。

当煤成片状及长形块，在加热煅烧时，因热爆易碎裂成片。

在煅烧的时候，无烟煤的收缩与挥发量的大小成线性关系，因此，制造电极糊所用之无烟煤，其所含之挥发物要少（小于

7%为宜）。

2.焦炭

焦炭是制造电极糊，尤其是生产石墨化电极的最重要的原料之一。

最有价值的焦炭为低灰份的焦炭（有时称为无灰份焦炭），其灰份含量不超过1%。

这些焦炭包括有石油焦和沥青焦。

第一种是石油渣油经过焦化而得到的焦炭，第二种是化学炼焦工业炉用煤沥青加工制成的焦炭。

石油焦:

石油渣油经高温处理得到的固体含碳产物叫做石油焦。

由于原料及制造方法的不同，这些产物之成分也不同。

目前看来，有两种性质不同的石油焦，一种是釜式石油焦，另一种是延迟焦化石油焦。

前者含挥发分3,7%，后者含挥发分达10,18%。

沥青焦:

将煤沥青放在与煤焦化炉相同的焦炉内焦化所得残渣，其挥发份含量只有0.8,1%。

一般同石油焦混合煅烧，用于生产。

3.人造石墨

根据研究和实践，在电极糊中加入灰份含量不超过1%的人造石墨，可以增加制品的导电系数，导热系数和热稳定性。

人造石墨有易于附着在坚硬表面上的特性，这种特性好像液体润湿于固体表面一样形成薄膜，同时对沥青的吸附力也比较大，这对使用来说，有着它的现实意义。

二、粘结剂

作为粘结剂的原料当电极糊在自焙烧结时，所剩下之焦化残渣能使电极的强度增加和质地均匀。

最好的粘结剂为煤沥青和煤焦

油。

1.煤焦油

煤焦油是比煤沥青分馏温度低的一组馏分，是一种粘滞液体，颜色由深棕色到黑色，相对密度1.05,1.25。

焦油的质量主要取决于焦化的温度条件和炉子结构。

在同一结构炉子内，温度条件相同，焦化不同成分的配合煤时，也能得到成分和物理性质相同的焦油。

本节所讲煤焦油，经过热处理后用于密闭炉电极糊调整软化点用。

2.煤沥青

沥青是一种黑色有光泽的固体物质，相对密度为1.245,1.299。

当蒸馏温度为360?

以上时将焦油内其他馏份提取后所剩下的残渣，即为沥青。

根据软化点的大小，沥青可分为:

软沥青（油质的）40,50?

，中沥青）65,75?

，硬沥青高于80?

，本节所讨论的是中沥青。

中沥青进厂标准为:

软化点（水银法）?

65,75?

游离碳（C）18,25%

水分（W）?

5%

灰分?

0.5%

挥发分55,70%

沥青的水分包括机械悬浮状和被吸收两部分，经过130?

以上数昼夜的热处理，排除水分，减少膨胀而后方可用于生产。

沥青的成分中含有游离碳，它是从焦油中带到沥青里来的，而另一部分则是由高分子化合物在蒸馏焦油时分解而成。

沥青和焦油最珍贵的部分为结焦部分，即粘结焦炭。

由焦化残渣中除掉游离炭，即可得出粘结焦炭。

第四节电极糊的烧结

一、焙烧电极糊的热源

电极糊在电极壳内烧结，热源来自三个方面:

（1）电极本身热量传导。

电极端头由于产生电弧，温度可达3500?

左右，而热量自下向上传导，故电极糊由上向下降落时受热越来越高，逐渐烧结。

电弧热的传导是焙烧电极所需热量的主要来源。

（2）电流通过电极本身所产生的电阻热。

电流通过电极，由于电极糊烧结电阻大，输入功率一部分变成电阻热，为焙烧电极提供了一定的热量。

（3）炉料面火焰热的传导与辐射。

炉面温度很高，一般在500,600?

左右，它的热量能传导和辐射到电极，尤其对电极下放后，电极表面温度迅速增高，同电极完全烧结关系很大。

二、电极糊烧结过程

电极烧结时的变化过程，虽无明显的界限，但根据焙烧温度及部位，大体可以分为三个阶段，这个过程是在无外加压力，单靠糊本身重量下进行的（图1-13-2）。

（1）软化阶段。

此时固体电极糊熔化，电阻增大，强度降低，最后电极糊全部成为液体状态。

在此阶段温度由25?

上升至120,200?

，大约在导电颚板上面500毫米处。

（2）挥发阶段。

此时电极糊充分熔化，沿着壳内截面流动，充填空隙，并使质量均匀，同时开始明显地挥发而逐渐粘稠，电阻不断降低，挥发急剧而呈糊状。

在此阶段，温度由120,200?

上升至650,750?

，大致在半环部位。

（3）烧结阶段。

此时少量挥发物继续挥发，并开始进一步烧结，导电性大大增加，成为坚硬整体。

完全烧结高度为导电颚板下部200,400毫米处，此阶段的温度由650,750?

上升至900,1000?

。

电极由于表面氧化，炉内反应的作用，以及电弧燃烧时电极逐渐烧损，故需按其消耗情况控制烧结，并且把已烧结的电极往炉内下放，使它保持适当的工作长度与位置。

三、质量的判断

电极焙烧质量的好坏，主要根据肉眼的观察。

判断电极烧结是否正常，如发现放下来的电极表面呈灰白色或暗而不红，则焙烧良好。

如发红则太干，如发黑或冒烟甚多，则太软。

为了保持电极一定的长度，电极糊在烧结过程中必须掌握烧结速度和消耗速度的平衡。

如烧结慢，消耗快，则电极工作长度不够就会出现过软。

如烧结快、消耗慢则电极又太干，容易硬断。

为了使电极烧结质量良好，必须满足以下要求。

（1）符合质量标准又合乎块度要求的电极糊，充填时要保持一定的高度。

（2）电极制作与焊接必须符合要求，导电颚板的冷却条件以及电极的接触必须良好。

（3）尽量避免，缩短电炉停电次数和时间。

（4）注意电极烧结质量并及时调整电极的冷却条件。

第五节电极事故及处理

一、电极软断

1（电极软断的原因

（1）电极糊所含挥发物过多。

（2）电极壳铁板太薄或太厚。

太薄了经不起外界较大的作用力而破裂，造成电极铁壳在压放时折叠或漏糊而软断，太厚了则会造成铁壳和电极芯子接触不紧密而串

芯，也会引起软断。

（3）电极铁壳制作不良或焊接质量欠佳，引起破裂，就会导致漏糊

或软断。

（4）下放电极时没有降低电炉负荷或降低得太少，放电极后负荷增长得太快，也

会引起电极软断（大型炉除外）。

（5）下放电极太频繁，间隔时间太短或下放电极后，电极过长而引起软断。

（6）电极糊加入不及时，加电极糊的位置过高或过低，也会引起电极软断。

（7）电极糊块过大，加糊时粗枝大叶，在筋片上搁住而架空，也可能引起软断。

（8）操作不规范，电流强度过大，超过了电极承载能力。

2（处理电极软断的方法

（1）一旦发现电极软断，应立即停电，操作人员不要太集中，由主要操作人员处理，迅速将电极降下，深入炉内，设法不使电极糊外流，并迅速松开电极使其和断头相连接，把电极附近的电极糊撬开扒掉，然后送电，以低负荷焙烧。

软断的那一相电极不许提升，负荷可根据电极焙烧情况而增加，大约6,8小时可焙烧好。

（2）如果断头接不上，电极糊已干涸，无流动的可能。

此时将电极放出一些（数量根据电极尺寸决定）。

低负荷焙烧，方法同前。

（3）如果电极头接不上，电极糊很稀，还可能大量涌出或电极糊流出太多，近于流空，此时应再焊接一节有底的铁壳与新炉开炉时采用的电极头相似，加入新电极糊，仍按前法焙烧，但应特别注意电极送

风量和导电颚板的冷却水量。

3（如何预防电极软断事故

（1）电极送风量和导电颚板的冷却水量要合理控制。

这就要求操作人员认真做好巡视检查，及时调节风量和水量，确保电极焙烧能正常进行。

（2）压放电极时要百倍提高警惕，升负荷要胆大心细，多观察电极的变化，若发现电极恶化，应迅速降低负荷，必要时停电进行处理。

（3）应及时检查电极糊质量，不使用不合格的电极糊。

（4）严格检查电极铁壳和焊接质量，一定要符合技术条件所规定的质量标准。

（5）要严格执行电极管理制度，按规定下放电极，认真控制间隔时间，按时填充电极糊，保持规定的高度和电极工作长度。

二、电极硬断

1（电极硬断的原因

（1）电极糊所含的灰份过高，平时保管不妥，夹带较多的杂质，电极糊所含的挥发份较少，过早烧结或烧结性差，引起电极硬断。

（2）停电次数多，经常停停开开，在停电时没有及时采取必要的措施，会造成电极开裂和烧结分层。

（3）电极壳内落入灰尘较多，特别是较长时间停电后，电极铁壳内会积存厚厚的一层灰，如送电后不加清理，会造成电极烧结分层，而引起电极硬断。

（4）停电时间较长，电极工作段没有埋入炉料内，而受到严重氧化，

也会造成电极

硬断。

（5）电极过长，拉力太大，对电极本身是个负担，如操作粗心，也会引起硬断。

电极电流密度太大，也会发生电极干裂或硬断。

（6）电极把持筒内送风量太小或停风，导电颚板内冷却水量太少，造成电极糊熔化过度，化得象水一样，使颗粒碳素材料沉淀，影响电极的烧结强度，引起电极硬断。

（7）操作不规范，电流强度过大，超过了电极承载能力。

2（处理电极硬断事故的方法

（1）如断头很长，必须由爆破专业人员将电极断头炸碎，然后将其扒出来，下放电极满足生产需要的长度，按前法进行焙烧。

（2）如果断头不长，此时可以把电极断头扒出来，也可以不扒出来，然后下放电极，按前法进行焙烧。

3（预防电极硬断的方法

（1）严格掌握电极工作长度，不允许过长。

（2）严格检查电极糊质量，其所含之灰份不能超过规定值。

（3）正常生产时，不允许灰尘落入电极壳内，尤其是检修时，一定要把电极壳内的灰尘清除干净。

（4）认真检查电极的送风量和导电颚板内的冷却水量。

（5）加强设备维护，提高检修质量，减少计划外停电。

（6）停电后，特别是在冬季，要立即用热料将电极四周培上，以达到保温和防氧化的目的。

送电后，负荷不要提升过快。