镍铁矿热炉自焙电极硬断原因分析及处理实践

纪江林，孙如意，余祖亮

（广西北港新材料有限公司，广西 北海 536000）

电极是矿热炉能够发挥冶炼作用的核心，是将电能转化为热能的桥梁[1-2]。国内铁合金矿热炉通常采用成本较低的自焙电极，在镍铁矿热炉冶炼过程中，电极糊正常消耗量约为5~7 kg/t，成本占比极小，但其消耗的连续性对矿热炉的稳定运行和生产指标具有重要的影响[3]。随着国家逐步推进“两碳”举措，落后产能逐步淘汰，低水平冶炼设施建设被严令禁止，这都将促进矿热炉向大型化、高效化方向发展，而电极硬断事故也将对大型矿热炉的冶炼产生更为重大的影响[4]。因此，如何避免自焙电极硬断事故是矿热炉生产中需长期重视的问题。

1 电极硬断产生的影响

某公司有2台36 000 kVA镍铁矿热炉，每台矿热炉有3根直径为1 300 mm的自焙电极，电极把持器采用组合式把持器，电极极心圆直径为4 800 mm。在生产过程中曾多次发生电极硬断事故，给公司造成了巨大损失。所用电极糊理化参数如表1所示。

表1 电极糊理化参数表

该公司镍铁矿热炉在连续两个月内共发生3次电极硬断事故，造成停炉时间长达2 844 min，造成的直接经济损失高达数十万元。根据生产经验，一次电极硬断事故至少需要5 d时间来恢复炉况，若是电极硬断过长，则需要进行“死相”焙烧，缓慢压放，对生产的影响时间将更久。

2 自焙电极硬断原因分析

2.1 电极硬断内因

电极糊在电极壳内经历固态—软化熔融—烧结成为电极的过程，电极石墨化程度越高，强度越高，若电极在烧结时出现分层，则会出现掉头硬断现象，电极糊如图1所示。冶炼过程中，对镍铁矿热炉电极进行埋弧操作，电流在炉内的回路有两条：一是电极—电弧—熔融矿物—电极主回路；二是电极—炉衬—电极分回路。这使得炉内磁场条件复杂，电极在炉内不仅要参与电化学反应，还要承受大电流、高温、电磁力、机械压力、塌料冲击等，因此电极应具有良好的抗热震性、导电性、机械强度、抗氧化性、杂质低等条件[5]。质量优良的电极糊才能够满足矿热炉冶炼工艺的要求，其石墨化后的电极抗裂、抗断性能更好。电极糊演变示意图如图2所示。

图1 电极糊

图2 电极糊演变示意图

2.2 电极硬断外因

选取5个发生电极硬断事故的月份为样本，通过对电极硬断原因进行统计，分析出造成电极硬断的主要外因。电极硬断外因统计情况如表2所示。

表2 电极硬断外因统计

根据生产实践,对上述造成电极硬断的原因进行分析验证，得出该公司电极硬断的实际影响因素：

1）工作端偏长。当对工作端长度判断不准确时，电极压放次数增加，导致电极工作端偏长，电流密度大，电极抬升，坩埚区缩小，炉况异常，同时也会因频繁操作电极而导致电极端头易开裂。

2）电极糊柱高度过低。糊柱高度过低会造成糊柱下部所受压力小，填充松散，无法烧结成足够强度的电极，电极消耗快且易断裂。

3）供料不稳定。由于回转窑耐材多次脱落，导致回转窑多次停窑，焙烧砂供应波动大，需在短时间内对矿热炉功率进行大幅调整，导致电极硬断。

4）停炉送电后电流及功率恢复过快。电流及功率恢复快使电极温度升高过快，造成电极开裂和烧结分层。

5）炉盖漏水。电极周围的炉盖冷却水渗漏到电极表面，发生打弧现象，造成电极冷热不均，局部发黑，从而导致电极热应力增大而出现裂纹断。另两根工作正常的电极中，相同部位未发生发黑、过冷、水或者其他液体渗漏的现象。

6）电极壳质量。通过对现场电极壳检查，发现电极壳焊缝焊透、致密无夹渣、气孔，并打磨光滑平整，无歪斜，内外部保持清洁无异物，达到工艺要求，同时也没有凹陷、弯曲现象。证明电极壳质量不是电极硬断的影响因素。

7）操作不当。经调查，在3个工作班组中仅有2个人对操作岗位技术知识掌握不够全面，但其岗位职责并非引发电极硬断的关键原因。

3 电极硬断事故处理措施

1）提高二次电压，电压提高后，电极插入深度变浅；适当升高料面高度，将料管长度从2.1 m缩短为2.0 m，在料管烧损变短后，可以适当延长更换时间。

2）对回转窑耐材重新砌筑，以减少停窑的时间；若出现局部小块脱落情况时，应避免频繁停窑，转为集中处理。

3）在炉盖靠近电极的位置断掉冷却水，直接采用浇注料；控制好电极插入深度；调整好合适的二次电压。

4）将糊柱高度由1.5 m调整为2.8 m；责令加糊人员按时校正缆绳，保证糊柱高度的精度。

4 实施效果

通过落实相关措施，该公司矿热炉电极未再发生过硬断事故，有效提高了设备运行率，降低了因电极硬断造成的生产损失，同时证明了该公司所用电极糊无质量问题。

5 结论

根据生产实践，统计分析出镍铁矿热炉电极硬断主要原因为工作端偏长、供料不稳定、电极糊柱高度过低、炉盖漏水、停炉送电后电流及功率恢复过快等。经过实施相应的解决措施，避免了矿热炉电极硬断事故的再次发生。