電弧爐生產過程中常因爐料、設備、操作及電極本身質量問題

電弧爐生產過程中常因爐料、設備、操作及電極本身質量問題或以上因素的交互影響而導致電極折斷，斷電極事故一方面會造成電弧爐間歇性停爐而影響其生產效率及現場生產組織工作;另一方面會增加電弧爐電極事故消耗，進而增加電弧爐冶煉成本。因此，認真分析電弧爐電極折斷問題，準確判斷電極折斷的真實原因并有效的指導現場生產，可顯著降低電弧爐電極折斷次數，從而大幅度提高電弧爐生產效率并降低煉鋼冶煉成本。

電弧爐斷電極原因分析

電極折斷通常發生在電極柱的最高接頭處或接頭螺紋孔處,但電極本體斷裂情況也偶有發生，具體斷裂方式見圖1。

圖1 常見的電極斷裂方式

一

爐料原因

爐料的好壞不僅會影響電弧爐金屬收得率控制水平，同時也直接關系到電弧爐冶煉過程中的電極運行安全，爐料問題導致的斷電極問題主要表現在以下幾個方面。
(1)爐料中混有橡膠、木質品等不導電物。(2)爐料表面粘附有大量耐材、泥沙等不導電物。(3)起弧料導電性差，也會增加起弧階段電極折斷幾率。

二

設備原因

(1)電氣控制系統原因
控制系統原因造成的故障通常表現為一定的重復性和必然性，對電極運行安全威脅極大，突出表現在以下幾個方面。①相序接反：正常情況下，電極旋緊方向應與電極工作時電磁力方向一致，但若在調試或檢修期間不慎將相序接反，易導致電極在冶煉過程中從接頭處松脫。電極松脫后輕則造成電極接頭處縫隙增加，電阻加大，導致接頭處發熱、發紅，氧化加速并最終導致下段脫落。重則直接脫落導致接頭螺紋報廢或冶煉過程中電極接頭直接震斷。相序電流和電極電磁力的判斷方法如圖2、圖3所示。按電流的正方向是由導線的起端至末端的規定，可標出各相電極的電流方向，用右手定則確定磁力線方向，左手定則確定電極外側表面受電磁力方向。電磁力大?。篎=I1×I2/d×10??[N/m],其中，I1,I2：相電流[A]，d：電極間距離[m]。

圖2 電極電流相序情況

圖3 電極電磁力變化情況

②接地檢測信號接反：通常三相電極各相接地信號獨立檢測反饋，若不慎將其中任意兩相接地檢測信號接反，電極在冶煉過程中會發生先接觸爐料相因不能及時收到自身反饋信號而導致電極與廢鋼擠壓折斷。其故障特征:先接觸爐料的電極因其信號反饋相電極尚未接觸爐料而不會停止下降，繼續下降過程中因受力過大而折斷。③短網側測量電壓的三相電壓互感器中性點與電爐爐底外殼的連接線斷開或接觸不良。在高壓送電后二次短網空載電壓三相平衡正常。在電極自動下降過程中,某相電極下端接觸到爐內廢鋼時,本來該相二次電壓應該下降到空載電壓的20%以下或更低,但由于電壓互感器中性點與電爐爐底外殼的連接線斷開后,電極調節系統檢測不到該相對地電壓的降低,無法判斷電極已觸及爐料,電極調節系統控制電極繼續下降,導致電極與爐料擠壓折斷。該故障表現為不起弧總是折斷先接觸爐料的電極，同時該相電極二次電壓基本保持不變。(2)機械執行機構原因①電極升降液壓缸缸桿變形：液壓驅動機構的制動力變小或者系統的延時系數變大,則會延遲電極執行機構的動作和響應速度,電極端頭與廢鋼可能發生較大碰撞,導致電極折斷。該故障往往表現為在正常冶煉過程中,三相電極負荷電流不平衡、不穩定和波動大。②電極立柱間隙問題：電極立柱間隙過大或過小都會影響電極調節反應靈敏度，間隙過大，易導致電極在起動瞬間晃動過大而折斷電極，間隙過小，會使電極調節系統反應遲鈍，遇過程塌料或觸及廢鋼時易折斷電極。③電極與小爐蓋間隙問題：電極與小爐蓋間隙過小，電極下行過程中也會因電極與爐蓋間受力而別斷電極。④夾持器夾緊力不足：夾持器蝶簧斷裂或預緊力不足，易導致電極從夾頭內脫落而折斷電極。

三

操作原因

隨著電弧爐冶煉相關知識的大量普及鋼廠對操作人員培訓力度的加大，崗位操作已逐步趨于規范化、標準化，因此，操作原因導致的斷電極幾率明顯下降，但仍需進一步強調部分特殊環節的操作注意事項，力求徹底解決操作原因導致的斷電極問題，常見的操作問題主要有以下幾個方面。
(1)配料及加料環節未能嚴格按配料操作要點進行配料，出現重料、大塊料上移、不導電物入爐等嚴重配料問題。加料過程中因天車對位或人為操作原因導致爐料入爐后嚴重偏斜，冶煉中后期集中塌落折斷電極等。(2)爐門清理環節叉車清理爐門時電極提升高度不夠，或將爐門口渣塊等導電性差的物料推至爐門口電極正下方等也會導致電極折斷事故。(3)續接及夾緊環節續接過程中吹掃、垂直度及預緊力不當會嚴重影響電極續接質量，導致電極在上線使用過程中接頭強度下降，在冶煉過程中頻繁發生電極折斷事故。夾持部位在白線接頭區或緊挨白線處夾緊，會因接頭部位受傷或孔底螺紋較為脆弱部位受橫向剪力過大而折斷。(4)冶煉造渣環節熔化階段石灰等輔料加入過于集中或下料速度過快，易因電極下方爐料導電不良而折斷電極。另外，1、2、3三相電極發生斷裂的幾率應該是一樣的，如果有一相多于其他兩相，應考慮操作問題，同時由于責任心問題所造成的折斷，具體表現為夜班多于白班，節假日多于日常。

四

電極質量問題

因石墨電極質量問題造成的停產、斷澆等問題將會產生大量的直接和間接成本，因此，煉鋼廠對電爐電極折斷問題一直比較敏感，也尤為關注。
石墨電極和接頭的連接區是電、熱、機械載荷較大且復雜的部位，也是常見斷裂的部位。就接頭質量本身而言，接頭斷裂主要有以下幾個方面的原因:接頭體積密度低，則強度普遍較低，使用時易造成折斷(在中、重型料入爐比例大的爐次中表現尤為突出);電阻率偏高，通電時接頭部位溫度升高較快，會造成電極連接處接頭部位熱應力較大而折斷機率增加;接頭的抗折強度不夠，內裂接頭混入到成品接頭中也會導致頻繁斷裂問題;接頭與本體加工精度配合不合理，也容易出現接頭折斷或本體縱裂問題。通常電極本體發生折斷的機率較低，本體發生折斷主要有以下幾個方面的原因:電極本體螺孔有質量缺陷;電極本體的體積密度和強度不夠;極本體與接頭指標、加工精度不匹配;電極抗熱震性能太差還會導致電極端部產生深度裂紋;另外，內部存在橫裂紋的電極混入到成品中未檢出、電極結構缺陷如針狀焦中混普通焦，也是造成電極本體斷裂的重要方面。

具體控制措施及解決方法

一

爐料方面

(1)加強原料的驗收把關工作，進料期間必須安排專人進行現場監督檢查，砣鋼周邊耐材沾附量大或夾帶耐材的大塊砣鋼嚴禁入爐，帶渣量大的渣鋼必須進行清渣處理。
(2)配料時進行二次檢查和篩選，嚴禁橡膠、木板等不導電物質入爐。(3)陰雨天氣情況下泥沙量大的廢鋼、合金直接進行退貨處理。(4)引弧料質量要重點關注，嚴禁混有大塊重型廢鋼或打包塊。

二

配料方面

(1)嚴格按電爐配料單項目及配料層次進行配料，導電性差的合金物料必須配入料籃中下部。
(2)重廢、渣鋼及邊絲卷等易造成塌料的物料配入時盡最大可能將液壓抓斗放入料籃底部(料籃下部中間位置)，降低重廢對料籃底部沖擊強度的同時避免加料時大料上翻，降低塌料斷電極風險。(3)嚴禁加入未經開孔處理的密閉容器等易爆物質。(4)料場地面進行硬化處理，徹底解決陰雨天氣鋼鐵料表面沙土量大的問題。

三

設備方面

(1)電氣控制系統問題
①設備檢修后，必須用相序表檢測電極相序情況，若相序不正確需在高壓開關柜的進線或出線電纜中任意對調兩相即可，防止相序接反導致的電極松脫及折斷事故。②換爐或檢修結束，設備人員必須在電極帶電的情況下逐相測試電極接地信號反饋情況，確保信號反饋系統靈敏有效，同時保證逐相對應。③停爐和生產間隙對爐底中心線聯接狀況進行檢查確認，發現有虛接、斷裂、斷股等問題及時進行恢復。(2)機械執行機構原因①對手動、自動狀態電極提升、下降過程中，HMI操作畫面各相電極液壓缸壓力狀況進行重點關注，行程中某個固定區域壓力總是明顯異常時可考慮液壓缸、立柱變形問題。②電極立柱間隙以電極啟動瞬間晃動幅度不大，提升下降過程無明顯卡阻為佳，通常在0.2mm左右(塞尺測量數據)。③電極與小爐蓋電極孔間隙應至少保持50mm以上，同時各相間隙應盡可能保持一致。

四

冶煉操作方面

(1)每爐加料后，爐長必須對入爐后的爐料狀況進行檢查確認，發現電極周圍有上翻的重廢、渣鋼及邊絲卷等大料或不導電物質時及時處理(可借助矛鏈、夾鉗等工具將其拉、掛至遠離電極的周邊區域)。
(2)若冶煉中后期頻繁出現粘附在爐壁的冷料突然塌落折斷電極問題時，可考慮對供電曲線進行進一步優化調整，重點是熔化期的供電檔位和供電曲線號的優化調整。(3)高度重視斷電極事故處理結束后事故相電極下方爐料狀況的檢查確認及再次補投引弧料工作，防止爐料問題導致的二次折斷事故。(4)續接電極作業過程中嚴格執行電爐續接電極操作規程中相關吹掃、清理規定，并最終用力矩扳手進行緊固。(5)經長時間停爐后(尤其冬季氣溫較低的情況下)再次運行電極系統前為防止啟動瞬間因晃動幅度過大將電極擺斷，按以下規定進行操作：①三相均未安裝電極，可在液壓系統起動后先反復提升下降電極橫臂數次，待系統穩定后再安裝電極。②三相均裝有電極，禁止三相同時提升或下降，先進行單相點動提升或下降，待系統穩定后再同時提升或下降電極。③因特殊原因造成下線電極長度過長，再次續接上線后必須確認夾頭上部部分及爐蓋內部分電極長度，避免出鋼或旋爐蓋過程中將電極別斷。

五

電極質量方面

解決電極質量方面的問題，關鍵是嚴把電極采購及入廠驗收關，對于接頭、本體指標不符合超高功率石墨電極要求的，禁止上線使用。同時，各廠可結合自身設備、爐料條件和電極供貨廠家共同摸索適合本廠冶煉條件的電極性能指標，從而逐步明確后續電極供貨理化指標要求。另外，要高度重視電極折斷后的原因分析及責任劃分工作，避免因責任不清導致斷電極事故長期不能得到有效解決的問題。

結 論

通過多年對電弧爐斷電極問題的持續跟蹤和研究，分析總結出導致電極折斷的各種因素和環節，并有針對性的制定了一系列控制措施和現場解決方案，將我公司電弧爐斷電極次數由原來的每月8次以上降低到目前的2次以下，有效的解決了爐料、設備、現場操作及電極質量問題導致的斷電極問題，同時為電極折斷后的責任劃分問題提供了參考依據。