电弧炉生产过程中常因炉料、设备、操作及电极本身质量问题

电弧炉生产过程中常因炉料、设备、操作及电极本身质量问题或以上因素的交互影响而导致电极折断，断电极事故一方面会造成电弧炉间歇性停炉而影响其生产效率及现场生产组织工作;另一方面会增加电弧炉电极事故消耗，进而增加电弧炉冶炼成本。因此，认真分析电弧炉电极折断问题，准确判断电极折断的真实原因并有效的指导现场生产，可显著降低电弧炉电极折断次数，从而大幅度提高电弧炉生产效率并降低炼钢冶炼成本。

电弧炉断电极原因分析

电极折断通常发生在电极柱的更高接头处或接头螺纹孔处,但电极本体断裂情况也偶有发生，具体断裂方式见图1。

图1 常见的电极断裂方式

一

炉料原因

炉料的好坏不仅会影响电弧炉金属收得率控制水平，同时也直接关系到电弧炉冶炼过程中的电极运行安全，炉料问题导致的断电极问题主要表现在以下几个方面。
(1)炉料中混有橡胶、木质品等不导电物。(2)炉料表面粘附有大量耐材、泥沙等不导电物。(3)起弧料导电性差，也会增加起弧阶段电极折断几率。

二

设备原因

(1)电气控制系统原因
控制系统原因造成的故障通常表现为一定的重复性和必然性，对电极运行安全威胁极大，突出表现在以下几个方面。①相序接反：正常情况下，电极旋紧方向应与电极工作时电磁力方向一致，但若在调试或检修期间不慎将相序接反，易导致电极在冶炼过程中从接头处松脱。电极松脱后轻则造成电极接头处缝隙增加，电阻加大，导致接头处发热、发红，氧化加速并最终导致下段脱落。重则直接脱落导致接头螺纹报废或冶炼过程中电极接头直接震断。相序电流和电极电磁力的判断方法如图2、图3所示。按电流的正方向是由导线的起端至末端的规定，可标出各相电极的电流方向，用右手定则确定磁力线方向，左手定则确定电极外侧表面受电磁力方向。电磁力大小：F=I1×I2/d×10⁻⁷[N/m],其中，I1,I2：相电流[A]，d：电极间距离[m]。

图2 电极电流相序情况

图3 电极电磁力变化情况

②接地检测信号接反：通常三相电极各相接地信号独立检测反馈，若不慎将其中任意两相接地检测信号接反，电极在冶炼过程中会发生先接触炉料相因不能及时收到自身反馈信号而导致电极与废钢挤压折断。其故障特征:先接触炉料的电极因其信号反馈相电极尚未接触炉料而不会停止下降，继续下降过程中因受力过大而折断。③短网侧测量电压的三相电压互感器中性点与电炉炉底外壳的连接线断开或接触不良。在高压送电后二次短网空载电压三相平衡正常。在电极自动下降过程中,某相电极下端接触到炉内废钢时,本来该相二次电压应该下降到空载电压的20%以下或更低,但由于电压互感器中性点与电炉炉底外壳的连接线断开后,电极调节系统检测不到该相对地电压的降低,无法判断电极已触及炉料,电极调节系统控制电极继续下降,导致电极与炉料挤压折断。该故障表现为不起弧总是折断先接触炉料的电极，同时该相电极二次电压基本保持不变。(2)机械执行机构原因①电极升降液压缸缸杆变形：液压驱动机构的制动力变小或者系统的延时系数变大,则会延迟电极执行机构的动作和响应速度,电极端头与废钢可能发生较大碰撞,导致电极折断。该故障往往表现为在正常冶炼过程中,三相电极负荷电流不平衡、不稳定和波动大。②电极立柱间隙问题：电极立柱间隙过大或过小都会影响电极调节反应灵敏度，间隙过大，易导致电极在起动瞬间晃动过大而折断电极，间隙过小，会使电极调节系统反应迟钝，遇过程塌料或触及废钢时易折断电极。③电极与小炉盖间隙问题：电极与小炉盖间隙过小，电极下行过程中也会因电极与炉盖间受力而别断电极。④夹持器夹紧力不足：夹持器蝶簧断裂或预紧力不足，易导致电极从夹头内脱落而折断电极。

三

操作原因

随着电弧炉冶炼相关知识的大量普及钢厂对操作人员培训力度的加大，岗位操作已逐步趋于规范化、标准化，因此，操作原因导致的断电极几率明显下降，但仍需进一步强调部分特殊环节的操作注意事项，力求彻底解决操作原因导致的断电极问题，常见的操作问题主要有以下几个方面。
(1)配料及加料环节未能严格按配料操作要点进行配料，出现重料、大块料上移、不导电物入炉等严重配料问题。加料过程中因天车对位或人为操作原因导致炉料入炉后严重偏斜，冶炼中后期集中塌落折断电极等。(2)炉门清理环节叉车清理炉门时电极提升高度不够，或将炉门口渣块等导电性差的物料推至炉门口电极正下方等也会导致电极折断事故。(3)续接及夹紧环节续接过程中吹扫、垂直度及预紧力不当会严重影响电极续接质量，导致电极在上线使用过程中接头强度下降，在冶炼过程中频繁发生电极折断事故。夹持部位在白线接头区或紧挨白线处夹紧，会因接头部位受伤或孔底螺纹较为脆弱部位受横向剪力过大而折断。(4)冶炼造渣环节熔化阶段石灰等辅料加入过于集中或下料速度过快，易因电极下方炉料导电不良而折断电极。另外，1、2、3三相电极发生断裂的几率应该是一样的，如果有一相多于其他两相，应考虑操作问题，同时由于责任心问题所造成的折断，具体表现为夜班多于白班，节假日多于日常。

四

电极质量问题

因石墨电极质量问题造成的停产、断浇等问题将会产生大量的直接和间接成本，因此，炼钢厂对电炉电极折断问题一直比较敏感，也尤为关注。
石墨电极和接头的连接区是电、热、机械载荷较大且复杂的部位，也是常见断裂的部位。就接头质量本身而言，接头断裂主要有以下几个方面的原因:接头体积密度低，则强度普遍较低，使用时易造成折断(在中、重型料入炉比例大的炉次中表现尤为突出);电阻率偏高，通电时接头部位温度升高较快，会造成电极连接处接头部位热应力较大而折断机率增加;接头的抗折强度不够，内裂接头混入到成品接头中也会导致频繁断裂问题;接头与本体加工精度配合不合理，也容易出现接头折断或本体纵裂问题。通常电极本体发生折断的机率较低，本体发生折断主要有以下几个方面的原因:电极本体螺孔有质量缺陷;电极本体的体积密度和强度不够;极本体与接头指标、加工精度不匹配;电极抗热震性能太差还会导致电极端部产生深度裂纹;另外，内部存在横裂纹的电极混入到成品中未检出、电极结构缺陷如针状焦中混普通焦，也是造成电极本体断裂的重要方面。

具体控制措施及解决方法

一

炉料方面

(1)加强原料的验收把关工作，进料期间必须安排专人进行现场监督检查，砣钢周边耐材沾附量大或夹带耐材的大块砣钢严禁入炉，带渣量大的渣钢必须进行清渣处理。
(2)配料时进行二次检查和筛选，严禁橡胶、木板等不导电物质入炉。(3)阴雨天气情况下泥沙量大的废钢、合金直接进行退货处理。(4)引弧料质量要重点关注，严禁混有大块重型废钢或打包块。

二

配料方面

(1)严格按电炉配料单项目及配料层次进行配料，导电性差的合金物料必须配入料篮中下部。
(2)重废、渣钢及边丝卷等易造成塌料的物料配入时尽更大可能将液压抓斗放入料篮底部(料篮下部中间位置)，降低重废对料篮底部冲击强度的同时避免加料时大料上翻，降低塌料断电极风险。(3)严禁加入未经开孔处理的密闭容器等易爆物质。(4)料场地面进行硬化处理，彻底解决阴雨天气钢铁料表面沙土量大的问题。

三

设备方面

(1)电气控制系统问题
①设备检修后，必须用相序表检测电极相序情况，若相序不正确需在高压开关柜的进线或出线电缆中任意对调两相即可，防止相序接反导致的电极松脱及折断事故。②换炉或检修结束，设备人员必须在电极带电的情况下逐相测试电极接地信号反馈情况，确保信号反馈系统灵敏有效，同时保证逐相对应。③停炉和生产间隙对炉底中心线联接状况进行检查确认，发现有虚接、断裂、断股等问题及时进行恢复。(2)机械执行机构原因①对手动、自动状态电极提升、下降过程中，HMI操作画面各相电极液压缸压力状况进行重点关注，行程中某个固定区域压力总是明显异常时可考虑液压缸、立柱变形问题。②电极立柱间隙以电极启动瞬间晃动幅度不大，提升下降过程无明显卡阻为佳，通常在0.2mm左右(塞尺测量数据)。③电极与小炉盖电极孔间隙应至少保持50mm以上，同时各相间隙应尽可能保持一致。

四

冶炼操作方面

(1)每炉加料后，炉长必须对入炉后的炉料状况进行检查确认，发现电极周围有上翻的重废、渣钢及边丝卷等大料或不导电物质时及时处理(可借助矛链、夹钳等工具将其拉、挂至远离电极的周边区域)。
(2)若冶炼中后期频繁出现粘附在炉壁的冷料突然塌落折断电极问题时，可考虑对供电曲线进行进一步优化调整，重点是熔化期的供电档位和供电曲线号的优化调整。(3)高度重视断电极事故处理结束后事故相电极下方炉料状况的检查确认及再次补投引弧料工作，防止炉料问题导致的二次折断事故。(4)续接电极作业过程中严格执行电炉续接电极操作规程中相关吹扫、清理规定，并最终用力矩扳手进行紧固。(5)经长时间停炉后(尤其冬季气温较低的情况下)再次运行电极系统前为防止启动瞬间因晃动幅度过大将电极摆断，按以下规定进行操作：①三相均未安装电极，可在液压系统起动后先反复提升下降电极横臂数次，待系统稳定后再安装电极。②三相均装有电极，禁止三相同时提升或下降，先进行单相点动提升或下降，待系统稳定后再同时提升或下降电极。③因特殊原因造成下线电极长度过长，再次续接上线后必须确认夹头上部部分及炉盖内部分电极长度，避免出钢或旋炉盖过程中将电极别断。

五

电极质量方面

解决电极质量方面的问题，关键是严把电极采购及入厂验收关，对于接头、本体指标不符合超高功率石墨电极要求的，禁止上线使用。同时，各厂可结合自身设备、炉料条件和电极供货厂家共同摸索适合本厂冶炼条件的电极性能指标，从而逐步明确后续电极供货理化指标要求。另外，要高度重视电极折断后的原因分析及责任划分工作，避免因责任不清导致断电极事故长期不能得到有效解决的问题。

结 论

通过多年对电弧炉断电极问题的持续跟踪和研究，分析总结出导致电极折断的各种因素和环节，并有针对性的制定了一系列控制措施和现场解决方案，将我公司电弧炉断电极次数由原来的每月8次以上降低到目前的2次以下，有效的解决了炉料、设备、现场操作及电极质量问题导致的断电极问题，同时为电极折断后的责任划分问题提供了参考依据。