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摘要：传统的矿热炉电极调节控制系统一般采用的手动控制或是半自动化控制，而基于矿热电炉电极调节器的工作条件十分复杂，冶炼过程中，尤其是在熔化期，金属在电极之下迅速而激烈地熔化、飞溅，电弧常常移动到附近的金属块上，因而电弧长度、电弧电流及功率在迅速不断地发生变化。本文重点探讨矿热炉电极安装的改进。
关键词：矿热炉；电极安装；改进
矿热炉包括铁合金炉、电石炉及黄磷炉等电弧电阻炉。矿热炉冶金是通过电炉变压器、短网和电极向熔池内供给所需的电能，在高温状态下发生的反应。为了保证产品的优质、高产和低消耗，在冶炼过程中，要求控制炉内的温度，使其保持在一个合理范围内。电极位置控制是矿热炉冶炼控制中最关键的部分，通过调整电极位置，保持所需电弧的长度，达到控制炉温和炉内化学反应速度的目的[1]。
1矿热炉电极安裝的工艺流程
施工准备→设备开箱验收→电极设备下部吊装炉内及组装→+16.4m结构验收及划线→电极固定板就位调整→底座圈→中护筒安装→调节缸调整安装→电极立柱支撑圈安装→下压放装置安装→上压放装置安装→电极设备下部组装完成后整体吊装到位后安装→电极冷却水、液压配管→电极炉盖密封安装。
第一步，将下部电极、铜瓦、压力环等放在8.6米平台下炉壳内，然后在炉壳内把每个下部电极上的10片铜瓦组装焊接（银钎焊），再在铜瓦外组装压力环，待钢结结构框架+16.4m结构平台施工完毕，进行复查要求：电极基板处标高±1mm。然后进行放线安装基板，并调整，要求水平度0.05/1000，中心纵横中心线偏差±1mm，标高±1mm，三个电极必须在同一极心圆，确认后进行焊接，焊接时必须将基板固定好后，不能因焊接而造成变形。焊接完毕进行打磨，表面不得有飞溅，同时进行复验。
第二步，将组装的电极升降机构、支撑环、电极护套放基板进行调整，螺栓连接，要求必须严格按照设计要求进行预紧，并检查导向垂直度不大于0.05/1000。
第三步，将电极上部、中部加持装置组装后放在支撑环上然后导向套采用螺栓连接。
第四步，将第一步放入炉里电极下部组装后吊起，吊装前应检查吊装吊耳焊接位置及焊肉是否满足要求，吊装到位后，应认真清洗连接表面、绝缘材料，确保下部电极与导向套之间绝缘。
第五步，待炉盖安装完毕后，进行电极下部护套及炉盖密封套的安装。
2存在的问题及原因
目前，国内的矿热炉电极把持器在使用过程中出现了很多常见问题，如对电极施压不均、不能有效控制电极压放、水循环冷却效果不佳等，从而导致检修频率高、时间长，严重影响了电炉的正常生产，热停炉多，甚至引发电极、电器等事故[2]。
2.1锥形环对电极施压不均
国内使用最多的锥形环把持器是整环轴向受力，它对铜瓦的安装要求较高，同一相铜瓦的高度必须一致，否则各块铜瓦与电极的接触压力就不相等，而且还会因铜瓦与电极壳的接触表面所存在的不可避免的个体差异而加大这种不等。锥形环把持器对电极施压不均及其引起的铜瓦损耗多的情况在生产中非常普遍。此外，导电装置中的导电铜管，由于直径大、管壁厚、刚性大，直接影响到铜瓦对电极的压紧，容易造成导电铜管与铜瓦之间以及铜瓦与电极壳之间打弧而烧坏[3]。
这种夹紧、压放电极的锥形环技术相对较旧，它对电极的夹紧、压放工作质量不稳定、连续运行可靠性能较差，在实际运行中故障率较高。（1）锥形环的夹紧力是根据选定的锥形角和铜瓦对电极壳的压力来计算的。压力选取应适宜，过小容易打弧烧坏铜瓦；过大容易使电极壳变形；（2）锥形环的夹紧力是通过提升整个环体和锥形块而作用的，在每次提升过程中，每个锥形块的提升高度相同，所以施加的作用力大小也相同；（3）对电极的烧结要求很高，把持器段电极既不能过早烧结，又不能太软，否则容易出现电极软断及铜瓦与电极接触不良而打弧等情况；（4）只能适用于一种直径的电极，电极形状要求很圆，否则会使铜瓦与电极接触不良；（5）对铜瓦的安装要求较高，同一相铜瓦的高度必须一致，否则各块铜瓦与电极的接触力就不相等。
此外，由于电极壳表面的粗糙程度不同及铜瓦的安装高度不完全相同，难以保证其之间接触力的均匀性，故易因接触不良引发刺火、烧穿等事故，严重影响炉子的作业率，降低使用寿命，且不适合刚性很好的工业硅电炉用石墨电极或碳素电极。
2.2组合式把持器的不足
组合式把持器对传统把持器的结构进行了很大的改造，有很多优点，但仍存在不足之处。
（1）这种把持器只适合自焙电极的矿热炉，不能用于石墨或碳素电极的工业硅电炉。 （2）制备电极壳的设备较复杂。（3）铜夹弹簧需不停地通风降温，且还需挡火环或底部环，通风或挡火环一旦有缺陷则影响弹簧寿命。（4）水路曲折，需软化水。
2.3波纹管制作困难
虽然波纹管式把持器有压力稳定，随意性好，可很容易地进行自动压放和调节等优点，但是这一技术复杂程度比较高。（1）大型的专用设备冲压封头。（2）环体内冷却水循环水道比较复杂。（3）对处于高温中的波纹管冷却以及冷却水、压力油的密封技术要求很高，焊接困难易影响冷却效果，严重时会发生烧损漏水事故。（4）波纹管外购或进口困难，自制不易，少有厂家生产，质量难以保证。（5）运用波纹管时，水圈的外围尺寸也比较大，调整极心圆困难，密封较难处理[4]。
3矿热炉电极安装的改进措施
电极是矿热炉的核心部分，采用国际先进德马克、南非PYROMET技术，每座矿热炉有3个电极每个电极从下至上由电极设备下部（保护套、铜瓦、压力环、电极密封、电极壳）电极设备上部（中间护筒、固定板、底座圈）电极立柱支撑圈（提升梁、加热风机）调节缸、下压放装置及摩擦板、上压放装置及摩擦板组成。每个下部电极组装后整体单重为22吨；每个上部电极包括固定板（0.71t）底座圈（共3.93t）中护筒（3.456t）导辊（0.098t）调节缸（1.015t）支撑圈（3.422t）支撑梁（0.466t）下部压放装置（9.5t）压放缸（0.283t）上部压放装置（8.5t）启动电极壳（2.559t）等设备，均安装于+8.665m平台上部，但以上部件固定板安装在+16.4m平台框架梁上，因此在+16.7m形成之后，+25.2m平台形成之前进行吊装。在不断的改造完善中总结经验，吸取教训，通过不断摸索，对于大型矿热炉的结构、参数、控制方面有了较深的认识，除了在负荷控制（电极升降）数学模型上有待完善外，其先进技术及理念可为今后埋弧矿热炉新建作以借鉴。在分析了原有把持器结构特点后，提出了新的把持器结构及配套形式，即移植大电炉部分先进技术措施，包括：
a.计算机控制电极自动升降与不停电自动压放技术。b.电极把持器采用压力环锻造铜瓦技术。c.短网采用导电铜管及水冷电缆技术。d.水冷部件独立回路技术，并有水温测量报警
装置。e.水冷骨架耐温混凝土炉盖技术。
改造前，电炉把持系统采用锥形小套锁紧铜瓦和电极。由于锥形小套本身弧应不相称，而铜瓦是铸造件，外形尺寸偏差大，这样就造成了铜瓦与电极接触不好，易打弧烧坏设备引发故障；同时由于炉盖密闭不好，余火上窜，致使电极过早烧结。改造时，采用压力环结构把持器形式。为提高铜瓦的导电性能与保证铜瓦外形尺寸一致，改用机加工后的锻造铜瓦，铜瓦受力采取分别施压，使每块铜瓦都能与电极接触良好。在压力环上安装护板，在炉盖上安装法兰，利用护板与法兰相互组合来密封炉盖。
结论
电极是将强大电流导入矿热炉内进行电弧冶炼的重要关键部件，它不仅要具备较低的电阻率，良好的导电性、抗氧化性和抗热震性，而且还要能在3 000℃左右的高温条件下连续稳定的工作。因此，对电极的安装要求非常高，要确保安装质量。
参考文献：
[1] 董元江. 矿热炉电极恒功率的自动控制与调节[J]. 铁合金，2013，03：31-33.
[2] 钟宇彤. 一种敞口式埋弧矿热炉电极控制方法及系统[J]. 价值工程，2013，12：29-30.
[3] 顾峰，魏燕，孙辉，张建良，肖清安. 生产电石用矿热炉的电极控制原理与节能分析[J]. 铁合金，2013，04：24-29.
[4] 陈铭榕. 电弧炉电极智能控制[J]. 电子技术与软件工程，2013，17：150.
关键词：矿热炉；电极安装；改进
矿热炉包括铁合金炉、电石炉及黄磷炉等电弧电阻炉。矿热炉冶金是通过电炉变压器、短网和电极向熔池内供给所需的电能，在高温状态下发生的反应。为了保证产品的优质、高产和低消耗，在冶炼过程中，要求控制炉内的温度，使其保持在一个合理范围内。电极位置控制是矿热炉冶炼控制中最关键的部分，通过调整电极位置，保持所需电弧的长度，达到控制炉温和炉内化学反应速度的目的[1]。
1矿热炉电极安裝的工艺流程
施工准备→设备开箱验收→电极设备下部吊装炉内及组装→+16.4m结构验收及划线→电极固定板就位调整→底座圈→中护筒安装→调节缸调整安装→电极立柱支撑圈安装→下压放装置安装→上压放装置安装→电极设备下部组装完成后整体吊装到位后安装→电极冷却水、液压配管→电极炉盖密封安装。
第一步，将下部电极、铜瓦、压力环等放在8.6米平台下炉壳内，然后在炉壳内把每个下部电极上的10片铜瓦组装焊接（银钎焊），再在铜瓦外组装压力环，待钢结结构框架+16.4m结构平台施工完毕，进行复查要求：电极基板处标高±1mm。然后进行放线安装基板，并调整，要求水平度0.05/1000，中心纵横中心线偏差±1mm，标高±1mm，三个电极必须在同一极心圆，确认后进行焊接，焊接时必须将基板固定好后，不能因焊接而造成变形。焊接完毕进行打磨，表面不得有飞溅，同时进行复验。
第二步，将组装的电极升降机构、支撑环、电极护套放基板进行调整，螺栓连接，要求必须严格按照设计要求进行预紧，并检查导向垂直度不大于0.05/1000。
第三步，将电极上部、中部加持装置组装后放在支撑环上然后导向套采用螺栓连接。
第四步，将第一步放入炉里电极下部组装后吊起，吊装前应检查吊装吊耳焊接位置及焊肉是否满足要求，吊装到位后，应认真清洗连接表面、绝缘材料，确保下部电极与导向套之间绝缘。
第五步，待炉盖安装完毕后，进行电极下部护套及炉盖密封套的安装。
2存在的问题及原因
目前，国内的矿热炉电极把持器在使用过程中出现了很多常见问题，如对电极施压不均、不能有效控制电极压放、水循环冷却效果不佳等，从而导致检修频率高、时间长，严重影响了电炉的正常生产，热停炉多，甚至引发电极、电器等事故[2]。
2.1锥形环对电极施压不均
国内使用最多的锥形环把持器是整环轴向受力，它对铜瓦的安装要求较高，同一相铜瓦的高度必须一致，否则各块铜瓦与电极的接触压力就不相等，而且还会因铜瓦与电极壳的接触表面所存在的不可避免的个体差异而加大这种不等。锥形环把持器对电极施压不均及其引起的铜瓦损耗多的情况在生产中非常普遍。此外，导电装置中的导电铜管，由于直径大、管壁厚、刚性大，直接影响到铜瓦对电极的压紧，容易造成导电铜管与铜瓦之间以及铜瓦与电极壳之间打弧而烧坏[3]。
这种夹紧、压放电极的锥形环技术相对较旧，它对电极的夹紧、压放工作质量不稳定、连续运行可靠性能较差，在实际运行中故障率较高。（1）锥形环的夹紧力是根据选定的锥形角和铜瓦对电极壳的压力来计算的。压力选取应适宜，过小容易打弧烧坏铜瓦；过大容易使电极壳变形；（2）锥形环的夹紧力是通过提升整个环体和锥形块而作用的，在每次提升过程中，每个锥形块的提升高度相同，所以施加的作用力大小也相同；（3）对电极的烧结要求很高，把持器段电极既不能过早烧结，又不能太软，否则容易出现电极软断及铜瓦与电极接触不良而打弧等情况；（4）只能适用于一种直径的电极，电极形状要求很圆，否则会使铜瓦与电极接触不良；（5）对铜瓦的安装要求较高，同一相铜瓦的高度必须一致，否则各块铜瓦与电极的接触力就不相等。
此外，由于电极壳表面的粗糙程度不同及铜瓦的安装高度不完全相同，难以保证其之间接触力的均匀性，故易因接触不良引发刺火、烧穿等事故，严重影响炉子的作业率，降低使用寿命，且不适合刚性很好的工业硅电炉用石墨电极或碳素电极。
2.2组合式把持器的不足
组合式把持器对传统把持器的结构进行了很大的改造，有很多优点，但仍存在不足之处。
（1）这种把持器只适合自焙电极的矿热炉，不能用于石墨或碳素电极的工业硅电炉。 （2）制备电极壳的设备较复杂。（3）铜夹弹簧需不停地通风降温，且还需挡火环或底部环，通风或挡火环一旦有缺陷则影响弹簧寿命。（4）水路曲折，需软化水。
2.3波纹管制作困难
虽然波纹管式把持器有压力稳定，随意性好，可很容易地进行自动压放和调节等优点，但是这一技术复杂程度比较高。（1）大型的专用设备冲压封头。（2）环体内冷却水循环水道比较复杂。（3）对处于高温中的波纹管冷却以及冷却水、压力油的密封技术要求很高，焊接困难易影响冷却效果，严重时会发生烧损漏水事故。（4）波纹管外购或进口困难，自制不易，少有厂家生产，质量难以保证。（5）运用波纹管时，水圈的外围尺寸也比较大，调整极心圆困难，密封较难处理[4]。
3矿热炉电极安装的改进措施
电极是矿热炉的核心部分，采用国际先进德马克、南非PYROMET技术，每座矿热炉有3个电极每个电极从下至上由电极设备下部（保护套、铜瓦、压力环、电极密封、电极壳）电极设备上部（中间护筒、固定板、底座圈）电极立柱支撑圈（提升梁、加热风机）调节缸、下压放装置及摩擦板、上压放装置及摩擦板组成。每个下部电极组装后整体单重为22吨；每个上部电极包括固定板（0.71t）底座圈（共3.93t）中护筒（3.456t）导辊（0.098t）调节缸（1.015t）支撑圈（3.422t）支撑梁（0.466t）下部压放装置（9.5t）压放缸（0.283t）上部压放装置（8.5t）启动电极壳（2.559t）等设备，均安装于+8.665m平台上部，但以上部件固定板安装在+16.4m平台框架梁上，因此在+16.7m形成之后，+25.2m平台形成之前进行吊装。在不断的改造完善中总结经验，吸取教训，通过不断摸索，对于大型矿热炉的结构、参数、控制方面有了较深的认识，除了在负荷控制（电极升降）数学模型上有待完善外，其先进技术及理念可为今后埋弧矿热炉新建作以借鉴。在分析了原有把持器结构特点后，提出了新的把持器结构及配套形式，即移植大电炉部分先进技术措施，包括：
a.计算机控制电极自动升降与不停电自动压放技术。b.电极把持器采用压力环锻造铜瓦技术。c.短网采用导电铜管及水冷电缆技术。d.水冷部件独立回路技术，并有水温测量报警
装置。e.水冷骨架耐温混凝土炉盖技术。
改造前，电炉把持系统采用锥形小套锁紧铜瓦和电极。由于锥形小套本身弧应不相称，而铜瓦是铸造件，外形尺寸偏差大，这样就造成了铜瓦与电极接触不好，易打弧烧坏设备引发故障；同时由于炉盖密闭不好，余火上窜，致使电极过早烧结。改造时，采用压力环结构把持器形式。为提高铜瓦的导电性能与保证铜瓦外形尺寸一致，改用机加工后的锻造铜瓦，铜瓦受力采取分别施压，使每块铜瓦都能与电极接触良好。在压力环上安装护板，在炉盖上安装法兰，利用护板与法兰相互组合来密封炉盖。
结论
电极是将强大电流导入矿热炉内进行电弧冶炼的重要关键部件，它不仅要具备较低的电阻率，良好的导电性、抗氧化性和抗热震性，而且还要能在3 000℃左右的高温条件下连续稳定的工作。因此，对电极的安装要求非常高，要确保安装质量。
参考文献：
[1] 董元江. 矿热炉电极恒功率的自动控制与调节[J]. 铁合金，2013，03：31-33.
[2] 钟宇彤. 一种敞口式埋弧矿热炉电极控制方法及系统[J]. 价值工程，2013，12：29-30.
[3] 顾峰，魏燕，孙辉，张建良，肖清安. 生产电石用矿热炉的电极控制原理与节能分析[J]. 铁合金，2013，04：24-29.
[4] 陈铭榕. 电弧炉电极智能控制[J]. 电子技术与软件工程，2013，17：150.