浅谈3600KVA精炼炉导电电极夹头技术改造.doc

1、浅谈3600KVA精炼炉导电电极夹头技术改造内容摘要：本文对我厂3600KVA中碳锰铁精炼炉导电电极夹头存在的打弧、漏水等设备故障进行分析，并提出相应的技改措施及新设计使用效果，实践证明此次改造是成功的、合理的。关健词：电极夹头 铜瓦 漏水 打弧 热停炉1 前言我厂中碳锰铁精炼炉于2009年9月份正式投入生产后，用于导电的电极夹头经常出现打弧、漏水等设备故障，热停炉次数过多，严重影响生产正常运行。我们通过故障分析，电极夹头出现故障原因有三：一、夹头体与电极弧面直径不一无法形成良好的抱紧导电；二、冷却水路过于繁杂，堵头焊缝易拉裂漏水；三、进出水管密封不好易漏水。针对上述这些问题，我们对电极夹头的

2、弧面、冷却水路、进出水管等进行技改，将九件式组装电极夹头改造设计成整体一件式铜瓦。新铜瓦于2011年年初投入生产使用后，该设计完全符合精炼炉使用技术要求，至今尚未出现故障，并取得了一定的经济效益。实践证明，新铜瓦具有故障率低、检修维护方便、节约生产成本等优点。本文做一简述，便于大家共同探讨学习。2 设备简介电极夹头在精炉炼生产中作为导电的载体，它既是一个电气部件，也是一个机械部件，其作用不仅是向电极传递电流，而且也用于夹紧导电石墨电极。它是精炼炉设备当中最关健的设备之一，我们先来了解电极夹头的组成部分，见A、B、C图。A图 联接固定板B图 夹头体C图 电极夹头总图由上A、B、C三图，我们可以看

3、出来，该电极夹头是由联接板和夹头体及六颗沉头螺钉组成的，螺钉用于联接板与夹头体坚固连接，联接板用于固定整个电极夹头的位置，而夹头体主要作用为导电及夹紧石墨电极。3 设计改造前存在的一些问题3.1打弧表1 电炉常用导体经济电流密度序号导体名称电流密度A/mm21紫铜板、铜排1.2-1.52铝板、铝排0.6-0.93水冷铜排3-54转铜线、薄铜皮0.9-1.35自焙电极0.05-0.106铜与铜接触面0.12-0.157铜瓦与电极接触面0.01-0.25电流密度是电炉导电体中一个重要参数。我们根据配电实际记录相关数据得出，在日常生产中，一次电流I1=55A，一次电压U1=39KV，二次电压U2=1

4、30V，可得出二次电流 I2 =I1.U1/U2=55x39x103/130=16500A据上B图数据，可得，夹头体弧面面积：S弧=2x203.5x3.14x55.61。/360x500=71068.47mm2据公式j=I2/S可得电极夹头体与电极接触面电流密度j=16500/71068.47=0.23217A/mm2再据表1数据可知，在电炉中，与电极接触的导电弧面电流密度上限为0.25 A/mm2，二次电流不变，通过反算，可得16500A/0.25 A/mm2=66000 mm2那么，当电极夹头抱紧石墨电极时，抱紧接触弧面面积不能小于66000 mm2，否则夹头体电流密度就超出了行业标准范围

5、内的电流密度上限。而我们所知，电极夹头夹头体弧面直径407mm ,而所抱紧的石墨电极直径仅为405mm，直径差2 mm。所以，在生产中，因电极夹头与石墨电极接触圆弧直径不一，无法实现完全抱紧。当抱紧不良时，电流集中在夹头体弧面某个接触面或点上通过，电流密度加大，夹头体发红，进而打弧，出现漏水、石墨电极接头硬断等现象，造成热停炉。3.2漏水3.2.1 原夹头体采用四条直冷式冷却水道，从上图B我们可以看出，夹头体开4条26mm的水路，有9个堵头，1个进出水管，1个出水管。工艺上规定，该件制作要求是加工好水孔后，9个端头分别用M30x1.5x20堵头旋紧并铆死，经过焊接，然后试压方可使用。根据热胀冷

6、缩的原理，夹头体在在受热或冷却时，温度高的部分要膨胀伸长，温度低的部分则限制它的膨胀，结果在高温部位产生压应力，低温部位产生拉应力。因此，当应力不断积累达到一个临界点时，加上夹头体内、外压力双重作用下，堵头的焊接位置会拉裂泄压，随之夹头体漏水。3.2.2 在连接进出水管时，夹头体孔内部要垫密封圈，防止漏水。而电极夹头工作于高温环境中，在生产使用一段时间以后，密封圈因材质的问题极易溶解，密封不好，进出水管出现漏水。3.2.3如上3.1所说，电极夹头打弧时，有时候击穿夹头体瓦壁，形成漏水，须热停炉检修，。3.3 工人劳动强度大，影响正常生产电极夹头在生产中，经常出现打弧或漏水等现象。精炼炉一个生产

7、周期为20天左右，一个生产周期出现类似设备故障2-5次。电极夹头装卸不易，每次拆装过程不少于2个小时，热停炉检修效率低，难度大。再综合上3.1、3.2所述问题，设备维修过于频繁，加大了检修工人的劳动强度，同时炉子未能正常生产，造成人力、物力、财力等各方面的损失无疑是巨大的。4 设计改造措施针对上述所存在的一些问题，我们整合各方面数据，再根据生产现场实际情况，将九件式组装电极夹头改造为整体一件式铜瓦，设计图如下：D图 4.1 导电弧面的改进原夹头体弧面原半径R=203.5mm，现铜瓦弧面改为R=202.5mm；弧面高度从原24mm改为82mm，加大弧面接触。由D图数据，可得新铜瓦弧面面积：S弧=

8、2x202.5x3.14x107.32。/360x500=189553.95 mm2再据3.1数据及公式j=I2/S，可得新铜瓦与电极接触面电流密度j=16500/189553.95=0.087 A/mm2从以上计算结果我们可以看出，相比之前的电极夹头，改造以后，新铜瓦电流密度降低，导电弧面与石墨电极接触紧密，抱紧良好。从根本上解决了原电极夹头在生产中存在的发红、打弧等问题。4.2 冷却水路的改进表2 铜瓦在不同形式冷却水通道下的最高温度和最大应力方式瓦体最高温度/瓦体最大等效应力/MPa直冷式267.927302砂型蛇型水道254.803391预埋U型紫铜管281.516350预埋U型钢管3

9、18.928748原夹头体采用直冷式多条水路冷却，冷却效果上较好，但是同样也存在一些问题（见3.1、3.2所述）。在综合考虑炉台生产各方面因素后，参考文献1，我们将原来的直冷式多条水路冷却电极夹头改成预埋U型紫铜水管冷却管（见D图）铜瓦。该铜瓦工艺简单，在铸造时，我们预埋好U形管后直接浇铸而成。在冷却水路上的选择，从表1数据我们可以看出，直冷式水路冷却和预埋U型紫铜管冷却在瓦体温度相差仅有13.589，最大应力差为48Mpa，根据我们的生产的实际情况，这个数据是可以接受的。将多条冷却水路改成U型紫铜水管冷却水路后，通过电流的铜瓦比原夹头体截面积随之加大，电流密度也相对减小，延长铜瓦的使用寿命。

10、4.3 新铜瓦固定联接的改进原电极夹头联接板分为上、下两块，在电极夹头安装前，先上紧好夹头体与联接板的联接螺杆，整装完后方吊运上炉安装使用。而联接螺杆在高温环境中使用易腐蚀，在卸装的时候螺杆经常会出现滑牙，不易扭出等现象，极大阻碍了热停炉时的检修进度。而新铜瓦固定联接位置与瓦体直接一铸而成，不再分开组装，减少了多个装卸步骤后，炉台检修工作效率得到了极大的提高。4.4 新铜瓦进出水管的改进原电极夹头进出水管位于夹头体背面，该位置不利装卸，检修时，位置小，不易操作且存在一些检修上的安全隐患。新铜瓦进出水管直接从U型紫铜管引出，位于铜瓦顶部，与检修平台接近平行，易检修操作。5 新铜瓦的优点及效益分析

11、新铜瓦于今年年初投入生产使用至今，尚未出现打弧、漏水等设备故障。新铜瓦与原电极夹头相比，有以下优点：5.1 优点5.1.1 改造后使用的新铜瓦符合设计标准，电流密度降低，通过电流截面积增加，比原电极夹头更加科学，更加合理。 5.1.2 将原九件式组装电极夹头改为现用一件式铜瓦，减少装卸步骤，提高检修工作效率。 5.1.3 检修方便易操作，工作效率高。 5.1.4 减少设备投资，降低设备检修费用，节约生产成本。5.2 效益分析5.2.1 降低电耗，节约成本改造前，因电极夹头事故热停炉检修时间最少为2小时以上，炉温下降，再送电时，至少要多送800kw/h的电量，以一度电0.49元，3次/月热停炉，

12、一年下来所节约的费用为：800x0.49 x3次/月x12（月）=14112（元）原电极夹头打弧，导致石墨电极接头硬断，石墨电极为8000元/吨，一根炉上使用的石墨电极为0.5吨，价格在4000元/根，一年因电极夹头的问题要至少更换6根以上，一年可节约成本：6x4000=24000（元）5.2.2 减少备件投资费用原电极夹头一年更换15件左右，而至少有6件以上是不可修复的，18000元/件，以目前的新铜瓦使用效果看，不出现其它原因至少可使用一年以上，甚至更长；那么，一年至少可节约检修备件费用为：18000x6=108000元5.2.3 减少热停炉，增产增效 改造前，热停炉一次至少损失一炉铁，1

13、5吨/炉，3次/月热停炉，使用新铜瓦后，年可增加中碳锰铁产量15x3x12(月)=540吨，现中碳锰铁价格11400元/吨，成本9500元/吨，年可增加效益为：540x(11400-9500)=1026000（元）5.2.4 由于原电极夹头引起的停炉所造成的间接损失（生产不稳定、工人加班费、零小配件更换、返修夹头体等）忽略不计。6 需要说明的问题新铜瓦的整体厚度、宽度、高度等尺寸均根据我厂精炼炉生产现场实际情况设计，不一定适用于其它精炼炉。7 结束语从现新铜瓦的使用效果来看，这次电极夹头的改造是成功的。它具有维护方便、故障率低、减少热停炉时间及次数等优点。改造以后，节约了生产成本，确保生产正常运行，降低设备维修费用，提高工作效率，同时也减轻了检修工人的劳动强度。参考文献1 结构参数对矿热炉铜瓦传热的影响 四川大学 袁熙志 陈倩word文档 可自由复制编辑