電弧爐生產(chǎn)過程中常因爐料、設(shè)備、操作及電極本身質(zhì)量問題或以上因素的交互影響而導(dǎo)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(chǎn)效率及現(xiàn)場生產(chǎn)組織工作;另一方面會增加電弧爐電極事故消耗，進(jìn)而增加電弧爐冶煉成本。因此，認(rèn)真分析電弧爐電極折斷問題，準(zhǔn)確判斷電極折斷的真實(shí)原因并有效的指導(dǎo)現(xiàn)場生產(chǎn)，可顯著降低電弧爐電極折斷次數(shù)，從而大幅度提高電弧爐生產(chǎn)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(fā)生在電極柱的更高接頭處或接頭螺紋孔處,但電極本體斷裂情況也偶有發(fā)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(shí)也直接關(guān)系到電弧爐冶煉過程中的電極運(yùn)行安全，爐料問題導(dǎo)致的斷電極問題主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
(1)爐料中混有橡膠、木質(zhì)品等不導(dǎo)電物。(2)爐料表面粘附有大量耐材、泥沙等不導(dǎo)電物。(3)起弧料導(dǎo)電性差，也會增加起弧階段電極折斷幾率。

二

設(shè)備原因

(1)電氣控制系統(tǒng)原因
控制系統(tǒng)原因造成的故障通常表現(xiàn)為一定的重復(fù)性和必然性，對電極運(yùn)行安全威脅極大，突出表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。①相序接反：正常情況下，電極旋緊方向應(yīng)與電極工作時(shí)電磁力方向一致，但若在調(diào)試或檢修期間不慎將相序接反，易導(dǎo)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(dǎo)致接頭處發(fā)熱、發(fā)紅，氧化加速并最終導(dǎo)致下段脫落。重則直接脫落導(dǎo)致接頭螺紋報(bào)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(dǎo)線的起端至末端的規(guī)定，可標(biāo)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(cè)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(dú)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(fā)生先接觸爐料相因不能及時(shí)收到自身反饋信號而導(dǎo)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(xù)下降過程中因受力過大而折斷。③短網(wǎng)側(cè)測量電壓的三相電壓互感器中性點(diǎn)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(wǎng)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(nèi)廢鋼時(shí),本來該相二次電壓應(yīng)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(diǎn)與電爐爐底外殼的連接線斷開后,電極調(diào)節(jié)系統(tǒng)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(diào)節(jié)系統(tǒng)控制電極繼續(xù)下降,導(dǎo)致電極與爐料擠壓折斷。該故障表現(xiàn)為不起弧總是折斷先接觸爐料的電極，同時(shí)該相電極二次電壓基本保持不變。(2)機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)原因①電極升降液壓缸缸桿變形：液壓驅(qū)動機(jī)構(gòu)的制動力變小或者系統(tǒng)的延時(shí)系數(shù)變大,則會延遲電極執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作和響應(yīng)速度,電極端頭與廢鋼可能發(fā)生較大碰撞,導(dǎo)致電極折斷。該故障往往表現(xiàn)為在正常冶煉過程中,三相電極負(fù)荷電流不平衡、不穩(wěn)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(diào)節(jié)反應(yīng)靈敏度，間隙過大，易導(dǎo)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(diào)節(jié)系統(tǒng)反應(yīng)遲鈍，遇過程塌料或觸及廢鋼時(shí)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(yù)緊力不足，易導(dǎo)致電極從夾頭內(nèi)脫落而折斷電極。

三

操作原因

隨著電弧爐冶煉相關(guān)知識的大量普及鋼廠對操作人員培訓(xùn)力度的加大，崗位操作已逐步趨于規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，因此，操作原因?qū)е碌臄嚯姌O幾率明顯下降，但仍需進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)部分特殊環(huán)節(jié)的操作注意事項(xiàng)，力求徹底解決操作原因?qū)е碌臄嚯姌O問題，常見的操作問題主要有以下幾個(gè)方面。
(1)配料及加料環(huán)節(jié)未能嚴(yán)格按配料操作要點(diǎn)進(jìn)行配料，出現(xiàn)重料、大塊料上移、不導(dǎo)電物入爐等嚴(yán)重配料問題。加料過程中因天車對位或人為操作原因?qū)е聽t料入爐后嚴(yán)重偏斜，冶煉中后期集中塌落折斷電極等。(2)爐門清理環(huán)節(jié)叉車清理爐門時(shí)電極提升高度不夠，或?qū)t門口渣塊等導(dǎo)電性差的物料推至爐門口電極正下方等也會導(dǎo)致電極折斷事故。(3)續(xù)接及夾緊環(huán)節(jié)續(xù)接過程中吹掃、垂直度及預(yù)緊力不當(dāng)會嚴(yán)重影響電極續(xù)接質(zhì)量，導(dǎo)致電極在上線使用過程中接頭強(qiáng)度下降，在冶煉過程中頻繁發(fā)生電極折斷事故。夾持部位在白線接頭區(qū)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(huán)節(jié)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(dǎo)電不良而折斷電極。另外，1、2、3三相電極發(fā)生斷裂的幾率應(yīng)該是一樣的，如果有一相多于其他兩相，應(yīng)考慮操作問題，同時(shí)由于責(zé)任心問題所造成的折斷，具體表現(xiàn)為夜班多于白班，節(jié)假日多于日常。

四

電極質(zhì)量問題

因石墨電極質(zhì)量問題造成的停產(chǎn)、斷澆等問題將會產(chǎn)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(guān)注。
石墨電極和接頭的連接區(qū)是電、熱、機(jī)械載荷較大且復(fù)雜的部位，也是常見斷裂的部位。就接頭質(zhì)量本身而言，接頭斷裂主要有以下幾個(gè)方面的原因:接頭體積密度低，則強(qiáng)度普遍較低，使用時(shí)易造成折斷(在中、重型料入爐比例大的爐次中表現(xiàn)尤為突出);電阻率偏高，通電時(shí)接頭部位溫度升高較快，會造成電極連接處接頭部位熱應(yīng)力較大而折斷機(jī)率增加;接頭的抗折強(qiáng)度不夠，內(nèi)裂接頭混入到成品接頭中也會導(dǎo)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(xiàn)接頭折斷或本體縱裂問題。通常電極本體發(fā)生折斷的機(jī)率較低，本體發(fā)生折斷主要有以下幾個(gè)方面的原因:電極本體螺孔有質(zhì)量缺陷;電極本體的體積密度和強(qiáng)度不夠;極本體與接頭指標(biāo)、加工精度不匹配;電極抗熱震性能太差還會導(dǎo)致電極端部產(chǎn)生深度裂紋;另外，內(nèi)部存在橫裂紋的電極混入到成品中未檢出、電極結(jié)構(gòu)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(qiáng)原料的驗(yàn)收把關(guān)工作，進(jìn)料期間必須安排專人進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)督檢查，砣鋼周邊耐材沾附量大或夾帶耐材的大塊砣鋼嚴(yán)禁入爐，帶渣量大的渣鋼必須進(jìn)行清渣處理。
(2)配料時(shí)進(jìn)行二次檢查和篩選，嚴(yán)禁橡膠、木板等不導(dǎo)電物質(zhì)入爐。(3)陰雨天氣情況下泥沙量大的廢鋼、合金直接進(jìn)行退貨處理。(4)引弧料質(zhì)量要重點(diǎn)關(guān)注，嚴(yán)禁混有大塊重型廢鋼或打包塊。

二

配料方面

(1)嚴(yán)格按電爐配料單項(xiàng)目及配料層次進(jìn)行配料，導(dǎo)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(shí)盡更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(qiáng)度的同時(shí)避免加料時(shí)大料上翻，降低塌料斷電極風(fēng)險(xiǎn)。(3)嚴(yán)禁加入未經(jīng)開孔處理的密閉容器等易爆物質(zhì)。(4)料場地面進(jìn)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(shè)備方面

(1)電氣控制系統(tǒng)問題
①設(shè)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(guān)柜的進(jìn)線或出線電纜中任意對調(diào)兩相即可，防止相序接反導(dǎo)致的電極松脫及折斷事故。②換爐或檢修結(jié)束，設(shè)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(tǒng)靈敏有效，同時(shí)保證逐相對應(yīng)。③停爐和生產(chǎn)間隙對爐底中心線聯(lián)接狀況進(jìn)行檢查確認(rèn)，發(fā)現(xiàn)有虛接、斷裂、斷股等問題及時(shí)進(jìn)行恢復(fù)。(2)機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)原因①對手動、自動狀態(tài)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(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注，行程中某個(gè)固定區(qū)域壓力總是明顯異常時(shí)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(shù)據(jù))。③電極與小爐蓋電極孔間隙應(yīng)至少保持50mm以上，同時(shí)各相間隙應(yīng)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(jìn)行檢查確認(rèn)，發(fā)現(xiàn)電極周圍有上翻的重廢、渣鋼及邊絲卷等大料或不導(dǎo)電物質(zhì)時(shí)及時(shí)處理(可借助矛鏈、夾鉗等工具將其拉、掛至遠(yuǎn)離電極的周邊區(qū)域)。
(2)若冶煉中后期頻繁出現(xiàn)粘附在爐壁的冷料突然塌落折斷電極問題時(shí)，可考慮對供電曲線進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整，重點(diǎn)是熔化期的供電檔位和供電曲線號的優(yōu)化調(diào)整。(3)高度重視斷電極事故處理結(jié)束后事故相電極下方爐料狀況的檢查確認(rèn)及再次補(bǔ)投引弧料工作，防止?fàn)t料問題導(dǎo)致的二次折斷事故。(4)續(xù)接電極作業(yè)過程中嚴(yán)格執(zhí)行電爐續(xù)接電極操作規(guī)程中相關(guān)吹掃、清理規(guī)定，并最終用力矩扳手進(jìn)行緊固。(5)經(jīng)長時(shí)間停爐后(尤其冬季氣溫較低的情況下)再次運(yùn)行電極系統(tǒng)前為防止啟動瞬間因晃動幅度過大將電極擺斷，按以下規(guī)定進(jìn)行操作：①三相均未安裝電極，可在液壓系統(tǒng)起動后先反復(fù)提升下降電極橫臂數(shù)次，待系統(tǒng)穩(wěn)定后再安裝電極。②三相均裝有電極，禁止三相同時(shí)提升或下降，先進(jìn)行單相點(diǎn)動提升或下降，待系統(tǒng)穩(wěn)定后再同時(shí)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(xù)接上線后必須確認(rèn)夾頭上部部分及爐蓋內(nèi)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(zhì)量方面

解決電極質(zhì)量方面的問題，關(guān)鍵是嚴(yán)把電極采購及入廠驗(yàn)收關(guān)，對于接頭、本體指標(biāo)不符合超高功率石墨電極要求的，禁止上線使用。同時(shí)，各廠可結(jié)合自身設(shè)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(biāo)，從而逐步明確后續(xù)電極供貨理化指標(biāo)要求。另外，要高度重視電極折斷后的原因分析及責(zé)任劃分工作，避免因責(zé)任不清導(dǎo)致斷電極事故長期不能得到有效解決的問題。

結(jié) 論

通過多年對電弧爐斷電極問題的持續(xù)跟蹤和研究，分析總結(jié)出導(dǎo)致電極折斷的各種因素和環(huán)節(jié)，并有針對性的制定了一系列控制措施和現(xiàn)場解決方案，將我公司電弧爐斷電極次數(shù)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(shè)備、現(xiàn)場操作及電極質(zhì)量問題導(dǎo)致的斷電極問題，同時(shí)為電極折斷后的責(zé)任劃分問題提供了參考依據(jù)。