电极测温装置在矿热炉生产中的应用

康朝阳

摘 要：重点介绍了矿热炉测温装置的结构、原理、作用，使用说明和注意事项，如何选取压放的适宜温度，利用温度进行压放操作，利用检测的温度进行判断电极柱本体部位的故障。电极测温装置，能够准确测量电极在焙烧时的温度，减少了电极在生产中的事故，为电极压放量的多少提供了科学依据。

关键词：矿热炉；电极；测温装置；铂铑热电偶；补偿导线；控制仪表

矿热炉又称电弧电炉或电阻电炉。它主要用于还原冶炼矿石、碳质还原剂及溶剂等原料。主要生产硅铁，锰铁，铬铁、钨铁、硅锰合金，工业硅、电石等产品，这些工业产品是冶金工业中重要工业原料和化工原料。其工作特点是采用碳质或镁质耐火材料作炉衬，电极插入炉料进行埋弧操作，利用电弧的能量及电流通过炉料产生的电阻热来熔炼金属，断续加料，间歇出炉，连续作业的一种工业电炉。矿热炉是一种耗电量巨大的工业电炉。主要由炉壳，炉盖、炉衬、短网，水冷系统、排烟系统、除尘系统、电极壳、电极压放及升降系统，上下料系统，把持器，烧穿器，液压系统，矿热炉变压器及各种电器设备等组成。

电极的作用是在电炉冶炼的过程中，把电能转化为热能的载体，或者说是转换能量的桥梁，电极运行的正常与否，关系着产品的质量、产量，尤其是产品的电耗，有人说电极是矿热炉的“心脏”，电极在矿热炉中的作用不言而喻，但在实际的生产中，电极要承受高温、较大的的电磁应力、温度剧变等不利因素。

根据不同的电炉容量和冶炼产品的不同，不同的生产工艺，选取不同的碳质材料做为电炉的电极。电极的分类目前主要有自焙电极、碳素电极和石墨电极三大类，自焙电极的原料主要有无烟煤、焦炭、沥青和焦油，在一定温度下形成糊状即电极糊，在电炉上用铁皮制成的电机壳内装入电极糊，利用一定的糊柱高度产生压力，同时利用电极电流经过产生的电阻热和辐射热进行熔化后烧结而成。碳素电极是以低灰分的碳素材料如低灰分无烟煤、沥青焦和石油焦等，按照一定的比例和粒度进行混合，混合后加入一定量的沥青做为粘结剂，搅拌压制成型，在焙烧炉内慢慢烧制而成，石墨电极是碳素电极经过高温石墨化炉进行石墨化处理而成。

在冶炼生产中，无论使用何种电极，电流都是通过电极进入炉内，产生高温电弧，加热炉料进行高温还原冶炼，电极在不断的消耗过程中，通过电极本身的电阻热和炉内的辐射热进行焙烧电极，电极焙烧不好进行下放，极易产生电极断裂事故，严重影响生产的正常进行，烧结过度，可能会产生局部过热而使导电原件损坏，进行停炉检修，因此判断电极焙烧的程度，直接关系到生产能否安全、稳定、连续运行，是生产过程中必不可少的保障因素。现在，国内大多数生产厂家都是根据直观的观察，凭借技术人员的生产经验来判断电极焙烧是否到位，如看到压放下来呈现暗红，或表面呈红色，表明已经焙烧到位，如果发现电极较黑和冒黑烟过多，则表明电极焙烧不到位，极易发生电极事故。如自焙电极可发生硬断、流糊、软断等电极事故，碳素电极会发生电极硬断事故。

准确判断电极压放前电极的焙烧状况，是矿热炉生产过程中的关键环节，直接影响电极是否正常压放，生产能否连续安全稳定运行。为准确检测电极在生产过程中的焙烧状况，需安装特殊的测温装置，检测电极不同时段的焙烧状况，由于电极结构及所处的特殊环境，温度高、磁场强、空间小、现场粉尘大、所测量物件又处于间断运动状态，致使许多测量仪表不能使用或测量数据与实际数据相差较大，如红外线不接触测温，光纤一体式测温不适合这种环境下应用，这类测温仪表、测温探头都属于电子集成器件，工作环境温度较低，而电极所处的环境温度高达800度，并且空间非常狭小，电极表面的测温点与外面的保护装置在30mm—50mm之间，因此必须采取不同的办法，不同的方式完成这一测温过程。

为了克服以上种种不利因素和特殊环境，经过研究分析和现场的多次试验，研制出一套电极测温装置，能够准确测量电极在焙烧时的温度，减少了电极在生产中的事故，为电极压放量的多少提供了科学依据，根据电极焙烧状况，调节电极反吹冷却风机风量，使电极的焙烧速度与生产中电极消耗相适应。

矿热炉电极测温装置是在电极柱下部护屏内的电极处装设铂铑热电偶，在护屏内的上、中、下部装设不同长度的热电偶，在护屏的下部装设量程为1500℃，长度为1000mm的热电偶，中部装设量程为1200℃，长度为800mm的热电偶，上部装设量程为800℃，长度为500mm的热电偶，在电极的极心园处装设第一组热电偶，离极心园圆心最远处的电极处装设第二组热电偶，在第一组和第二组热电偶中间装设第三组热电偶，由于电极不同部位温度差异较大，这样就能检测電极不同部位的温度，同时也可以间接检测电极柱下部导电不同部位设备的工作状况，在电极与水冷护屏之间填充耐高温石棉，将热电偶紧贴焙烧段电极，热电偶采集的温度信号经补偿导线接至温度变送器，再通过双绞屏蔽线接至二次控制仪表或PLC控制器。为了保护热电偶，在热电偶的外部加装100瓷管作为保护。为了防止强磁场干扰及热电偶将强电信号传至后面的二次控制仪表和PLC控制器，各个热电偶采集的温度信号首先经过温度变送器转换成标准的电流信号，再通过双绞屏蔽线接到二次控制显示仪表或PLC控制器。

电极温度检测装置安装完毕后，如何选取压放的电极的适宜温度，是保证电极正常运行的关键，下面就以25500KVA矿热炉生产工业硅为例进行阐述如何选取压放的适宜温度： 当矿热炉开始启动生产时，或者停炉检修重新启动时，在启动的前期由于电极温度较低，检测温度在300℃以下时，电极的反吹冷却风机关闭，当温度上升到300℃时 ，将风机启动，风量调整到三分之一以内，这时风机的主要作用是防止炉内的烟尘量进入电极柱下部设备内，影响散热和导电部位的接触，减少设备事故率。当检测到的最高温度400℃时，将风机风量调到三分之二，根据检测上升速度的快慢，调整风机的风量，当检测的温度达到650℃以上时，电极可以进行压放，电极压放后，会随着电极的下放，电极检测的数据会随着下降，电极下放的长度越长，温度会下降的越多；反之，电极下放的长度越小，电极温度下降的越少。电极温度下降到检测最高温度600℃后，应停止进行电极压放，随着压放的停止，电极检测部位的温度会慢慢的上升，当电极检测部位的温度上升到650℃以上时，可以进行下次压放，根据以上规律，进行电极压放，可以避免电极压放过快，产生电极断和如软断事故，我们企业电极测温装置安装使用后，没有产生过一次因电极压放快慢产生的电极事故。当然，电极压放的适宜温度与冶炼产品的品种、矿热炉容量的大小，电极的种类，电极的尺寸等因素有关，波动范围在100℃以内，一般情况下，电极直径越大，选取压放的适宜温度越高，电极直径越小，选取电极压放的适宜温度越低，冶炼品种还原温度越高，选取压放的适宜温度越高，反之则选取温度越低。自焙电极压放的适宜温度比碳素电极高，碳素电极比石墨电极的适宜压放温度高。电极温度检测装置安装完毕后。在实际生产中，技术人员根据生产的实际情况，制定电极压放的适宜温度，现场的仪表控制操作人员按照制定的适宜温度，进行压放电极操作，就能避免电极压放过快而产生的电极事故。

当电极某一检测点的温度达到800℃以上时，可以加快电极压放，当温度达到1000℃以上时，一般情况下，是导电元件与电极接触不好所致，就应停炉进行检查，避免设备事故进一步扩大，造成不必要的损失。

电极测温装置能有效检测电极的焙烧温度，为电极的压放时间和压放量提供了科学直观的依据，大大减低生产中电极事故，有利于降低生产的电耗，降低生产成本。