电石炉自焙电极的长期运行及研究

电石炉自焙电极的长期运行及研究

蒋银龙

新疆中泰矿冶有限公司    新疆阜康市  831500

摘要：在电石炉设备中，电极是重要设备之一，在电石生产中，电流通过电极输入炉内产生电弧，电阻热和电弧热，解放能量，进行冶炼电石。如果电极出现问题，如硬断，软断，过短过长，破裂，漏糊，刺火等事故，都会影响电石的正常生产，严重时可能发生人身伤害事故。电石炉电极自动控制系统采用嵌入式技术和计算机技术的结合来实现，整个系统主要包括信号采集和调理电路、主控制器、监控设备、液压控制系统等，其中信号采集采用YD2200电力测试仪进行信号处理，并经过调理电路传递给ADC控制器；主控制器采用嵌入式微控制器LPC2378，通过以太网与上位机进行通信，采集回来的数据与给定参数作比较，其偏差经过模糊PID算法处理输出进而控制电极升降；采用Labwindows/CVI测控软件作为监控系统，实现电极自动控制系统的实时数据监视，数据存储以及画面更新。

关键词：电石炉；电极；控制

1 前言

电石炉的生产过程是一种具有代表性的工业控制过程，具有非线性、随机性、时变性等特点，因此对电石炉生产过程的控制越来越受到科研人员的关注。电石炉自动化控制系统通常由两个基本的自动化和过程自动化组成，它们之间通过本地网络实时交换数据。生产过程要就地采集信号，通过设备进行自动控制，并可进行闭环调整等过程，称为基本自动化过程；生产过程通过服务器进行监控，以处理收集的数据，确保信息的连续性，并优化过程，称为过程自动化。自动化基本上在工业现场广泛使用电石炉，而电极控制系统是一个重要的组成部分。电极控制系统是调节电能转换热能，即控制温度，以达到反应速度快，能耗低，对产量要求高，同时电极控制装置反应快，减少对电网的影响，超强的耐用性可以延长碳化炭炉的寿命。因此，电石炉控制系统的关键在于电极控制系统，这是整个冶金领域的一个重要研究方向。

2 电极焙烧过程

连续式自动烧结电极（简称自烧电极）是由电极狐和铁壳组成的。电极壳用3.5毫米厚的钢板卷起来，配有金属牵引带，以提高电极的强度和导电性。电极壳被包装在电极夹内，然后将电极贴到金属外壳中。当这种电极在电石炉中工作时，它必须不断地消耗，所以它需要不断地降低电极，以补充资金。当电极被放置在电镀铜的底部时，电镀后温度升高，碳酸盐将电极贴到电极上。

电极狐在移动而下的过程中，贴电极要经历三个相态变化：即固态-液态-固态状态，这是在房间的温度下的附栏(25℃)，当电极在固体状态，当温度上升从25℃到120℃-200℃,贴电极液体被烧成一种状态，同时逐渐增加的电阻，全程650℃的温度上升-750℃。当电极并变得粘剂，电阻渐渐变得更小的是，当温度达到900℃-1200℃，烧结电极开始。在这个转换过程中，电极狐的导电性随着电阻的增加而降低。后当烘培它温度高时，超过1000℃，给合板作的电极碳酸成电极，因为它电极皮层被焊而没有断电,贴电极南下，而不失去了电，我们更有力量，也能帮助我们不断的消费电极，电极狐连续进行焙烧而成电极。其中，电极狐元件的选择和电极电流的控制是整个焙烧过程的核心控制指标。采用连续电流控制策略，控制装置反应快，控制精度高，在生产过程中，电石炉的输入容量比较稳定，可延长炭砖炉的寿命，且影响较小，符合生产电石炉的必要条件，有助于提高生产效率。当然，三相电极之间存在一定的问题，影响可能会对生产产生严重的影响，而恒流法不能消除三相电极之间的耦合关系。也就是说，在三相电流为零的情况下，电极之间的电流会突然变化，这种变化会导致系统紊乱，短时间内不稳定，损坏电极调节系统，影响产品质量。

其所谓的恒功率策略是在电石炉电极控制过程中受到干扰后，通过调整电极位置使其保持工作能力不变，这种方法的原理很简单，但要达到不太理想的效果，存在一些缺陷。

3 电极狐成分选择

电石炉对电极要求很高，尤其像54000KVA电石炉这样的大容量电石炉，对电极质量要求尤为严格：

1、耐高温，同时热膨胀系数小。因为它的一端受到弧形高温的影响，另一端暴露在材料表面，暴露在水冷却的铜片上，所以它被要求在温度发生剧烈变化的情况下，有一定的坚固性。

2、具有相对较小的电阻系数，可以降低电力损失。

3、在较低的气孔率下，它可以减缓电极在高温下的氧化。

4、在更高的机械强度下，它不会因为机械负载和电流的影响而损坏电极。

此外，还必须经受得住生产过程中炉料崩塌的轻微的侧击。

电极狐的控制项目是固定碳、易蒸发、灰、水等。其各工艺指标的变化影响电极质量。

1、灰份：电极起着导电的作用，在工作过程中不断消耗，密封在不影响强度指数的情况下，灰度较低，消耗较低，电阻也较低。

2、电阻率电阻率，54000KVA电石炉正常运行后还要超负荷20%，电阻率必须控制在≤68uQm，方可满足电石炉正常运行。

3、挥发份与软化点：主要影响电极的燃烧速度，燃烧速度过快，电极易干燥，易断裂，过度燃烧等事故。燃烧速度太慢，电极有点软，容易出现烧焦现象，不能跟上消费，软电极损坏，粘贴流量等现象。此外，请考虑电极热辐射对电极膏燃烧速度的影响。此外，极具挥发性的部分也可以根据冬季和夏季的温度变化进行适当的调整。

4、抗压强度、体积密度、延伸率等：这种指标主要是物理指标，需要好的原料及合格的生产工艺才能保证。

通过不断摸索实践，确定出适合金泥化工54000KVA电石炉的电极狐指标：固定碳≥85%；灰分<3%；挥发分11-12.5%；抗压强度≥20Mpa；电阻率≤65±5υΩ.m；体积密度≥1.45g/cm3；延伸率5-20%

4 电极焙烧控制方案的确定

通过对国内电石生产企业了解，由于金泥化工54000KVA电石炉为新开发炉型，目前国内外还未有针对此炉型的电极焙烧方案，但国内30000KVA电石炉电极焙烧管理方案已经成熟，40000KVA以上电石炉专用电极焙烧方案还未系统形成。

金泥化工基于生产情况近1年，通过不断的对比分析，综合日常生产负荷、电极压放时间、电流、电压、电阻和跟从观察炉和质量状况事实上在现场，不断探索和调整总结一套电极焙烧控制方案适合54000KVA炉型，更改善了电石炉质量，因此提高产量和设备的运行速度。方案自2018年1月完成下发试用，经过3月、4月两次修订，于2018年4月正式下发执行。具体控制方案见下表：

5 结论

根据电石炉电极控制项目的任务要求，建立系统设计图。通过对多年来专家和工人的现场经验进行总结，选择了直流控制策略；通过比较两种控制算法来确定更好的控制算法；通过市场应用程序和嵌入式芯片反馈，NXP基于ARM7TDMI-S内核的LPC2378芯片被选为主要控制芯片。在项目完成后，碳化厂的装载量和运行率均有所提高，据统计报告，设备运行率比上年提高2%，月生产能力比上年提高364吨。有效地提高了碳化炉设备的运行速度，提高了生产效率，填补了该技术在该领域的空白。系统没有操作系统，主要是考虑以下因素，程序不太复杂，金属裸件不够执行；LPC2378没有MMU单元，也没有转换操作系统的条件。然而，随着任务量的不断增加，考虑到系统的稳定性和发展周期的问题，需要对操作系统进行进一步的研究。

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