【導(dǎo)讀】福建鼎信實業(yè)有限公司。鐵礦熱爐關(guān)鍵技術(shù)工程

　　

【正文】 裝置、電極壓放裝置和把持筒等部分組成。 導(dǎo)電裝置 傳統(tǒng)的導(dǎo)電裝置一般包括集電環(huán)、導(dǎo)電銅管和銅瓦。 集電環(huán)主要起均壓作用， 其將電流集合起來，然后再分配給導(dǎo)電銅管，以使每根電極上的每塊銅瓦的電流基本相等。集電環(huán)中部有等分連接壓緊件裝置，主要與導(dǎo)電銅管連接。銅圓環(huán)結(jié)構(gòu)的集電環(huán)，一般安裝在把持筒上， 25 并用絕緣材料隔離；導(dǎo)電銅管是集電環(huán)和銅瓦之間的連接管，其端口部位與冷卻膠管連接，主要作用是傳導(dǎo)電流，管內(nèi)通水，自身冷卻和銅瓦冷卻；銅瓦的作用是傳導(dǎo)電流和控制電極的燒結(jié) ， 按其材料的不同可分為鑄造銅瓦和鍛造銅瓦，銅瓦內(nèi)部通水冷卻，外部配有與導(dǎo)電銅管和夾緊環(huán)相配合的有關(guān)零部件。 電極把持器的機械 （ 氣壓、液壓 ） 抱緊施壓 裝置主要作用是夾緊和松開電極，以滿足銅瓦對電極的壓力和在冶煉過程中升、降電極，它是由電極夾緊環(huán)或壓力環(huán)、大套、彈簧拉緊氣缸或油缸及銅瓦等組成，工作可靠和操作簡單是對抱緊裝置的基本要求。 在冶煉過程中 ， 電極的工作端是不斷消耗的。電極壓放裝置的作用是定期壓放電極 ， 使電極消耗掉的部分得以補充 ， 保持電極一定的工作端長度。電極壓放裝置有鋼帶式電極壓放裝置、雙閘活動壓放油缸式電極壓放裝置、下閘活動無壓放油缸式電極壓放裝置、四閘活動油缸加蝶簧式電極壓放裝置及雙氣囊壓放油缸式電極壓放裝置等。 電極把持器的種類 電極把持器的形式很多，它的夾緊方式主要有幾種類型 — 大螺釘式、徑向頂緊的壓力環(huán)式、錐形環(huán)式。近年來，又從國外引進(jìn)了波紋管式、膠囊式及組合式把持器等類型。 徑向大螺釘頂緊式把持器 徑向大螺釘頂緊把持器結(jié)構(gòu)如圖 51所示（ b是 a中彈簧或蝶簧徑向壓緊方式的細(xì)部結(jié)構(gòu)）。這種把持器的夾緊部分為彈簧式夾緊環(huán)。它是由半環(huán)、頂頭、彈簧、彈簧墊、帶內(nèi)孔螺栓、固定螺母、外套等組成。壓緊銅瓦是將鋼制的頂頭裝入半環(huán)孔中，彈簧力通過頂頭作用在銅瓦上，只要彈簧力調(diào)整合 26 適，壓放電極時，電極可靠自重克服銅瓦 與電極的摩擦力向下滑移。 徑向大螺釘頂緊把持器把持器結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單可靠，可以隨電極殼的變形狀況，調(diào)整銅瓦對電極殼的壓緊力，圖 51（ c）為完全人工調(diào)整，無彈簧施壓的結(jié)構(gòu)。 34156 (a) (b) (c) （ a） 1— 電極 2— 銅瓦 3— 水冷環(huán) 4— 頂頭 5— 彈簧 6— 頂緊螺釘 （ b） 1— 半環(huán) 2— 頂頭 3— 彈簧 4— 套筒 5— 彈簧墊 6— 固定螺母 7帶內(nèi)四方孔的螺栓 8外套 （ c） 1— 銅 瓦 2— 半環(huán) 3— 夾緊 4— 螺母 5壓塊 6絕緣板 圖 51 徑向大螺釘頂緊把持器 大螺栓夾緊式把持器 螺栓壓緊把持器結(jié)構(gòu)如圖 52 所示。這種把持器的夾緊部分為大螺栓式兩半夾緊環(huán)。它是由圓環(huán)、大螺栓、螺母、壓塊、絕緣材料組成。壓緊銅瓦是將一個特制的銅螺母固定在半環(huán)孔中 ， 通過調(diào)節(jié)大螺栓來壓緊和松開電極。它的優(yōu)點是簡單可靠，取消了壓放等一系列復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，電極壓放由專用工具將電極抱緊坐在爐頂上，然后提升把持器完成一次壓放操作。在黃磷及銅冶煉礦熱爐中有應(yīng)用，鐵合金、電石電爐中應(yīng)用較少。缺點是手工操 作，勞動強度大，工人受輻射熱熏烤厲害。 27 接母線 1— 把持器主體 2— 銅瓦 3— 夾緊螺栓 4— 拉桿 圖 52 大螺栓夾緊式把持器 液壓缸式把持器 液壓缸式把持器結(jié)構(gòu)如圖 53 所示。 1— 導(dǎo)向水套 4— 液壓缸 3— 銅瓦 圖 53 液壓缸式把持器 28 此結(jié)構(gòu)的液壓缸數(shù)是銅瓦數(shù)的一半，與液壓缸相對應(yīng)處則為具有頂頭的固定缸，也可以設(shè)計成一個銅瓦對應(yīng)一個液壓缸。它借油壓夾緊，靠卸油以后彈簧的反作用力松開；也可借彈簧的張力夾緊，壓縮彈簧時松開。后一種情況油壓系統(tǒng)無需經(jīng)常處于工作狀態(tài)。 液壓缸式把持器可以適應(yīng)電極表面的軟硬程度、電極殼的小量變形和銅瓦的小量安裝誤差等，并保持銅瓦對電極大致相同的夾緊力。目前此結(jié)構(gòu)在工業(yè)硅電爐上仍有應(yīng)用。 錐形環(huán)把持器 錐形環(huán)把持器結(jié)構(gòu)如圖 54所示。此結(jié)構(gòu)的把持器是目前應(yīng)用最多的一種，由錐形環(huán)、水套、彈簧、松緊油缸、電極把持筒、集電環(huán)、導(dǎo)電銅管、銅瓦吊架及銅瓦等部分組成。錐形環(huán)的內(nèi)錐面緊靠導(dǎo)電銅瓦的外錐形面，通過錐形環(huán)上升或下降使錐形環(huán)與電極之間產(chǎn)生徑向壓力來實現(xiàn)壓緊或放松電極。根據(jù)電極密封結(jié)構(gòu)的不同，錐形環(huán)與 導(dǎo)向水套可做成整體式，即固定水套式；也可分開，即活動水套式。 （ a）錐形環(huán)和導(dǎo)向水套分離式 （ b）錐形環(huán)和導(dǎo)向水套整體活動式 1— 銅瓦 2— 錐形環(huán) 3— 固定水套 4— 錐形塊 5— 云母墊 圖 54 錐形環(huán)式把持器 29 錐形環(huán)一般做成空心通水冷卻，材質(zhì)采用防磁鋼，也可以用普通鋼，夾以部分防磁鋼使環(huán)狀水套斷磁。錐形角一般為 10176?！?18176。，最小為 6176。當(dāng)使用彈簧時，錐形環(huán)的升降油缸在工作狀態(tài)時不送油，靠壓縮彈簧的作用使把持器夾緊，這樣可以防止出現(xiàn)事故時，壓力油外瀉造成火災(zāi)，并可以延長油缸密封的 使用壽命。把持器松開時向油缸送油，使彈簧松開，錐形環(huán)下降，把持器即松開。當(dāng)不用彈簧時，則用雙作用油缸完成升降錐形環(huán)，只是對油缸的密封要求更高一些，并要增加接近限位開關(guān)來控制行程。 組合式把持器結(jié)構(gòu)如圖 55 所示。 1 23456bc43215a8765432111910 （ a）組合式電極把持器： 1銅罩 2接觸裝置 3非磁性鋼罩 4母線銅管 5冷卻水集合管 6風(fēng)機 7滑放裝置 8懸置 9懸置架 10銅罩懸置管 11立缸 （ b）剖面圖： l螺栓 2蝶形彈簧 3水冷罩 4接觸裝置 5電極殼 6電極殼筋 板 （ c）滑放裝置： l電極殼 2蝶形彈簧 3夾鉗 4油缸 5電極殼筋板 圖 55 組合式電極把持器 組合式或標(biāo)準(zhǔn)組件把持器對傳統(tǒng)把持器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了很大的改造，它是 30 挪威?？瞎咀钕?研究 設(shè)計出來的，國內(nèi)引進(jìn)的大型礦熱爐上也有應(yīng)用。它主要由滑放裝置、電極殼、接觸裝置等組成，通過伸出電極殼外的筋片夾緊電極和導(dǎo)電，取代了傳統(tǒng)電極把持器的銅瓦。 此種把持器的電極筋片穿過圓形鋼殼并伸入接觸元件內(nèi)。銅質(zhì)導(dǎo)電接觸元件是一種蝶型彈簧壓緊裝置，由兩塊接觸元件分置于同一電極筋片的兩側(cè)，用螺栓擰緊蝶形彈簧使其夾在筋片上。 夾緊力要適當(dāng)，既保證接觸元件將電流輸送給筋片使電極工作，又要能順利壓放電極。筋片的數(shù)量取決于所需接觸元件的組數(shù)，而接觸元件的多少又取決于電極直徑和最大電流。 在此把持器中，接觸元件是與伸出電極殼外的筋片接觸，接觸元件之間的面積是裸露的，能充分利用爐內(nèi)熱量焙燒電極并能調(diào)節(jié)電極焙燒溫度，這對電極糊的燒結(jié)狀況有良好的影響。歸納起來，組合式把持器有以下優(yōu)點： （ 1） 這種接觸方式能使電極殼達(dá)到最佳的電流分布，進(jìn)一步改善電極的燒結(jié)； （ 2） 適用性強，可用于不同功率，不同電極直徑的礦熱爐； （ 3） 由于結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，導(dǎo)電元件的使用壽命成倍 提高； （ 4） 日常維護(hù)費用大大降低，設(shè)備作業(yè)率明顯提高。 波紋管把持器 目前比較先進(jìn)的是德國液壓波紋管式把持器。它是由整體沖壓成的封頭與環(huán)板焊接構(gòu)成封閉的環(huán)體，環(huán)體內(nèi)安裝有波紋管和由一組隔板分隔成的冷卻水道，頂緊裝置是由螺栓連接的壓板 ， 壓裝有波紋管，由波紋管的彈簧施力來頂緊銅瓦。 波紋管把持器結(jié)構(gòu)如圖 56所示，其中（ a）為普通型，（ b）為改進(jìn)型。 每一個銅瓦依靠波紋管內(nèi)指向電極中心的液壓力，將接觸銅瓦緊緊壓在電極殼表面上，優(yōu)點是接觸壓力比較均勻，是一種技術(shù)含量高、對電極夾緊壓放工作質(zhì)量好、運行穩(wěn)定可 靠性高的一種把持器。改進(jìn)型用環(huán)狀鋼管與環(huán)板 T型焊接成封頭，不需沖壓制作整體封頭部件，降低了制作難度和生產(chǎn)成 31 本，可延長把持器工作壽命。 4122317689 (a) 1— 電極 2— 保護(hù)環(huán) 3— 銅瓦 (b) 1— 右環(huán)板 2— 螺栓 3— 長隔板 4— 絕緣板 5— 波紋管 6— 壓力環(huán) 4— 波紋管 5— 內(nèi)環(huán)板 6— 左環(huán)板 7— 液壓介質(zhì) 8— 冷卻水 9— 密封 7— 循環(huán)水道 8— 短隔板 10— 保護(hù)套 9— 環(huán)狀不銹鋼管 圖 56 波紋管式把持器 存在的問題及原 因 目前，國內(nèi)的礦熱爐電極把持器在使用過程中出現(xiàn)了這樣或那樣的問題，如對電極施壓不均、不能有效控制電極壓放、水循環(huán)冷卻效果不佳等，從而導(dǎo)致檢修頻率高、時間長，嚴(yán)重影響了電爐的正常生產(chǎn)，熱停爐多，甚至引發(fā)電極、電器等事故。 錐形環(huán)對電極施壓不均 國內(nèi)使用最多的錐形環(huán)把持器是整環(huán)軸向受力，它對銅瓦的安裝要求較 32 高，同一相銅瓦的高度必須一致，否則各塊銅瓦與電極的接觸壓力就不相等，而且還會因銅瓦與電極殼的接觸表面所存在的不可避免的個體差異而加大這種不等。錐形環(huán)把持器對電極施壓不均及其引起的銅瓦損耗多的情況 在生產(chǎn)中非常普遍。此外，導(dǎo)電裝置中的導(dǎo)電銅管 ， 由于直徑大、管壁厚、剛性大，直接影響到銅瓦對電極的壓緊，容易造成導(dǎo)電銅管與銅瓦之間以及銅瓦與電極殼之間打弧而燒壞。 這種夾緊、壓放電極的錐形環(huán)技術(shù)相對較舊，它對電極的夾緊、壓放工作質(zhì)量不穩(wěn)定、連續(xù)運行可靠性能較差，在實際運行中故障率較高，具體表現(xiàn)為： （ 1）錐形環(huán)的夾緊力是根據(jù)選定的錐形角和銅瓦對電極殼的壓力來計算的。壓力選取應(yīng)適宜，過小容易打弧燒壞銅瓦；過大容易使電極殼變形。 （ 2）錐形環(huán)的夾緊力是通過提升整個環(huán)體和錐形塊而作用的，在每次提升過程中，每個錐形塊 的提升高度相同，所以施加的作用力也大小相同。 （ 3）對電極的燒結(jié)要求很高，把持器段電極既不能過早燒結(jié)，又不能太軟，否則容易出現(xiàn)電極軟斷及銅瓦與電極接觸不良而打弧等不良情況。 （ 4）只能適用于一種直徑的電極，電極形狀要求很圓，否則會使銅瓦與電極接觸不良。 此外，由于電極殼表面的粗糙程度不同及銅瓦的安裝高度不完全相同，就很難以保證其之間接觸力的均勻性，故易因接觸不良引發(fā)刺火、燒穿等事故，嚴(yán)重影響爐子的作業(yè)率，降低使用壽命，且不適合剛性很好的工業(yè)硅電爐、黃磷爐和有色冶金爐用石墨電極或碳素電極。 器的不足 組合式把持器對傳統(tǒng)把持器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了很大的改造，如前所述有很多優(yōu)點，但仍存在不足之處： （ 1）這種把持器只適合 使用 自焙電極的礦熱 電 爐，不能用于 使用 石墨或碳素電極的礦熱電爐。 33 （ 2）制備電極殼的設(shè)備 相對 較復(fù)雜。 （ 3）銅夾彈簧需不停地通風(fēng)降溫，且還需擋火環(huán)或底部環(huán)，通風(fēng)或擋火環(huán)一旦有缺陷則影響彈簧壽命。 （ 4）水路曲折，需 使用 軟化水。 （ 5）電極也只能下放，不能進(jìn)行倒拔操作， 給 爐況處理和冶煉操作帶來了不利影響。 波紋管制作困難 雖然波紋管式把持器有壓力穩(wěn)定，隨意性好，可很順利容易地 進(jìn)行自動壓放和調(diào)節(jié)等優(yōu)點，但是這一技術(shù)復(fù)雜程度比較高，主要表現(xiàn)為以下幾方面： （ 1）必須用大型的專用設(shè)備來沖壓封頭； （ 2）環(huán)體內(nèi)冷卻水循環(huán)水道比較復(fù)雜； （ 3）對處于高溫中的波紋管冷卻以及冷卻水、壓力油的密封技術(shù)要求很高，焊接困難易影響冷卻效果，嚴(yán)重時會發(fā)生燒損漏水事故； （ 4）波紋管外購或進(jìn)口困難，自制不易，少有廠家生產(chǎn)，質(zhì)量難以保證； （ 5）運用波紋管時，水圈的外圍尺寸也比較大，調(diào)整極心圓時困難，密封也較難處理。 徑向大螺釘頂緊把持器不適合大中型電爐 徑向大螺釘頂緊把持器是一種較早的把持 器結(jié)構(gòu)，無論是純大螺栓徑向頂緊式，還是油缸彈簧螺栓徑向頂緊式，都在小型電爐上應(yīng)用得比較多，但勞動環(huán)境條件差，工人勞動強度大，且壓緊力較小，不適合大中型電爐。特別是彈簧長期在高溫和強磁場的環(huán)境下工作，容易失去彈性，且更換相當(dāng)困難，在電爐大型化的趨勢下已逐漸被淘汰。 不能有效控制電極壓放 把持器的壓放裝置中抱閘的工作壓力既不能過高，否則可能 壓壞電極殼；也不能過低，否則容易出現(xiàn)電極打滑 ，抱不緊 等 狀況 。所以抱閘對電極 34 殼的壓力一定要控制在合適的范圍內(nèi)。但從國內(nèi)的應(yīng)用情況來看，電極壓放質(zhì)量并不理想，以至產(chǎn)生 大套、錐形環(huán)打弧漏水和集電環(huán)壓蓋發(fā)熱打弧等故障。 水冷大套損壞過多主要是因為在電極抬出料面過高的情況下，銅瓦以下的電極工作端散發(fā)出大量的輻射熱被大套罩住，這時大套內(nèi)水溫約 40～ 60℃極易形成水垢，若經(jīng)常出現(xiàn)這種狀況，則會使大套出現(xiàn)受熱不均而焊縫開裂漏水。同理，當(dāng)料面過高，刺火翻渣時，也 很可能 導(dǎo)致大套開裂漏水。 錐形環(huán)損壞過多也是因為當(dāng)電極被大套罩住和電極抬出料面過高的情況下，銅瓦以下的電極工作端散發(fā)出大量的熱，不 僅 大套吸熱，同時錐形環(huán)也基本與大套處于同一環(huán)境，錐形環(huán)內(nèi)循環(huán)水溫處于 40～ 60℃ 左右或出現(xiàn)沸騰， 極易形成水垢。若經(jīng)常出現(xiàn)這種情況，也會使錐形環(huán)出現(xiàn)受熱不均而開裂漏水，且由于錐形環(huán)與銅瓦直接接觸，若銅瓦不規(guī)則或電極變形