25500kVA镍铁矿热炉工程可研报告(8)

（2）制备电极壳的设备相对较复杂。

（3）铜夹弹簧需不停地通风降温，且还需挡火环或底部环，通风或挡火环一旦有缺陷则影响弹簧寿命。

（4）水路曲折，需使用软化水。

（5）电极也只能下放，不能进行倒拔操作，给炉况处理和冶炼操作带来了不利影响。 5.4.3 波纹管制作困难

虽然波纹管式把持器有压力稳定，随意性好，可很顺利容易地进行自动压放和调节等优点，但是这一技术复杂程度比较高，主要表现为以下几方面：

（1）必须用大型的专用设备来冲压封头； （2）环体内冷却水循环水道比较复杂；

（3）对处于高温中的波纹管冷却以及冷却水、压力油的密封技术要求很高，焊接困难易影响冷却效果，严重时会发生烧损漏水事故；

（4）波纹管外购或进口困难，自制不易，少有厂家生产，质量难以保证；

（5）运用波纹管时，水圈的外围尺寸也比较大，调整极心圆时困难，密封也较难处理。

5.4.4 径向大螺钉顶紧把持器不适合大中型电炉

径向大螺钉顶紧把持器是一种较早的把持器结构，无论是纯大螺栓径向顶紧式，还是油缸弹簧螺栓径向顶紧式，都在小型电炉上应用得比较多，但劳动环境条件差，工人劳动强度大，且压紧力较小，不适合大中型电炉。特别是弹簧长期在高温和强磁场的环境下工作，容易失去弹性，且更换相当困难，在电炉大型化的趋势下已逐渐被淘汰。 5.4.5 不能有效控制电极压放

把持器的压放装置中抱闸的工作压力既不能过高，否则可能压坏电极壳；也不能过低，否则容易出现电极打滑，抱不紧等状况。所以抱闸对电极

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壳的压力一定要控制在合适的范围内。但从国内的应用情况来看，电极压放质量并不理想，以至产生大套、锥形环打弧漏水和集电环压盖发热打弧等故障。

水冷大套损坏过多主要是因为在电极抬出料面过高的情况下，铜瓦以下的电极工作端散发出大量的辐射热被大套罩住，这时大套内水温约40～60℃极易形成水垢，若经常出现这种状况，则会使大套出现受热不均而焊缝开裂漏水。同理，当料面过高，刺火翻渣时，也很可能导致大套开裂漏水。

锥形环损坏过多也是因为当电极被大套罩住和电极抬出料面过高的情况下，铜瓦以下的电极工作端散发出大量的热，不仅大套吸热，同时锥形环也基本与大套处于同一环境，锥形环内循环水温处于40～60℃左右或出现沸腾，极易形成水垢。若经常出现这种情况，也会使锥形环出现受热不均而开裂漏水，且由于锥形环与铜瓦直接接触，若铜瓦不规则或电极变形会使得锥形环对铜瓦的压力不够，造成铜瓦与锥形环间打弧，导致锥形环漏水而损坏。 5.4.6 水循环冷却效果不佳

生产中为了提高矿热炉电极把持器铜瓦的使用寿命，采用在铜瓦内通冷却水的方式来降低温度。因此，冷却水循环系统在矿热炉生产中是必不可少的。长期以来，由于循环水系统温度比较高，特别是在铜瓦部分温度可达90℃以上，造成铜瓦结垢严重，经常使电极刺火、铜瓦烧穿，直接影响正常生产和产品的成本、质量。主要问题是：

（1）冷却水路设计得过长，冷却水因阻损大而流动不畅 （2）选材不合理

为了防磁，大套材质选用1Crl8Ni9Ti不锈钢板。但在实践中发现，其焊接部位经过一段时间使用后即出现渗漏水现象，这是由于焊接工艺不当等因素造成工件产生焊接裂纹等材料缺陷。研究表明，1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢在450～800℃内容易产生晶间腐蚀，而工件长期在400～700℃温度区间工作，致使其晶间腐蚀敏感性增强，产生微观腐蚀裂纹和焊接裂纹。1Cr18Ni9Ti

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奥氏体不锈钢的导热系数为15.2w·m-1·k-1，比普碳钢的48w·m-1·k-1低得多，若受热与受力不均，容易造成焊口裂缝。

其次，由于其导热系数较小，焊接时的局部加热使焊头温度分布不均；热膨胀系数较大，焊接时产生很大的焊接应力，导致在焊接过程中产生一次热裂纹。在焊接应力及其它外部应力作用下，易扩展成为裂缝，造成渗水、漏水。因此，1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢制造和使用中都有可能产生晶间腐蚀。

另外，在高温环境中，水的存在进一步加速了金属的腐蚀，造成漏水孔洞和裂纹出现。经实践观察，漏水部位多在焊缝周围，由于裂纹纵横交错，给不锈钢焊接补漏工作带来很大不便，甚至无法进行焊接补漏，且焊缝越多产生渗漏的几率越高。

此外，不锈钢水套还存在如下缺点：不锈钢价格昂贵，是普通板材的5～7倍；加工制作困难，在制作过程中两套接头处弧度不易控制，加工焊接后的水套椭圆度较大；加工制做后的工件因体积过大不易进行后处理，特别是对渗漏严重部位局部更换后的焊缝等更无法进行处理，不锈钢在前述温度下长期工作，不可避免地会产生晶间腐蚀；奥氏体不锈钢热膨胀系数比普钢高30％左右，因维修或事故等原因造成的热胀冷缩产生的应力很大；维修需专用工具，在生产中维修补焊工艺复杂，难度极大。

（3）冷却水结垢

冷却系统主要使用工业水作为冷却介质。由于工业水只是经过了沉淀和过滤等简单处理，其含有的钙镁离子的重碳酸盐和杂质等不稳定因素使得工业水在使用的过程中容易随温度的变化而产生水垢。水垢的导热系数不超过1.16 W·m-1·K-1，水垢的存在就相当于在冷却水和水套之间增加了一绝热层，并且水垢和水套间的接触间隙也可能产生热阻，厚度为1mm的水垢就可以使温度升高达100℃以上。因此，水垢的产生会使热交换效率大大降低，严重时还会造成设备破损。

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5.5 电极把持器的选择

5.5.1 本工程电极把持器的选择

基于以上电极把持器之优缺点，对于本次25500 kV·A镍铁矿热炉工程，在设备建设投产初期（1-2年）采用新型的压力环把持器，并且使用石墨电极。等到所有的生产设备调试运行正常，同时生产操作人员对设备都能控制自如的时候，从节约生产成本出发，可以考虑将压力环把持器更换为组合把持器。

5.5.2 新型压力环把持器的结构设计 在把持器设计中，定位、隔磁、导向和密封等方面是重点考虑的对象，它们效果的好坏将直接影响到设计的成败，其中的关键是把持器夹紧铜瓦施力方式。新型的压力环把持器就是针对锥形环把持器使用中出现的种种问题而提出并实践的，它改变了传统的锥形环施力方式，由轴向施力改为径向施力。 新型把持器的结构设计主要包括两个部分：大套、小套和夹紧环，其结构如图5-7所示。 1-电极 2-铜瓦 3-吊杆 4-活动小套 5-压力环 6-大套 7-密封结构 图5-7 新型把持器结构示意图 35 5.5.2.1 把持器水冷套的设计

目前，矿热炉电极把持器中水冷套大致有两种结构，一种是固定大套式，另一种式活动大套式。

固定大套这种结构具有安全、绝缘和可靠的特点。不足之处在于：在电极抬出料面过高的情况下，铜瓦以下的电极工作端散发出大量的辐射热被大套罩住，这时大套内水温约40～60℃极易形成水垢，若经常出现这种状况，则会使大套出现受热不均而焊缝开裂漏水。同理，当料面过高，刺火翻渣时，也导致大套开裂漏水，并且由于固定大套的下部长期在炉内工作，距料面太近，容易烧损。此外电极硬断后较长的断头也不容易从炉内拉出。活动大套在炉盖预留孔中上、下移动，期间隙用特制耐火砖来填充情，以保证炉盖与水套的绝缘和密封，且活动大套与锥形环结构紧凑，能有效减少铜瓦直接暴露面积，以更好的保护铜瓦，而且由于活动大套容易吊出，维修也比较方便。这种把持器结构紧凑，但其缺点是活动水套与炉盖间的绝缘、密封和导向不够可靠。

本设计吸收了以往两种结构优点，采取固定大套与活动小套相结合的水冷套结构。

5.5.2.2水冷大套的结构设计

采用固定大套，由不锈钢焊制的大套由外表面顶部焊接的五块筋板固定在矮烟罩上，与烟罩顶密封和绝缘。减小了大套的高度，增加了料面到固定大套的距离，使其尽可能远离高温区。由对称的两块隔板将大套分为两个半环，两个半环焊接为整体，并在水套内加入多层隔板，保证了水循环冷却效果。在水套下缘增加了强制水冷圈，加强了水套端部冷却效果，使抗烧损能力大大加强，并在大套和小套之间设计了特殊的密封结构，严格杜绝了烟气的上漫，而且对小套有良好的定位和导向作用。

大套内部的水路设计如图5-8所示，水路不锈钢板隔成七层，且层高从上到下依次减小，这是为了让冷却水在大套底部（温度高）水流速度最快，

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