【摘要】对电热炉电极的工作原理，故障产生的机理，以及如何预防、提前发现、尽早解决电极故障，进行了阐述并提出了一些建议。
【关键词】电热炉；电极；电极烧结；断裂
【中图号】TU60【文献标示码】A【文章编号】1005-1074(2009)02-0210-01
对铁合金电炉冶炼人员而言，掌握电极及其工作原理是极为重要的。同时熟悉电极的使用，以及电极出现故障之后的应急处理和设备维护检修技术，也必不可少。在电炉冶炼过程中，对电极的故障，工作人员应该尽可能早发现、早预防、早解决。以下，笔者就自己的实际工作经验谈一点浅薄体会。
1矿热炉电极工作原理
电极是根据自然界中碳元素的特性而研制与开发出来的。在自然界中，存在三种不同形态的碳的同素异型体。金刚石结晶属等轴晶系，其强度高、硬度大、几乎不导电，导热性能也很差。石墨晶体属六方晶系，碳原子排列成六角型，构成层状结构的平行平面，石墨是电和热的良导体，煤炭和木炭为无定形碳。碳的熔点及升华温度都很高，在常压下，温度即使升高到3 000℃以上也不会熔化。根据碳元素的这些特性，冶金行业开发出了多种优质电极材料。
1.1电极的作用电极是电炉冶炼过程中，把电能转化为热能的载体，当电极把大的电流源源不断地输送到电炉中时，它就成了制约电炉生产和运行指标的一部分，根据不同的电炉容量，不同的产品品种，不同的工艺方式，人们选用不同的碳质材料作为电炉电热能转换的载体。
1.2电极分类目前使用的电极主要有自焙电极、碳素电极以及石墨电极三大类。自焙电极因其成本低，在矿热炉中得到了广泛的应用，因电炉结构不同，自焙电极的电极糊又可分为标准糊和封闭糊。我公司采用的为半封闭炉用自培电极，采用电极标准糊。碳素电极是以低灰分的碳素材料(如低灰分的无烟煤、冶金焦、沥青焦、石油焦等做原料)，按一定比例和粒度组成，混合加入粘接剂沥青，在一定的温度下搅拌均匀，压制成型，然后在焙烧炉中缓慢制成。碳素电极有一定的形状和强度，可直接安装到电炉上使用。两端加工成螺丝接头，以便于接长。但因为其本身强度差，尽管价格有优势，矿热电炉也很少使用。在精炼电炉上通常使用的是石墨电极。石墨电极中的石墨是碳的同素异型体。它的导电性能比普通的碳素高4倍左右。普通碳素在2 000～2500℃ 的高温下可转化成石墨。石墨电极就是碳素电极经过高温的石墨化炉处理而成； 自焙电极是使无烟煤、焦炭、沥青和焦油，在一定的温度下成糊状物即电极糊。在电炉上用铁皮制的电极壳内装入电极糊，利用电极自身的热量和炉口燃烧热经过熔化，焙烧而形成的。电极糊在冶炼缓慢焙烧过程中，在一定的糊柱的压力下，具有一定的强度。因边使用，边成型，边烧结，故省去了压型和焙烧工序，其价格也相对较低。
2电极故障与原因分析
电极的故障原因多种多样，如自焙电极很容易烧结，大部分电极都会出现脱松或脱落，或者炸裂断裂等等。
2.1电极烧结通过热的传导，热辐射，以及电阻热，电极就可能产生烧结。传导热的原理是：自焙电极热端与冷端温度相差悬殊；热端的热量顺电极向上传导，使由上往下移动的电极糊被加热。辐射热造成电极烧结的原理是，电炉炉内温度向上辐射的热量造成电极烧结。不过，封闭电炉基本没有辐射热，电极烧结主要是通过电阻热来完成。所谓电阻热，是电流通过自焙电极本身所产生的电阻热，约占输人电流的3％-5％。电阻热的大小与电流的平方成正比，与电极自身电阻成正比，与时间也成正比。通过改变电极把持方式可以改变电流。组合把持器就是通过直接夹紧筋片的方式，破坏了圆筒电极的集肤效应，使电极的发热电流变大，从而使电极更易烧结。电阻主要由电极糊的材质决定，电阻率高，电极烧结的就快。
2.2电极脱松电极的松脱一般为电极拧紧力量不够，螺纹加工公差不正确，加工精度不够而引起，导致电极在通过强大电流时，因电流的冲击而产生振动，致使电极联结处发生微小的松动，造成电极联结处接触电阻增大，电流的热效应作用明显，致使电极联结处发热氧化，一系列恶性循环后最终导致电极松脱现象的发生。还有一种原因，是由于三相交流电的相序不正确而引起的。
2.3电极炸裂在工业硅冶炼中，母扣炸裂，导致掉块引起的电极断裂约占电极断极事故的50％ ～70％ ，主要是供电质量不高和超负荷运行引起的，供电质量不高(特别是小水电)，电压波动幅度大(额定电压为35 kV的供电线路，电压{zd1}值为30 kV，{zg}值达40.5 kV)，致使通过电极的电流忽大忽小，极不稳定，使电极的热平衡状态被破坏，产生集中的局部应力，电极内部的微裂纹在电动力的作用下得到扩展，最终在电极的薄弱处，电极联结处出现母扣炸裂和掉块现象；另外，在工业硅生产中超负荷运行是行业内的普遍做法，此时若超出了电极电流承受能力，电极急剧发热膨胀，内应力急剧增加，电极内部的微裂纹迅速增大与扩展，导致电极联结处母扣炸裂和掉块现象的发生。另外，电极的热膨胀系数不一致也是导致母扣炸裂、掉块的原因之一。
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