王衛(wèi)紅 伍國洪

(1.中鋼集團鞍山熱能研究院有限公司，2.二重(德陽)重型裝備有限公司)

2017年底，二重重型裝備有限公司引進奧地利因泰克(INTECO)公司的125 t級氣體保護電渣重熔爐，它是國內(nèi)首臺單相大型電渣重熔爐，擁有雙工位、雙爐頭、雙預(yù)熱位，采用電極坯交替生產(chǎn)模式，主工位最大能生產(chǎn)125 t的電渣錠，副工位最大能生產(chǎn)40 t的電渣錠。125 t電渣爐實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的遠程采集、集中控制、重熔過程自動化，是自動化冶煉的集中體現(xiàn)。2019年125 t電渣爐投產(chǎn)以來，二重裝備成功的開發(fā)了Cr12轉(zhuǎn)子、燃機輪盤、核電主管道和核電堆內(nèi)構(gòu)件等產(chǎn)品。在生產(chǎn)調(diào)試過程中，125 t電渣爐先后遇到碳刷與導(dǎo)電柱打火、引弧時斷弧和接地電流問題，下面對這些故障進行分析與排除。

1 碳刷與導(dǎo)電柱打火

1.1 故障現(xiàn)象

125 t電渣爐采用雙爐頭設(shè)計，在冶煉大型電渣錠時，兩個爐頭都要參與冶煉。爐頭的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，主要包括爐蓋、導(dǎo)電柱、大電流夾、加料裝置、大電流回路、液壓管路、各種冷卻水管和氣管路。導(dǎo)電柱與碳刷的位置關(guān)系如圖1所示。

圖1 導(dǎo)電柱與碳刷

冶煉過程中，導(dǎo)電柱在碳刷圈中上下運動，導(dǎo)電柱與碳刷之間有30 kA以上的大電流經(jīng)過。冶煉中后期，導(dǎo)電柱與碳刷之間出現(xiàn)發(fā)紅現(xiàn)象，然后打火，燒毀碳刷架，冶煉被迫終止。

1.2 故障分析

把每個碳刷取下檢查發(fā)現(xiàn)：碳刷與導(dǎo)電柱接觸良好，且壓緊彈簧有力。冶煉前期并沒有出現(xiàn)碳刷與導(dǎo)電柱打火的現(xiàn)象，可排除碳刷的問題。

導(dǎo)電柱下半段(冶煉時深入結(jié)晶器內(nèi)的部分)表面顏色變深，局部還有渣殼。經(jīng)過分析，導(dǎo)電柱顏色變深的部分是銅被氧化后形成的氧化銅。氧化銅的導(dǎo)電性差[1]，與碳刷接觸時會形成很大的接觸電阻，當大電流經(jīng)過時，就會出現(xiàn)發(fā)紅現(xiàn)象。

用萬用表測量碳刷與形成氧化銅的導(dǎo)電柱之間的電阻在1 kΩ左右。

綜合上述檢查結(jié)果判定：導(dǎo)電柱上形成的氧化銅是導(dǎo)致碳刷與導(dǎo)電柱打火的直接原因。

1.3 解決方案

在冶煉過程中由于受到高熱和灰塵的影響，導(dǎo)電柱表面會形成一層很薄的氧化銅和一些保護渣，影響導(dǎo)電柱與碳刷之間的導(dǎo)電性。每次冶煉結(jié)束后或在電極交換完成后，對空閑的導(dǎo)電柱表面進行打磨，把導(dǎo)電柱表面的氧化銅和保護渣打磨掉。打磨后的導(dǎo)電柱與碳刷之間的電阻值幾乎為零。經(jīng)過幾次反復(fù)的試驗，碳刷與導(dǎo)電柱沒有再發(fā)生發(fā)紅、打火的現(xiàn)象。

2 引弧時斷弧

2.1 故障現(xiàn)象

把預(yù)熱好的電極坯用電極夾持器夾好，放入結(jié)晶器，加入渣料，扣好爐蓋。向結(jié)晶器內(nèi)充入Ar和N2的混合氣體，開始冶煉。送電引弧1 min左右，電渣錠斷弧，嘗試再次引弧，沒有任何電流，冶煉被迫終止。每次電渣爐冶煉都需要做大量的準備工作，并加入保護渣，冶煉被迫終止會造成大量的時間和材料損失。

2.2 故障分析

打開爐蓋，吊出電極坯，發(fā)現(xiàn)底水箱上放置的引弧板焊縫全部斷裂，并且引弧板已經(jīng)從底水箱上脫離。引弧板采用與電極坯相同材質(zhì)的200 mm厚板焊接于底水箱，主要用于對底水箱的保護，每次冶煉都要更換引弧板。底水箱由銅制成，用厚鋼板保護，冷卻水冷卻。結(jié)晶器的內(nèi)膽用銅制作，外殼是鋼結(jié)構(gòu)，中間通冷卻水[2]。開裂的原因是，起弧時電極坯與引弧板粘在一起，當電極坯引弧向上抬時，連引弧板一起抬起，把焊縫全部拉斷。引弧板與底水箱脫離后，導(dǎo)電回路不通，造成引弧失敗。當電極坯抬起時，周圍的渣料掉入底部，無法形成二次引弧。

針對引弧板開裂問題，對引弧板進行滿焊以保證足夠強度，但在實際的生產(chǎn)中，還是出現(xiàn)了同樣的斷弧問題。經(jīng)分析，雖然保證了引弧板與底水箱牢固連接，但在滿焊后引弧板與底水箱之間的空氣無法排空，在冶煉過程中，密封在底水箱與引弧板之間的空氣受熱膨脹，最終把引弧板脹裂。

2.3 解決方案

既要保證引弧板與底水箱之間的強度，還要將內(nèi)部受熱空氣排出，焊縫只能斷續(xù)焊接，且保證每條焊縫都有足夠的強度。

焊縫改進后，對變壓器的工作檔位再做調(diào)整，升高電壓有一定的穩(wěn)弧作用。變壓器二次側(cè)輸出電壓為48～155 V，選用70～75 V作為引弧電壓。通過以上的改進，電渣爐引弧時再沒有出現(xiàn)斷弧的現(xiàn)象。

3 接地電流

3.1 故障現(xiàn)象

冶煉大型電渣錠時，125 t電渣爐采用電極交換方式冶煉。電極交換的過程大致為：當前冶煉的電極坯快要重熔完時，預(yù)熱工位的電極坯自動從預(yù)熱工位升起，做交換等待；當交換指令發(fā)出后，正在冶煉的電極抬起并移至空閑的加熱工位，等待交換的電極移動至工作位，電極下降，起弧冶煉。整個交換過程約3 min，全自動完成電極交換。當交換完成后，起弧冶煉時，發(fā)現(xiàn)接地電流報警，接地電流達到15 A。接地電流正常冶煉時應(yīng)是0 A，報警設(shè)定值是1 A。當接地電流達到10 A時，冶煉主回路自動斷開高壓斷路器，冶煉被迫終止。

3.2 故障分析

接地電流是冶煉時通過設(shè)備本體和大地返回主回路的電流。接地電流檢測回路一端接在底水箱主回路上，另一端接地，接地電流過大會損壞設(shè)備本體。電渣爐停止冶煉后，爐蓋仍扣在結(jié)晶器上保持冶煉狀態(tài)，對結(jié)晶器進行絕緣檢測，絕緣電阻值為0 Ω，說明有接地現(xiàn)象。抬起爐蓋后，再對結(jié)晶器進行絕緣檢測，絕緣電阻值為1 kΩ左右，表明結(jié)晶器絕緣良好。結(jié)晶器上口安裝有絕緣板，用于保證爐蓋扣在結(jié)晶器上時二者的絕緣。對結(jié)晶器上口的絕緣板進行檢查，并無破損的地方，但發(fā)現(xiàn)固定絕緣板的螺釘裸露在絕緣板表面，當爐蓋扣在結(jié)晶器上時，爐蓋會與螺釘接觸，導(dǎo)致爐蓋與結(jié)晶器連通，絕緣失效。電渣爐冶煉時，結(jié)晶器通過固定絕緣板的螺釘與爐蓋接觸使爐蓋帶電，爐蓋通過接地部分與底水箱構(gòu)成回路，使得串接在底水箱與接地部分間的接地電流檢測裝置動作。

3.3 解決方案

把絕緣板上的螺釘沉頭孔加深，使固定螺釘全部深陷到絕緣板內(nèi)，再用絕緣材料封堵孔口，將結(jié)晶器上所有絕緣板都作相應(yīng)的處理。爐蓋與結(jié)晶器完全絕緣后，在冶煉過程中，測得接地電流為0 A。

4 結(jié)語

針對125 t電渣爐在生產(chǎn)運行中出現(xiàn)的問題，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，文章給出了關(guān)于碳刷與導(dǎo)電柱打火、引弧時斷弧和接地電流問題的解決辦法，經(jīng)實踐證明，這些辦法是行之有效的，保證了設(shè)備的穩(wěn)定性，確保了生產(chǎn)的連續(xù)性，對類似設(shè)備的維護具有一定的指導(dǎo)意義。