以25MVA矿热炉为例，常见铜瓦故障原因分析

铜瓦是矿热炉电极系统的重要导电部件，其主要作用是传递三相电极电流，每台矿热炉在线使用数量30块，其使用周期与制造质量、生产操作都有着密切的关系。延长铜瓦使用周期，可以有效减少矿热炉停炉时间，提高作业率。

电炉主要技术参数

25MVA硅铁、硅锰矿热炉基本参数，见表1。

表1  25MVA硅铁、硅锰矿热炉基本参数

铜瓦的基本结构

25MVA矿热炉电极铜瓦结构，见图1

图1 矿热炉铜瓦结构图

铜瓦基本结构是一块内弧和电极直径一样的弧形厚铜板，其内部有一U型冷却水道，端部和导电铜管相连接，顶部中央有1个深90mm的M36连接孔，用来连接吊耳。铜瓦背部的中下部有一圆形凸起压块，在压力环波纹管的作用下抱紧电极并导电。

铜瓦的加工方式及选择

目前，铜瓦的加工方式一般为铸造、锻造两种。铸造铜瓦工艺成熟、易加工，投资小，但使用寿命较短。锻造铜瓦加工难度、设备投资都较大，但使用寿命长。综合评价，25MVA硅铁、硅锰矿热炉采用锻造铜瓦，材质T2紫铜，又称纯铜，铜纯度≥99.90%。锻造铜瓦理化性能，见表2。

表2  锻造铜瓦理化性能

⑴锻造铜瓦(T2紫铜)的抗拉强度为240，在加工底部联通深孔时，不易发生裂纹、脱落现象。

⑵锻造铜瓦(T2紫铜)的导热系数大，在通水冷却过程中能取得较好的冷却效果，有利于降低自身热电阻，可减少电极过烧。

⑶T2紫铜电阻率0.0175，电导率是铸造铜的1.77倍，其传输电流的能力较强。

⑷锻造铜瓦(T2紫铜)单块价格在5~6万之间，成本投资较大。

从2014年至2017年，通过对设备运行报表统计分析，4台25MVA矿热炉铜瓦故障次数与时间对比图，见图2。

图2   4台25MVA矿热炉铜瓦故障次数与时间对比分析图

铜瓦故障原因分析

从我公司近几年铜瓦出现的故障原因可归纳为以下几条。

（1）铜瓦加工技术差

底部堵头焊接不牢固，当其在高温400〜1000℃下工作时，由于水压较大，加上底部烧损打火，底部堵头容易脱落漏水，这样的故障累计发生5起。

针对此类故障，技术人员结合铜瓦结构，提出底部堵头采用螺纹连接和焊接加固方式进行双层保护，防止底部堵头脱落漏水。通过采取上述措施，彻底杜绝了底部堵头脱落漏水故障。

（2）冷却系统不好

断水和缺水使铜瓦经常在高温下使用而烧坏。铜瓦长期工作在高温环境中，为延长其寿命，需要在铜瓦内通水冷却。冷却系统的好坏直接影响铜瓦的使用寿命。经统计分析，因断水、缺水造成的铜瓦烧损，约占总故障的20%左右。故铜瓦的冷却状况要好，水管要畅通。同时，冷却水温变化对铜瓦的温度和应力影响不大。冷却水速对铜瓦的温度和应力有很明显的影响。冷却水速越大铜瓦表面温度越低，但同时铜瓦表面应力也迅速增大，水速一般控制在2.5m/s以内。水温高于70C时，易发生汽化现象，产生气阻。水温一般要求不高于60℃。新铜瓦上线安装前必须做水压试验，水管畅通且不渗透，检验合格才能上线使用。

（3）铜瓦结构缺陷

铜瓦内侧上沿为直角，由于电极壳焊接质量不好，如未打磨光滑，易发生电极壳凸起部位与铜瓦上沿卡住，发生卷边堆积，造成铜瓦吊耳拉断，引起铜瓦下滑。

吊耳是连接铜瓦的唯一关键，一旦出现卷边堆积，巨大的压放作用力会拉断吊耳，引起铜瓦下滑。铜瓦下滑故障约占铜瓦故障的30%。电极过烧、电极壳焊接质量不好，如焊缝不平滑，压力环压力过大都会造成铜瓦下滑。

从铜瓦本体结构方面，将铜瓦内侧上沿直接改为10mm的倒角，让凸起平滑过渡，防止出现卡阻引起铜瓦下滑。电极壳改进方面，增加电极壳钢板的厚度，我公司1250mm和1300mm的电极直径，壳体厚度S从2.5mm增加到3mm;将电极壳下端带子口厚度增加到4mm,增加电极壳刚性。加大电极壳焊接质量的管理，每班组织人员对电极壳焊接质量进行检查验收，保证电极壳焊缝饱满、平整，焊接完毕后焊接完工后必须打磨，去除凸点与焊接飞派物，保证外表光滑。强化电极管控，均衡压放，防止电极过烧，造成电极壳卷边。

（4）生产操作的影响

电极过烧，铜瓦与电极接触不好，发生刺火现象而刺坏铜瓦;电极焙烧时，铜瓦以上电极壳(铁壳)出现破裂，冒出少量电极糊，烧硬后，使电极与铜瓦间不平滑，而导致接触不良发生刺火;当电极发生软断或硬断时(靠铜瓦下端)，未及时停电，在折断处产生电弧而烧损铜瓦;电极过短，铜瓦经常接触红料层而烧坏。在带电时下放电极操作，如铜瓦与电极松开的情况进行是最危险的，常常因此而打坏铜瓦。

电极糊的烧结情况对铜瓦的使用周期影响较大，电极糊的烧结高度应在铜瓦高度的1/2至1/3上，合理均衡压放，平均每2小时压放1次，每次压放量30~50mm之间。防止过烧，否则容易发生铜瓦与电极接触不良而打火起弧，严重缩短铜瓦使用寿命。

保持铜瓦与电极的良好接触。新铜瓦的内表面应加工成与电极相应的弧度，光滑无毛刺。铜瓦压紧的压力应该控制在2.0至3.5MPa之间，使铜瓦能贴紧电极。定期停炉检修清理铜瓦和电极之间的电极糊和杂物，使铜瓦与电极的接触良好，不因打火起弧而损坏铜瓦。

稳定炉况、控制料面是铜瓦维护的关键。合理配炭，控制电极插入深度。减少硅铁冶炼、硅锰冶炼、铬铁冶炼中的“刺火”，硅铁冶炼中的“红料面”等不良现象。控制冶炼功率因数，防止硅锰冶炼、铬铁冶炼中的“翻料”。一旦出现问题，要及时处理，它们对铜瓦的直接威胁很大。要控制好料面高度，料面不能与铜瓦底沿接触，之间必须保持300mm以上的距离，不能用捣炉机捣杆撞击铜瓦或接触铜瓦下沿。经常检查铜瓦的冷却水，铜瓦与把持器之间的绝缘，与电极接触打火等，保持正常运行。

结  论

⑴通过对铜瓦本体结构的优化改进以及循环水的管理，铜瓦底部堵头脱落漏水及缺水断水造成的铜瓦烧损故障彻底解决。

⑵对电极壳改进和电极壳焊接管理强化以及工艺操作标准不断完善后，铜瓦下滑故障明显下降。

⑶强化生产操作管控，采取合理配炭，控制电极工作长度，控制冶炼功率因数，不断完善中控室操作技术标准，控制料面高度等措施，可以有效的降低铜瓦故障，减少热停炉次数和故障时间。

作者：张红星、白建光