1、礦熱爐電極消耗原因分析.燒蝕原理與計算方法及公式一、礦熱爐電極消耗分析：1、礦熱爐又稱埋弧爐，在工作時，電極需插入料層 一定深度。電極作為電能轉化為熱能的載體，把人電流源 源不斷地輸送到礦熱爐中，是影響礦熱爐生產和運行指 標的重要組成部分。在礦熱爐運行的過程中常伴隨著電 極的消耗，其消耗量己經占據成本的很大一部分。2、礦熱爐電極的消耗與電弧煉鋼爐相同，也分為兩 個部分：連續性消耗和非連續性消耗。、連續性消耗包括：電極端面在電弧等離子體作用 下形成的電極消耗主要表現形式為在電極端面形成一個 個斑點和電極側面化學反應形成的電極消耗。、非連續消耗包括：電極硬斷和電極軟斷。在電弧 煉鋼爐中關T電極消耗

2、已經做了大量的研究，普遍認為 電極側面的化學反應占電極消耗的主要部分約5070%， 其次為電極端面電弧侵蝕占25%40%，再次為非正常消耗。 然而在礦熱爐中對于各部分消耗研究較少，所占的比例 還不清楚。從現場拍攝圖片觀察，可以明顯看出礦熱爐電 極消耗與電弧煉鋼爐電極消耗的不同。礦熱爐中電極側 面無明顯變形，說明其側面的碳元素參與化學反應的量 較少，主要的消耗是由電弧侵蝕造成的；而電弧煉鋼爐電 極呈倒錐形，說明其側面發生了大量的化學反應。從基本 傳熱原理出發，主要探討電弧對電極的侵蝕原理并對其 造成的消耗量進行定量控制。二、電極燒蝕物理原理：電極的燒蝕發生在陰極斑點部位，因此有必要了解 陰極斑點

3、的形成原因以及斑點的轉移原理。在電極兩端 施加一定電壓就可使氣體電離，隨著電離程度的增加，氣 體中導電粒子的數目不斷增多，電極間的氣體在某一時 刻會被擊穿從而形成導電通道，及生成電弧。而氣體電離 的原因是電極上具有較低逸出功的部位會發射熱電子， 該部位我們通常稱之為陰極斑點，當其達到白熱狀態時， 電子的動能大于陰極材料的逸出功，向空間中發射電子。 在放電一段時間后，電弧在洛倫茲力產生的加速度作用 轉移至下一個具有較低逸出功的位置進行放電，形成新 的陰極斑點。電極表面經過電弧等離子體加熱將會在陰 極斑點區域到達電極的相變溫度，但碳制非金屬電極與 金屬電極不同，不會在陰極斑點部位出現熔池，即不會出

4、 現液碳，而是直接升華至氣態的碳顆粒；與此同時升華所 產生的碳顆粒在洛倫茲力的作用下向背離弧根中心的方 向運動，形成濺射；石墨表面在加熱及濺射的過程中其同 態碳顆粒及氣態碳顆粒都會在電弧的作用下與爐內氣氛 發生化學反應，上述過程形成了電弧對電極材料的侵蝕 過程。從傳熱的角度探究電極的燒蝕過程，電極的加熱熱 源主要包括：電流通過電極內部產生的焦耳熱以及由電 弧等離子體傳入陰極斑點的能量。而陰極斑點在持續加 熱過程中，最終會達到電極材料的相變溫度，最終脫離電 極表面。因此我們將電弧對電極材料的侵蝕過程分為兩 個部分：電極陰極斑點加熱至升華溫度的過程和升華開 始至斑點消亡的過程。陰極斑點在洛倫茲力作

5、用下運動 至其它區域，從而構成了整個電極的侵蝕過程。這兩個物 理過程在時間上交替存在，空間上并存。三、電極燒蝕計算方法及公式：1、電極的燒蝕過程滿足一般導熱微分方程:公式中:P -電極密度；Cp-電極比熱容；K -電極熱導率；T-電極溫度；Q-電極內部產生熱量的速率；2、對于石墨電極而言，其比熱容與熱導率與溫度有 關，是溫度的函數。電極內部產生的熱量等于焦耳熱：公式中：J 一電流密度；。一電導率。3、假設電極材料的熱傳導是各向同性的，因此可將上述熱傳導過程簡化為一維導熱問題：4、由于電極斑點處的焦耳熱遠遠小于從等離子傳入 的熱通量q,因此可將焦耳熱忽略不計。根據定律，將q 作為導熱微分方程的邊

6、界條件：5、由于石墨電極陰極斑點只有在達到相變溫度時， 才會由固態變為氣態，引起電極的消耗。6、根據上述電極侵蝕原理，假設陰極斑點在t1時刻 達到升華溫度，單個斑點的放電時間為t2。7、在0 t W t1時，電極陰極斑點被加熱至升華溫度， 該階段無材料升華；在t1t Wt2時電極陰極斑點被持續 加熱并且伴隨有材料升華。8、整個階段電極的侵蝕深度為x 1。邊界條件設置如下：初始條件:丁(島。)=0(6)9、電極升華過程中滿足能量守恒定律，此時陰極斑 點部位電弧等離子體傳入熱通量全部用于電極材料升華。p 油= qdt(7)其中：Yo為電極材料升華熱，Y o=59.9KJ/g 聯立式、(5)和得：其中：C其中：C為誤差自焙電極升華溫度為3652 C,當x=0時，可計算出電極加熱至升華溫度的時間。電弧的放電時間為：(9)公式中：Varcmin 一最小建弧電壓，V;L 一電路電感，mH;I 電路電流，A;Vs 一電路電壓，V。10、陰極斑點參與升