电极水套冷却的效果和效率是很重要的某厂在一个典型的电熔窑上用.docx

的电极，冷却水吸收了大约 50kW 的能量， 冷却水吸收的热量是从电极水套周围的耐火材料 得到的 这些热量的消耗是不必要的， 因用电极水套是为了冷却电极 耐火材料被冷却的结 果，增加了它的温度梯度，引起了耐火材料的内应力，造成了电极砖的炸裂采用电极水套 保温隔热的办法，可以显著减少从周围耐火砖所吸收的热量，与不加保温的电极水套相比， 大约可降低总吸热量的 50%左右2) 外装间接式冷却水套外装是指水套不进入电极孔砖内，间接式是指水套内的冷却水不直接与电极接触其结构如图2233某厂使用时玻璃液内的温度是 1450C,冷端为50C,玻璃沉降终止于 800C的位置，由于钼电极在 650 C以上开始剧烈氧化，在 500C〜800C的 范围内送入保护性气体 (如氮气，某厂未使用气体保护 )对于熔化硬质硼硅玻璃的外装间接 式水冷却水套设计时应考虑： ①玻璃的粘度大， 电极和电极孔的间隙亦要稍大些， 大于 5mm 为宜，使玻璃下降距离长一些②为省掉保护性气体，可以控制玻璃下降距离更长一些，当 水套通水后，这部分玻璃即被 “冻”在电极上而防止电极氧化， 不过其可靠性差对于软化点 较低的玻璃，水套从下往上算起，只要粘滞态玻璃的温度低于 600 C,则电极较完全。

③这种水套不是以降温保护电极， 而是用 “冻”住玻璃来保护， 其防漏料的作用要大于保护电极的 作用，循环水的正常运行与其说是保护电极， 不如说是保护窑炉④循环水应使用软水加大进出水管直径或做成可迅速拆换式水套时亦可使用普通水 当水量大于 15L/min 时，其热损耗低于5kW⑤保护性气体可用氖、氩惰性气体，亦可用天然气，其中夹杂的甲烷和空 气不会对电极造成致命威胁， 此水套在实用中可用于大功率料道的电加热中 ⑥使用此水套 时，电极很难续进图 2.2.34 外装钳式水套图 2.2.35 水和惰性气体双保护水套(3) 外装钳式水套图 2.2.34 是这种水套的示意图既然用粘滞玻璃可以保护电极，那 末就把电极孔开大，使电极和耐火砖之间形成 10mm 左右间隙这个间隙，即使较高粘度 的玻璃，也可以下降很长距离，甚至一直泄漏为此，在电极孔砖外安一活动式钳形水套， 它的作用是将下流玻璃定在某一位置上， 也可以作漏料保护用 由于水冷钳安在电极孔砖外 部，所以水冷功损很低图 2.2.36 内装闭式水套(4) 内装间接式双保护冷却水套如图 2.2.35这种水套类似于外装间接式水冷却水套 它的基本设计思想是：①用气体 (例如氮气)保护电极的较高部分。

②下部用水套进行冷却， 这样可降低冷却水带走的热耗，同时也适当降低了电极尾部的温度冷却水套的冷面 (下面 )带有隔离孔，使水套内不能形成水蒸汽或有空气存在③这种保护方式由于水套距热区远， 所以热损耗低 这样的保护只能降低电极尾部温度以便接电或其它操作 真正保护电极的是 通入的惰性气体， 上部很长一段高温区都需用气体保护 为节约气体使用量， 电极孔内砖层 之间应有良好的密封总之，双保护水套是一种主要依赖气体保护的水套5) 内装间接式冷却水套 这是一种成熟的通用型水套， 如图 2.2.36，由于是间接式水冷， 则完全避免了 “水鼓泡 ”问题，同时， 它保留了直接水冷水套的堵头，既可以缓解热玻璃对水 套的侵蚀， 又为电极的推进提供了定向滑槽 它所具备的明显特征是， 从高温堵头到水套常 温(<50 C )段，距离短，温度梯度大，电极可能氧化的部位很短，从实际运行来看，正确的 安装和操作可完全防止氧化 内装直接水冷水套与其相比， 长时间运行后， 前者的电极在堵 头下沿处仍有 “细颈 ”现象，而后者却没有这种差异不能排除 H2O 在高温下对钼的氧化作 用内装间接式水冷水套的缺点是：对取材、加工、焊接及运行操作要求之严格，要远甚于直接式水冷水套。

但一只好的内装间接式水冷水套可对电极进行可靠的保护并可反复使用某厂数年来的实践已证明了此点图 2.2.37 内装管式水套(6) 内装管式间接冷却水套图 2237是这种水套的原理图它有两个特点：①用螺线水管代替了闭式水套盒， 同样能起到冷却作用 ②水套与电极孔砖之间有一耐火材料隔热层 的存在，冷却水仅带走由电极传导过来的热量，所以其能耗比前述内装间接水套要低得多， 避免“冷”水套和 “热”砖直接接触而使砖炸裂 但对选材和加工都较严格，冷却管的材质和焊 接起码应满足在断水续进电极时不变形 另外，对水质要求更高， 当软水中有脏物时， 堵塞 的可能性更大， 在管子弯曲部清除堵塞脏物几乎是不可能的 另外，砖上的电极孔径亦较大， 而大孔总是要担当大的漏料风险这种水套允许将一只热偶直插入水套根部进行温度监视2.2.5.4 电极套的安装 电极套是在熔窑点火烤窑前装入电极砖中的在装入砖孔时，电极套的端面不能与电极砖的内壁面相平，而应凹入60mm，这样既可避免因电极砖的侵蚀而使电极套前部较多地浸在高温玻璃液中，又可利用凹入部分被玻璃液充填，充填的玻璃液受电极套冷却水 的冷却使粘度增大而难以进入窑内参与对流，故能起到保护电极砖特别是电极孔部位的 作用。

但过多的凹入也不合理 ,它易使电极孔周围的耐火材料(电极砖)因受电力线的作 用而破裂、损坏电极套装入以后 ,前端凹入部分在烤窑时还必须用轻质粘土砖加工成直 径为106mm、长为60mm的圆柱状填放在空穴中这是为了防止烤窑时的明火对电极套 的烧烤，由于此砖的熔点较低，在熔窑过大火、投熟料后就会自然熔化，对玻璃组成影响不大图 2.2.38 电极套的安装在电极套的前端， 利用圆柱形石墨堵好， 在玻璃液的深度尚不具备钼电极的插入时阻止玻璃液的流出石墨憎玻璃液，密度远小于玻璃液，钼电极顶进时只有较小的阻力 ,被推入后的石墨将会浮于玻璃液面而让高温气流和火焰烧失而不污染玻璃液， 石墨外端用普通钢 管顶好电极套用绝缘物与支架牢固地固定绝缘物体采用 230X113 65mm的标型粘土砖加工成 u 型，每两块对拼成一组，外用扁铁夹紧，再连接于池壁顶铁上如图 2.2.382.2.5.5 冷却水套设计和运行中应注意的问题(1) 运行中对冷却水系统应有完善的检测和报警系统，并有备用手段2) 应使用软水，并定期检测和清理3) 初期运行顺利不等于长期运行成功因为有保护而保护不好的钼电极蚀断时间可长达3〜6个月4) 电极孔砖应使用优质锆刚玉砖，对于底插电极其热面应高于池底，这是考虑到电极 的能量释放或多或少地会加快砖的侵蚀。

但不能指望孔砖热面处的高台 (70〜 300mm) 能避免 电极断裂后继续送电所造成的危险 实践证明， 局部高电能的释放可毫不费力地熔化诸如含锆 30%以上的锆刚玉砖5) 只有在电极安全的前提下方可考虑降低冷却水的能耗问题6) 要续进电极时，需重视人员安全和水套安全，其后的续进电极方有意义7) 电极间电阻变化是个重要信号，要么是电极系统有反常，要么是工艺参数有反常， 兼而有之的情况亦有8) 钼电极比较贵重，炉子要放料时先将电极下拨至入深为 20mm ,则节约资金是可观的当然，电极再推进时，应注意钼的再结晶且强度已发生变化2.2.6 钼电极临界电流密度和尺寸的选择图 2.2.39 电流密度与钼电极的名义腐蚀速率的关系2.2.6.1 钼电极临界电流密度电极的单位导电面积通过的最佳平均电流值定义为临界电流密度 J J=I/S ，式中 I 为 电流(安培),S为电极导电平面的面积(cm2)；玻璃电熔是通过电极把电能输给熔融玻璃的， 电极与玻璃融体具有不同属性 在它们的接触面上有接触电阻， 当有电流通过时， 在电极表 面产生局部焦耳热 接触电阻的大小取决于两类电极体之间的浸润性， 浸润性好， 接触电阻 小，J值高；反之，则 J值低。

石墨、氧化锡和钼三种电极材料中，钼和玻璃之间的浸润性 最好，石墨最差石墨和氧化锡的 J值为0.2和0.3A/cm2合理选择钼的临界电流密度是正确使用钼电极的关键问题之一图 2.2.41 电极温度与电极电流密度的关系 电熔窑中的钼电极同时受到电、高温和腐蚀介质的综合作用，化学腐蚀和电化学腐蚀 是不可避免的， 在同样的玻璃液中， 电极的腐蚀速率与电流密度有关， 图 2.2.39 是这种关系 的定量研究结果由图 2.2.39可以看出，电流密度低于 0.5A/cm 2时，腐蚀速率极低，电极长期使用，尺寸几乎不变当电流密度升高到 0.8〜1.0 A/cm2，腐蚀速率突然升高，钼电极浸蚀很快为了探讨电流密度与腐蚀率之间的关系， 利用静态电熔窑研究了钼电极的温度与电流密度的关系， 结果绘于图 2.2.40利用回归分析法， 图 2.2.40 的曲线可以导出一个数学表达式：2T=1207.7+110.5InJ，式中T—钼电极的温度C , J—电流密度 A/cm 图2.2.41钼的腐蚀速率与温度的关系图2.2.40中的To代表玻璃液的温度，电流密度低时，电极温度低于玻璃液的高度，随 着电流密度的增高，电极的温度达到并超过玻璃液的温差，最终达到 1550C。

定量地测定钼在中碱玻璃中的腐蚀速度与温度的关系，结果示于图 2.2.41温度越高，腐蚀速率越大综合这些研究结果可以断定，电流密度增加时，提高了电极区的温度，加速了电极的 化学反应的进程， 同时改变了电极区玻璃的流动状态， 最终造成电极的腐蚀速率加快 根据 研究，长寿命钼电极的临界电流密度可选择 0.4〜0.7 A/cm2,在这样的电流密度下，8〜10mm厚的钼板电极能工作 2〜3年，对于续进式钼电极，电流密度可以选择1.0 A/cm2,不能太高， 否则要产生高温气泡2根据实验及大量生产实践证明， Mo电极的临界电流密度值采用 0.4〜0.7A/cm可以达到长寿命的目的 Mo 电极温度与电流密度成正比钼电极的最大允许电流密度约为 2〜3A/cm2为了减少侵蚀一般不超过 2A/cm2，如果是无碱玻璃，则电流负载应相当小当电流密度小于 1.00A/cm2时，钼电极能很好地抵抗熔融玻璃液侵蚀,但当电流密度大于 1.00A/cm 2时,则侵蚀速度加快此时,钼与 玻璃液界面上将产生气泡2.2.6.2 钼电极尺寸的选择1A/cm 2,熔炼钼为保证钼电极的使用寿命,电极电流密度有一定的允许范围钼电极的电流密度与 钼棒、玻璃成分、使用温度等因素有关。

烧结钼棒安全电流密度近似于 合金安全电流密度近似于 1.5A/ cm 2，可按上式 J=I/S 计算电极直径的选择范围一般在 35〜75mm之间，主要依据电流密度的大小来确定一般说来，熔化硼硅玻璃选用直径 $ 50mm的电极，运行中电极的推进视实际电流密度的大小决 定对于垂直电极，该值到 0.8A/cm2时需要考虑续进问题对于炉龄较长 （4年以上）的电熔窑随着电极消耗， 电流密度增大， 如果电极不准备做续进， 其电流密度还需要控制一个更低 值，钼电极电流密度运行在 0.6A/cm2以下时，电极几乎不消耗某厂熔化硼硅玻璃电熔化的电极的电流密度在 0.42〜 0.49A/cm 2之间，可保证两年不用续进钠钙玻璃和其它低阻玻 璃，电阻率低于15 Qcm,电极很难把电流密度控制在 0.6A/C m2以下，由于其粘度低和电阻率小，使用 $ 75mm 的电极，电极也会有不同程度的损耗，所以电极必须做成续进式的从 电极的运行成本来看，板电极是钠钙玻璃电熔化的最佳方案电极的导电距离直接影响到电极的运行寿命， 电极距离过近， 运行中呈低电压大电流状 态这种局部的高功率不但会降低耐火材料的寿命， 而且会加大电极损耗， 给产品带来缺陷， 再。