1、引言

矿热炉又称电弧电炉或电阻电炉，主要生产硅铁、锰铁、铬铁、镍铁、硅锰合金、工业硅等铁合金以及电石等化工原料。电极把持器系统是矿热炉机械设备的核心部分，它的作用是将强大的电流传递到电极端头，在炉内进行电弧燃烧把电能转化为热能，来达到炉内冶炼所要求的工况，同时可以进行电极的压放和升降，以达到延续和调节电极烧结速度，使电极连续不断工作的目的。文章对两种主要电极把持器系统进行介绍和比较。

2、把持器系统型式

2.1组合式把持器

组合式把持器零部件体积小，重量轻，占地面积小。设备投资成本低，约为波纹管压力环式把持器的70%。易损件为夹紧装置和碟簧。电极压放由夹紧压放油缸控制，正常时电极由夹紧油缸上的碟簧张力作用于卡钳来夹持电极，需要压放电极时，夹紧油缸给油，卡钳松开电极筋板，接着压放油缸升起，然后夹紧油缸泄油卡钳又夹紧电极翅板，夹紧压放油缸顺序完成以上动作后，压放油缸同时给油实现电极的压放。组合式把持器优点如下：

(1)设备结构紧凑，投资省，重量轻;

(2)不发生电极软断事故;

(3)电极壳不会变形，使用中一直保持圆形，平整光滑;

(4)接触元件装置和压放装置可适用于各种不同直径的自焙电极，适用性较强。

该设备缺点如下：

(1)在生产过程中，若发生电极压放量过多，则不能倒拔，影响矿热炉正常运行;

(2)不适用于炉面温度较高的矿热炉;

(3)不能超负荷运行;

(4)需要定期或不定期对夹紧器的压力进行调整，且调整量及调整周期不好把握，检修调节过程需要有丰富的实践经验;

(5)电极桶制作、接长的技术要求高，制作难度大，需要订购专门的加工设备;

(6)不能改变电极直径;

(7)可能发生电极硬断事故;

(8)检修难度相对较大。

2.2波纹管压力环式把持器

波纹管压力环式把持器单个零部件体积庞大，用铜量比组合把持器增加20～25%，占地面积较大，投资成本相对较高，易损件液压系统密封件。当液压系统给压时，波纹管伸长，带动压缩箱压紧铜瓦;撤压时，波纹管靠自身弹力弹回松开铜瓦。波纹管密封性好，不会漏油。其优点如下：

(1)压紧方式安全可靠，在生产过程中，若发生电极压放量过多，可以倒拔;

(2)适用于炉面温度要求较高的矿热炉;

(3)可适当超负荷运行;

(4)可根据矿热炉运行指标情况适当改变电极直径(±25mm);

(5)电极桶制作、接长的技术要求较低，加工设备简单;

(6)平时维护工作量小。

设备缺点如下：

(1)投资高，设备笨重;

(2)可能出现电极焙烧不够，出现电极软断事故;

(3)铜瓦等导电原件单个体积大，重量大，更换维护成本高。

3、把持器系统结构及技术分析

波纹管压力环式把持器(简称压力环式把持器)和组合式把持器是目前铁合金行业内矿热炉装备的两种主流电极把持设备。压力环式把持器以Demag(德马克)炉型为代表，主要应用在铁合金行业，组合式把持器以EIKem(埃肯)密闭炉型为代表，主要应用在化工行业的电石炉上，其各有优缺点，均为成熟的技术。EIKem炉型选用组合式把持器，压放装置选用夹持器结构;Demag炉型选用压力环式把持器，压放装置选用碟簧式液压机械压放装置结构。电极升降系统EIKem炉型为吊缸结构，Demag炉型座缸结构。

Demag炉型设计的压力环式把持器、碟簧式液压机械压放装置和液压座(吊)缸升降装置组成的电极柱系统，即压力环式把持器由水冷压力环、导电铜瓦及与铜瓦数等量的波纹膨胀器组成。工作时，波纹膨胀器一对一将导电铜瓦压紧在电极上，可确保每块铜瓦都与电极紧密结合，避免了偏流和接触压力不均匀使铜瓦和电极之间出现打弧的现象;碟簧式液压机械压放装置由上、下两个碟簧式液压机械抱闸和一组压放油缸组成，可实现电极的压放和倒拔。满足了电极正常工作时定期压放电极的要求及处理电极事故需要倒拔电极的要求;采用座缸升降，可将电极负荷从料仓平台下移至电极检修平台，可合理分配各层平台的土建负荷，以减小料仓平台梁的断面。

EIKem炉型设计的组合式把持器、碟簧液压夹持装置和液压吊缸升降装置组成的电极柱系

统，即电极把持器由导电元件和导电元件内配置的若干组碟型弹簧所组成。接触导电元件夹持在电极壳径向伸出的翅片上，省去了压力环式把持器的压力环和波纹膨胀器，接触导电元件代替了导电铜瓦，夹紧电极靠其内配置的若干组碟型弹簧来实现;碟簧液压夹持装置由一组液压碟簧和一个压放油缸组成，用来夹持和压放电极;电极升降采用液压吊缸升降。

两种技术各有优缺点。就电极柱设备而言，压力环式把持器结构复杂，设备重量重，投资高，但其超负荷能力大，电极直径可按计算值选取，保证了电极直径的合理性。此外，目前铜瓦使用寿命已达5～7年，如果压力环和水冷大套不出事故，电极把持器几乎无须检修。

程来看，其导电面为铜瓦的内表面，导电面积大，电流密度低，导电过程产生的热量少。在铜瓦内部还设置有循环冷却水系统，导电过程产生的热量被循环冷却水及时带走，所以升降电流，包括急剧升降电流过程对设备运行基本没有影响。从波纹管压力环式把持器结构来看，在传统铜瓦压紧方式的基础上做了明显改进，在波纹管内通入带压的液体介质使波纹管伸长，从径向方向压紧铜瓦(即通过液压系统来实现压紧)。液压系统的压力可以根据把持器运行的状况进行调整，使铜瓦受力均衡，压紧装置更加稳定可靠，完全能够适应电流急剧变化和一定条件下的超负荷运行工况。同时，波纹管压力环式把持器经安装调试完毕进入生产过程后，压紧装置等部件不需要调整，维护工作相对简单。

组合式把持器结构简单，采用接触元件取代了常规的导电铜瓦，重量轻、电极焙烧效果好、使用可靠。组合式把持器导电必须通过夹紧装置的钳口与电极壳筋片的接触面夹持，由于接触面积受到限制，使接触面处电流密度高，运行时产生大量的热，分别由夹紧装置和把持器水冷保护屏的循环冷却水分别带走。

由于夹紧装置体积较小，冷却水系统换热面积小，带走的热量有限;通电过程产生的热量主要通过热辐射和热传导方式传递给水冷保护屏，由水冷保护屏的冷却水带走，所以组合式把持器的散热条件相对较差。若急剧提升电流，夹紧装置与其接触的把持桶筋片会在短时间内产生大量的热，使发热与散热失去平衡，夹紧装置和筋片温度急剧上升，可能烧毁夹紧装置和把持桶筋片。在超负荷运行条件下，同样会使接触元件发热与散热失去平衡，导致夹紧装置和筋片温持桶筋片。

在超负荷运行条件下，同样会使接触元件发热与散热失去平衡，导致夹紧装置和筋片温度上升，严重时会烧毁夹紧装置和筋片。因此，组合式把持器受电极壳翅片截面限制，电极几乎无超负荷的能力，如一旦超负荷，电流密度增加会使翅片熔化发生电极事故。此外，接触元件每年须拆下来维修一次，以保证其导电性能。由于电极壳的翅片是径向外伸，离开底部环进入高温区就会熔化。翅片一旦熔化，电极就无法倒拔，故组合式把持器电极不具备倒拔功能。组合式把持器所用的电极壳加工技术复杂，需专用设备，电极壳加工设备投资较高。

目前，这两种类型的把持器在大型铁合金矿热炉上均应用得非常成熟。通常情况下，电极直径为mm以下的硅锰铁合金矿热炉、镍铁合金矿热炉以及电石炉选用组合式把持器，波纹管压力环式把持器电极系统实现了自焙电极与预焙石墨电极的兼用性，可以适合所有品种埋弧电炉冶炼，较组合把持器式电极系统具有很大优势。

4、结论

两种类型的电极把持器系统均为成熟的技术，各自存在优缺点，适应不同的工况条件。组合把持器式电极系统设备投资省，结构简单，因此在电石炉、锰硅合金炉、镍铁合金炉等以及电极直径不大于mm矿热炉上可优先考虑使用组合把持器式电极。在工业硅、硅铁合金等电炉以及大容量大直径电极的矿热炉上优先选用波纹管压力环式电机系统。