電石工藝完整版本

西部熱電電石公司電石工藝及操作張新勇二0一0年六月電石反應(yīng)原理一、碳化鈣生成反應(yīng)工業(yè)碳化鈣的生成是以生石灰和炭素材料(冶金焦、石油焦蘭碳無煙煤等)為原料，在電爐內(nèi)混合均勻，爐料憑借電弧熱和電阻熱在1900℃－2200℃的高溫下，成熔融狀態(tài)而制得的。CaC2的生成反應(yīng)如下：CaO+3C=CaC2+CO-465.9(kJ)碳化鈣以液態(tài)形成，并溶解過量的石灰和雜質(zhì)，而CO通過爐料逸散。這個反應(yīng)是吸熱的，也是可逆反應(yīng)，根據(jù)平衡原理，提高溫度和降低CO的壓力，在這個反應(yīng)過程中有利于從左向右進(jìn)行，所以反應(yīng)要在高溫條件下進(jìn)行，把反應(yīng)生成的CO氣體及時排出。但當(dāng)溫度超過2200℃時，有的二次反應(yīng)發(fā)生，碳化鈣分解為金屬鈣和碳：CaC2→Ca+2C+63.21（KJ）當(dāng)生成1噸發(fā)氣量為300L/kJ的電石，根據(jù)反應(yīng)方程式，消耗于反應(yīng)的電能1630KWh1000×0.806×465.9×103/3600×64式中：0．806—發(fā)氣量為300L/kJ的電石中CaC2百分含量3600—1kwh電能完全轉(zhuǎn)化熱能為3600kJ/kwh64—CaC2分子量

電石爐的幾何參數(shù)它包括：電極直徑、電極同心圓直徑、爐膛內(nèi)徑和爐膛深度。只有當(dāng)電極直徑選擇合理時，才能使電極得到合理培燒，并能維持電極在適宜的工作位置。只有當(dāng)電極同心圓直徑合理時才能使三相熔池互相流通，又能適當(dāng)抑制支路電流：即能使電極處在合適位置，又能確保電石反應(yīng)區(qū)的電能高度集中，以達(dá)到高溫，確保優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。只有選擇合理的爐膛內(nèi)徑，才能既保護(hù)爐底電能強度，爐內(nèi)熔池電能密度，以獲取優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，又不會明顯地縮短爐齡，保證電石爐的安全運行。只有選擇合理的爐膛深度，才能保證較高的熱效率和合理的熔池尺寸，從而確保電石爐安全生產(chǎn)。

連接內(nèi)容：各種爐型的幾何參數(shù)電石生產(chǎn)的主要原料石灰成份(重量%)CaO≥92SiO2≤2MgO≤1.8R2O3（三氧化物）≤2P≤0.01S≤0.04生、過燒總量(%)＜5%粒度(mm)

30-50電石生產(chǎn)的主要原料焦炭成份(％)固定碳≥84灰份≤8揮發(fā)份≤8水份≤1（入爐）粒度(mm)5-25

電石生產(chǎn)的主要原料蘭炭成份(%)：固定碳≥84灰份≤8揮發(fā)份≤8水份≤1（入爐）粒度(mm)15-30＞85%，10-15≤15%電石生產(chǎn)的主要原料電極糊成份(%)：固定碳≥80灰份≤5揮發(fā)份12.5-—15.5軟化點(℃)：170℃水分：≤1電石生產(chǎn)的主要原料無煙煤成份(%)：固定碳≥84灰份＜7.19（wt%）揮發(fā)份＜7.79（wt%）水份≤1粒度(mm)（5-25）＞85%

（＜5）＜5%原料對生產(chǎn)的影響白灰

★各種雜質(zhì)中，氧化鎂對電石生產(chǎn)的危害較大，氧化鎂在熔融區(qū)迅速還原成金屬鎂，而是熔融區(qū)成為一個強烈的高溫還原區(qū)。鎂蒸汽從這個炙熱區(qū)域大量的逸出時，其中一部分鎂與一氧化碳立即反應(yīng)，生產(chǎn)氧化鎂，氧化鎂容易侵蝕爐砌耐火磚，還容易使料層板結(jié)，影響氣體煙塵的排出?！锒趸璞贿€原并生成碳化硅沉積在爐底，造成爐底升高，與鐵生成硅鐵燒壞出爐設(shè)備爐墻爐壁鐵殼。

★氧化鋁混在電石里造成電石質(zhì)量下降，部分沉積爐底造成爐底上漲。

★生燒石灰主要是碳酸鈣沒有完全反應(yīng)變成氧化鈣。這種夾生灰在電石爐內(nèi)生燒的碳酸鈣還要進(jìn)一步分解成生石灰，分解碳酸鈣需要消耗一定的電熱。★過燒石灰石主要是堅硬致密，活性差，降低電石的反應(yīng)速度，因其堅硬致密接觸面積減少，引起爐料電阻的下降，電極容易上抬。

★粉化石灰主要是石灰與空氣生成了氫氧化鈣。粉化灰不但多消耗電能和碳材，還容易使料層板結(jié)發(fā)生棚料，棚料及容易使料層不能及時落下影響產(chǎn)量，也容易阻礙爐氣的及時排出，增大爐內(nèi)壓力，發(fā)生噴料或塌料現(xiàn)象。在密閉爐還容易導(dǎo)致爆開防爆孔，導(dǎo)致安全事故。

★石灰粒度在生成中非常重要，粒度過大接觸面積小反應(yīng)慢，粒度過小，爐料透氣性不好，白灰粒度與碳材接觸也直接決定了混合料的爐料電阻。原料對生產(chǎn)的影響碳素原料★碳素原料中的雜質(zhì)主要是灰分，全部由氧化物組成，氧化物被還原，即消耗電能，又消耗碳素，還原后的雜質(zhì)還降低電石質(zhì)量。爐料中每增加1%的灰分，就要多消耗50-60度電。前述白灰中含有的的雜質(zhì)在碳材中也有不同程度的存在?！锾妓卦现械乃謺拱谆曳刍斐闪瞎芏氯?、爐內(nèi)棚料料層透氣不好等問題，因此碳素原料的水分應(yīng)該嚴(yán)格控制。★碳素原料中的揮發(fā)份主要是焦油一類，揮發(fā)份偏高會增加耗電，每增加1%會增加耗電3度左右/噸。揮發(fā)份還會導(dǎo)致電極消耗的偏高?！锾妓氐臍饪茁试礁叻磻?yīng)越好，相對來說蘭炭的氣孔率較高?！锾妓氐牧６仍叫‰娮柙酱?，就容易使電極深入爐內(nèi)，反之越小容易使電極上臺。但碳材粒度也不是越小越好，粒度太小使?fàn)t子的透氣性降低，也不利于電石生產(chǎn)的操作?！锾妓胤勰﹄娛癄t的操作有很大的危害，粉末太多會降低電石爐的透氣性；增高爐壓；粉末由容易被煙氣帶走造成浪費；粉末還容易使料層板結(jié)，使電極附近產(chǎn)生支路電流，造成電極上臺；碳材粉末容易導(dǎo)致塌料密閉爐上容易造成爐壓起伏波動，甚至防爆孔被爐氣壓力沖開造成安全事故。原料的平衡料層結(jié)構(gòu)★電石爐內(nèi)的料層結(jié)構(gòu)式自上而下的移動的結(jié)構(gòu)：預(yù)熱層、擴(kuò)散層反應(yīng)層、熔融層，在遠(yuǎn)離電極的熔池內(nèi)壁靠近爐墻的是個硬殼層，最底部積渣層?！镂锪项A(yù)熱層是新投入爐內(nèi)的生爐料。★擴(kuò)散層是部分反應(yīng)生成的電石半熔物與碳、氧化鈣相互擴(kuò)散層。★反應(yīng)層的上部被擴(kuò)散層的覆蓋主要在電極端頭下面，主要是碳材、白灰、電石的不斷翻騰的混合體?！锶廴趯游挥谌鄢氐撞浚饕请娛娜廴跔顟B(tài)，因為電石的比重較重因此在這個料層主要是電石的熔融物。★硬殼層是部分遠(yuǎn)離電極以及電極之間形成的柔軟而多孔的固體殼層?！锓e渣層是爐底底部主要是由硅鐵、碳化硅等形態(tài)存在的雜質(zhì)，長時間存在會導(dǎo)致爐底上漲。原料的平衡爐內(nèi)溫度分布與物料運動★電極端頭的電弧理論溫度可達(dá)到3500℃，一般被熔融狀態(tài)的物料和液態(tài)電石所包圍。在電極端部，圍繞電極中心線1.5-2倍于電極直徑的幅度內(nèi)，同時從電極端面向下縱向擴(kuò)展到2-4倍于電弧長度的深度，綜合這一空間，形成爐內(nèi)最高溫度區(qū)。★受熱的物料在自上向下移動中，由松散冷料—赤熱紅料——半熔融態(tài)物

料——液態(tài)電石與爐料的混合體——電石熔融物。在熔池中三相電極下液態(tài)電石受高

溫作用下作強烈運動，一部分流向爐腔中心的高溫區(qū)，匯集后又相互排斥

分散作熱交換運動?！锕腆w爐料進(jìn)入融化狀態(tài)的速度，主要取決于液態(tài)電石做強烈對流運動時對熔池上方爐料沖刷的強度。它應(yīng)以熔化狀態(tài)的爐料進(jìn)入熔池，不然如果大量的冷態(tài)爐料落入熔池，往往引起爐況反常，諸如熔池收縮，三相不通，高熔點雜質(zhì)凝結(jié)，爐底抬高等。原料的平衡物料配比★

CaO(固)+3C(固)CaC2+CO(氣)，在這個反應(yīng)方程式中氧化鈣和碳和電石的分子量比為56：36：64.因此理論上計算一噸純電石需要氧化鈣875千克，需要純碳素563千克。★純電石的配比應(yīng)該是100千克純白灰配64.3千克純碳素?！飳嶋H上工業(yè)生產(chǎn)的電石不可能是純碳化鈣，使用的原料也不可能是純的碳素和純的氧化鈣，一般300L/Kg發(fā)氣量的電石含純碳化鈣80%左右。因此實際生產(chǎn)的爐料配比遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是一個理論計算的問題?！镫娛臓t料配比是根據(jù)反應(yīng)方程式進(jìn)行計算的。一般是100份白灰配56-65份碳素。這個配比會根據(jù)碳材含固定碳的比列和碳材的含水份比列以及白灰含氧化鈣的比列上下調(diào)整。實際生產(chǎn)中往往會因為爐況的差異，操作人員操作經(jīng)驗的差異導(dǎo)致配比的準(zhǔn)確度較差。★一般電石爐是以白灰為基準(zhǔn)的調(diào)整碳材比列。碳素原料多的叫高配比。高配比爐料容易生產(chǎn)出高質(zhì)量的電石，但爐料比電阻小，操作不好掌握。碳素原料少的，叫低配比，低配比生產(chǎn)的電石發(fā)氣量較低，但爐料電阻較大，爐子相對容易操作電石生產(chǎn)主要工藝技術(shù)

電熱平衡★乍看起來，電石生產(chǎn)過程并不復(fù)雜，甚至有時操作也很簡單。多數(shù)情況下，爐子在定的原料結(jié)構(gòu)模式下連續(xù)工作，這只是表面現(xiàn)象。實際上，爐料在熔池中發(fā)生各種物理化學(xué)變化，經(jīng)歷著固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)的全過程，進(jìn)行大量而復(fù)雜的反應(yīng)。★電石爐內(nèi)生產(chǎn)電石時，既要把電能轉(zhuǎn)化熱能，又要使原料之間發(fā)生化學(xué)變化。因此電石生產(chǎn)的工藝過程是比較復(fù)雜的?！镫娛癄t通電后，碳素電極通過爐料產(chǎn)生強大的電流，使電極端頭間的氣體起電離作用，并且離子化極為活躍。電離后的氣體就形成一個導(dǎo)體，在電極一端到爐料間產(chǎn)生電弧。★電弧作用區(qū)域就是電弧發(fā)出的高溫所能作用到的區(qū)域，通常也叫做熔池或坩堝，這個區(qū)域位置在電極端頭的下面直到爐底。根據(jù)資料記載和長期操作電爐的經(jīng)驗，電極下邊的電弧作用區(qū)包括電弧區(qū)、反應(yīng)區(qū)和熔融區(qū)。電石生產(chǎn)主要工藝技術(shù)電極作用電弧平面示意圖

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目前的電石生產(chǎn)都是三相交流電通過導(dǎo)電設(shè)備通入爐內(nèi)產(chǎn)生電弧冶煉電石★此圖是電弧作用區(qū)的平面圖示?！锶鐖D所示：電弧作用區(qū)是個半球體。電極端頭到爐底的距離就是電弧區(qū)的半徑。在這個半徑內(nèi)反應(yīng)區(qū)占3分之2、熔融區(qū)占3分之1.電石生產(chǎn)主要工藝技術(shù)熔池直徑偏小的示意圖★電極下面的電弧作用區(qū)叫做熔池，直徑用D表示。三相電極下面的熔池是相連的，把這個互相連接起來的熔池就形成了爐膛內(nèi)徑?！飭蜗嗳鄢氐腄如果和電極的中心距C相等時，單相熔池的直徑偏小，就容易造成三相不通，電極中間形成熔池“死角”，必然要浪費電熱能。電石生產(chǎn)主要工藝技術(shù)熔池直徑偏大的示意圖★此圖表示三個熔池相互重疊，在這種情況下，熔池中心就形成過分的集熱區(qū)。★在這種情況下，就會降低電極之間的的電阻，增大了支路電流，電極不容易深入爐內(nèi)，就是我們常說的電極上漂。當(dāng)然電極上漂的情況比較復(fù)雜，但電極單相熔池直徑太大也是一個主要因素?！镌谶@種情況下容易發(fā)生明弧操作，導(dǎo)致熱量損失。電石生產(chǎn)主要工藝技術(shù)熔池直徑比較理想的示意圖★此圖表示三個熔池的圓周交與一點，交與爐膛中心的情況。★在這種情況下，三個單相熔池交與爐膛中心，電極之間互相流通，熱量集中但又不過分集中。電熱損失相對較小，是一種比較理想的熔池結(jié)構(gòu)。電石生產(chǎn)主要工藝技術(shù)實際操作中電熱利用存在的主要問題★電石爐設(shè)備存在嚴(yán)重制約生產(chǎn)工藝的技術(shù)性缺陷。短網(wǎng)等設(shè)備存在嚴(yán)重的不具有節(jié)能優(yōu)勢的技術(shù)缺陷；電極把持系統(tǒng)存在嚴(yán)重技術(shù)問題；導(dǎo)電板銅管與饋電銅管為法蘭連接，主要缺點是故障多、容易漏水，饋電損耗高，也是電熱損失的主要因素。★

操作方法落后使設(shè)備能力得不到正常發(fā)揮。各電石爐的操作方法簡單落后，比如停電放電極、明弧干燒、出爐等，操作問題極大的損失了電熱能。★電極抱緊裝置缺乏先進(jìn)性，就會出現(xiàn)停爐頻繁，設(shè)備開車率偏低；開車率偏低也是電熱能不能正常用于電石的冶煉而是白白浪費到了反復(fù)的開爐、停爐蓄爐溫上。電石生產(chǎn)工藝操作工藝操作原理：“高爐溫、低配比，嚴(yán)禁明弧操作，確保電極下插深度。”★高爐溫在所有電石操作行業(yè)，似乎都能夠達(dá)成共識，但是怎樣保持高爐溫確有質(zhì)的不同，我們所提工藝?yán)砟钪械母郀t溫主要是有效利用電熱使電熱的利用率達(dá)到極致，也就是我們前述的有效規(guī)避電熱損失。使電熱能充分用于冶煉電石而不是被浪費掉?！锒鴤鹘y(tǒng)的所謂高爐溫是通過“高配比”實現(xiàn)的，也就是爐溫不夠碳來補，也就是一部分碳材用來反應(yīng)生成電石，一部分碳材燃燒來提高爐溫，我們在前面分析電熱平衡時已經(jīng)計算過，電石爐主要熱能來自電能占到了99%，1%的熱能來自碳材，也就是來自碳材的熱能非常有限。用碳材提高爐溫，最后結(jié)果是電能浪費導(dǎo)致電耗高，碳材浪費導(dǎo)致碳耗高，最終結(jié)果是成本高?！飩鹘y(tǒng)的高爐溫之所以用碳材來彌補爐溫的不足主要是電能利用的不好，電熱損失非常巨大，從電氣設(shè)備到工藝細(xì)節(jié)都沒有形成一個以充分利用電能的管理思路電石生產(chǎn)工藝操作

高爐溫明弧操作的危害★電極工作長度太短，電極漂浮在料層上面，爐料配比不高，爐內(nèi)半成品較少，這時電弧使淺層料中的石灰分解，沖出料面，形成明亮的光柱，這就是明弧操作。★明弧操作在開放爐引起熱量損失，據(jù)測算明弧操作20分鐘，若單位時間內(nèi)生產(chǎn)2.5噸電石，每噸電石就會損失611度電，就要多消耗電能，在半密封爐上，除了多消耗電能外還會出現(xiàn)大噴料，大塌料等現(xiàn)象，破壞生產(chǎn)秩序，甚至抽氣系統(tǒng)進(jìn)入空氣引起爆炸，損壞設(shè)備，造成人身事故，設(shè)備事故★在密閉爐上，明弧會引起爐蓋溫度過高，嚴(yán)重時可能噴出爐料或燒壞爐蓋威脅生產(chǎn)和人身安全，在半密閉爐和密封閉爐上，明弧操作是絕對不允許的。電石生產(chǎn)工藝操作如何杜絕明弧操作1★開放爐采用勤加料少加料：這種投料方法是那里出現(xiàn)明弧就往那里投料，保持料面一定高度，爐料配比也較低，投料不分爐次，不管出爐不出爐，只要有明弧就投料，按規(guī)定時間定時出爐，不出現(xiàn)明弧時可以不投料，只是投料次數(shù)多一些，可以是間斷投料。

★密閉爐采用連續(xù)投料法，由于密閉爐料面沒有氧氣，一氧化碳?xì)怏w在料面不燃燒，沒有火焰，所以料面吃料口總是松動的，爐料可以自由下落，不需人工耙料。在密閉爐上圍繞電極周圍設(shè)置的投料管，投料管的位置正好在熔池圓周上，管內(nèi)充滿爐料，采用這種方法投料可以杜絕明弧操作。電石生產(chǎn)工藝操作如何杜絕明弧操作2★首先要充分利用電熱能電石爐的熱能來源于電能，只有使電熱能充分利用有效降低各個環(huán)節(jié)的電能損失，同時要保證電石爐滿載運行，提高電石設(shè)備的利用率減少臨停，才能保持持久性的高爐溫?！餇t料配比高了，相應(yīng)的爐料電阻就要降低，電極跟著上抬就會使反應(yīng)區(qū)上移，容易導(dǎo)致明弧產(chǎn)生，使料面溫度增高即灼烤設(shè)備容易使其損壞浪費熱能。因此要堅持低配比操作?！镆⒁饬厦姹３忠欢ǖ母叨?，一般中心區(qū)略高于其它地區(qū)，投料次數(shù)要根據(jù)電極埋入爐料深度來決定，如果電極不下，采取低配比的方法，