密闭电石炉原料质量影响分析

1、原料分析石灰石的工艺指标粒度CaCO3MgOSiO2Al2O3Fe2O3SP4080mm97%1%1%1%0.1%0.02%生石灰的工艺指标粒度CaOMgOSiO2生过烧率540mm92%1%1.8%6%焦炭的工艺指标粒度固定碳灰分挥发分水分525mm84%15%1.5%1%灰分每增加1电耗增加5060度/吨；水分每增加1电耗增加12度/吨；挥发分每增加1电耗增加2.33.5度/吨；生烧率每增加1电耗增加10度/吨。1.理论配比：电石生成反应式CaO+3C=CaC2CO56 3664X=36÷64×100×B÷C+F/56÷64×10

2、0×B÷A+D+E 式中：A石灰中所含的氧化钙（CaO）；B电石成分（CaC2）；C碳素原料中所含的固定碳（C）；D电石中游离氧化钙的含量；E投炉石灰损失量（kg）；F投炉碳素原料的损失量（kg）。X炉料干基配比炉料湿基配比为：X（湿）X/（1水份）根据理论配比，计算出碳材固定碳每降低1%，每吨电石大约多消耗10公斤碳素。2.生产中，在进行电石生成反应的同时，进行着如下副反应：CaC2=Ca+2C-60.7kJCaCO3CaOCO2-178kJCO2C2CO-164kJH2OCCOH2-166kJCa(OH)2=CaO+H2O-109kJCa2SiO4=2CaOSiO2-1

3、21kJSiO22CSi2CO-574kJFe2O3+3C=2Fe+3CO-452kJAl2O3+3C=2Al+3CO-1218kJMgOCMgCO-486kJ上述反应大部分是原料中带进的杂质所引起的。发生这些副反应时，不但要消耗碳材和电能，而且有碍电石生成的反应过程，对生产是十分有害的。3. 原料中杂质的影响原料中的杂质主要包括氧化镁、氧化硅、氧化铁、氧化铝等。当炉料在电炉内反应生成碳化钙的同时，各种杂质也进行反应：SiO2+2C=Si+2CO-574kJFe2O3+3C=2Fe+3CO-452kJAl2O3+3C=2Al+3CO-1218kJMgOCMgCO-486kJ上述反应不仅消耗电能

4、和碳材，而且影响操作，破坏炉底，特别是氧化镁在熔融区迅速还原成金属镁，而使熔融区成为一个强烈的高温还原区，镁蒸气从这个炽热的区域大量逸出时，其中一部分镁与一氧化碳立即起反应，生成氧化镁：MgCOMgOC489kJ此时，由于反应放出强热形成高温，局部硬壳遭到破坏，使带有杂质（Si、Fe、Al、Mg）的液态电石侵蚀了炉底。另一部镁上升到炉料表面，与一氧化碳或空气中的氧反应：MgO2MgO614kJ当镁与氧反应时，放出大量的热，使料面结块，阻碍炉气排出，并产生支路电流。还破坏局部炉壳，甚至使熔灺遭到破坏，堵塞电石流出口。实践证明，石灰中氧化镁含量每增加1%，则功率发气量将下降1015L/kW

5、3;h。还有部分氧化镁在熔融区与氮反应，生成的氮化镁(Mg3N2)，使电石发粘，造成出炉困难。影响正常生产。二氧化硅在电石炉中被焦炭还原成硅，一部分在炉内生成碳化硅，沉积于炉底，造成炉底升高。一部分与铁作用生成硅铁，硅铁会损坏炉壁铁壳，出炉时会损坏嘴和电石锅等。氧化铝在电石炉内不能全部还原成铝，一部分混在电石里，降低了电石的质量，而大部分成为粘度很大的炉渣，沉积于炉底，使炉底升高，严重时，炉眼位置上移，造成电炉操作条件恶化。氧化铁在电炉内与硅熔融成硅铁。磷和硫在炉内分别与石灰中的氧化钙反应生成磷化钙和硫化钙混在电石中。磷化钙在制造乙炔气时混在乙炔中有引起自燃和爆炸的危险，硫化钙在乙炔气燃烧时，

6、变成二氧化硫气体，对金属设备有腐蚀作用。依据氧化物的反应热量平衡计算，平均每公斤氧化物还原需要耗热折电2.5kWh、耗焦0.32kg。如果炭材中灰分增加1%，按焦耗600kg/t计算，则影响电石电耗约600×1%×2.515kWh/t；影响电石焦耗约600×1%×0.321.92kg/t。平均每公斤氧化镁及氧化硅还原需要耗热折电为3kWh、耗焦为0.35kg。如果石灰中氧化镁及氧化硅含量增加1%，按电石石灰耗900kg/t计算，则影响电石电耗约900×1%×327kWh/t，影响焦耗约900×1%×0.353.15

7、kg/t。4.碳材中灰份的影响焦炭中灰分含量的升高对电石电耗及焦耗具有综合的影响。灰分高即会造成固定碳含量降低，在电石生产时必然会影响炉料的配比，进而影响到炉料的电阻，造成电极上抬、热损失增大。所以在实际生产中，因焦炭灰分升高而造成电石电耗、焦耗的上升值会远远高于以上的计算。据有关生产试验显示，焦炭中灰分每增加1%，电石电耗实际会上升达5060kWh/t。5.碳材中水分的影响假设焦炭投炉时为25，则每公斤水份由25上升到100需耗热314kJ，而水由100化为蒸汽需耗热2256.8kJ。假设有50%的水蒸汽直接由100加热到550逸出，则需耗热：0.5×0.482×（550

8、100）×4.187454.1kJ另外50%水蒸汽与碳作用：H2OCCOH27300kJ/kgH2O181228 20.5 0.330.77 0.055需耗热0.5×73003650kJCOH2带出热为（0.77×0.2590.055×0.26）×（550100）×4.187402.7kJ这样每公斤水份影响电耗合计为：3142256.8454.13650402.77077.6kJ折合电能：7077.6/36001.97kWh假如每吨电石的焦耗为600kg，则焦炭中水份每1%，即影响电耗增加：600×1%×1.971

9、1.8kWh同时如果焦炭平均含碳量为84%，则碳素与每公斤水分反应增加的焦耗为0.33/0.840.39kg，则焦炭中水份每1%，即影响电石焦耗增加：600×1%×0.392.3kg6.炭材中挥发份对电石电耗的影响炭素材料中挥发份对电石生产的危害也是不容忽视的，实践证明，挥发份在炉内有1015%被分解和碳化，使碳素材料的效率降低。若炭素原料中的挥发份增加1%，则生产每吨电石多耗电35kWh/t。另外，挥发份靠近反应区，形成半融粘结状，使反应区物料下落困难，容易引起喷料现象，使热量损失增加。对于开放炉，使炉面火焰增长，操作环境恶化。7.石灰生过烧的影响大块石灰石中心部位来不及

10、分解就被卸出窑来，这个夹心实际是碳酸钙。在电石炉内这部分碳酸钙要进一步分解成石灰，然后与碳反应生成电石，分解碳酸钙需要热量，这个热量要由电能来提供，这就增加了电耗。此外，还要影响炉料配比，打乱了电炉的正常生产秩序。按碳酸钙分解反应式：CaCO3=CaO+CO21779.5kJ/kgCaCO3计算，每公斤碳酸钙分解后，生成0.44公斤CO2，这些生成的CO2中约有75%左右还会跟碳作用生成CO：CO2C2CO3919kJ/kgCO2，需要耗热为3919×0.75×0.441293.3kJ，根据热量衡算，最终生成的CO2和CO随炉气逸出时带走热量为210kJ。则每公斤碳酸钙在电

11、石炉内分解所耗热折电为约0.91kWh，耗焦为0.11kg。如果按电石石灰耗900kg/t计算，石灰中生烧增加1%，则影响电石电耗900×1%×0.918.19 kWh/t，影响焦耗约900×1%×0.110.99kg/t。过烧石灰坚硬致密，比重大，反应接触面减小，活性差，影响产品质量和产量。8.原料粒度的影响石灰粒度过大，接触面积小，反应速度慢；粒度过小，炉料透气性不好，影响炉气的排出，不仅影响操作，而且有碍于反应往生成电石的方向进行。碳材粒度的不同，其电阻相差很大。一般是粒度越小，电阻越大，在电炉上操作时，电极易深入炉内，对电炉操作有利。但粒度过小，

12、则透气性差，容易使炉料结块，电炉操作反而不利。根据层堆粒状焦炭电阻测试实验结果，粒状焦炭的名义结构电阻为粒状焦炭的本征电阻与接触电阻之和，可以近似地用下列公式表示：式中：r焦粒的当量直径，cm；p层堆粒状焦炭所承受的负荷，MPa；a、b、c与焦粒几何形状有关的经验常数。这样，影响粒状焦炭结构电阻的诸多因素就可以分别由焦炭的本征电阻和接触电阻所表现出来。焦炭的本征电阻与温度的变化密切相关，温度越高，其本征电阻越小。而粒径的大小、几何形状、粒度分布和焦层上压力的变化，则会改变堆层粒状焦炭的接触电阻。如果认为焦炭几何形状、粒度分布及焦层上压力固定不变，仅考察焦炭粒度变化对接触电阻的影响，则焦炭粒径越

13、大，其接触电阻越小。对于不等径焦炭的粒度分布的影响，通常焦炭的密堆程度越大，则其接触电阻越小。碳素原料粒度与电阻的关系见表:单一粒度粒度(mm)03310101515202025电阻()18106.6 6.15混合粒度粒度(mm)03310101515202025电阻()10 701557.2525 631029.105 40351556.008.1.碳素原料粉末的影响碳素原料粉末对电石生产有很大影响；粉末多了以后，炉料透气性不好，电石生成过程中产生的一氧化碳气体不能顺利排出，减慢了电石生成反应的速度。炉料透气性不好，使炉压增大，容易发生喷料和塌料现象。结果使大量生料下落到熔池，使电极周围和熔

14、池区域料层结构发生变化，炉料不是有序地连续发生变化，逐步沉降下去，而是突然有大量生料漏入熔池，造成电极上升，对炉温和电石炉内的反应的连续性产生很坏的影响，产品质量易降低。同时易造成人身伤害。粉末多的时候，许多粉末被炉气带走，炉料的配比就不准了。粉末在料层中容易结成硬壳，电极附近产生支路电流，造成电极上升。8.2.粉化石灰的影响石灰在生产和贮存的过程中，吸入空气和碳材中的水份而产生一部分氢氧化钙，氢氧化钙在电炉内发生如下反应：Ca(OH)2=CaO+H2O109kJH2O+C=CO+H2166kJ在电石生产过程中，粉化石灰不但要多消耗电能和炭素原料，而且还要影响电石操作。炉料中的粉末含量较多时，

15、容易使电极附近料层结成硬壳，产生棚料现象。棚料有两种害处：一是降低炉料自由下落的速度，减少投料量，使电石炉减产；二是阻碍炉气自由排出，增大炉内压力，最后发生喷料和塌料等现象，影响电石炉正常操作。按照氢氧化钙在炉内反应式进行衡算，每公斤石灰风化后投炉反应，将需要消耗热量4911.5kJ，折电为1.36kWh，需耗焦炭0.21kg。如按电石石灰耗900kg/t计算，石灰风化1%，则影响电石电耗900×1%×1.3612.24 kWh/t，影响焦耗约900×1%×0.211.89kg/t。8.碳材组份的影响电石生产通常使用的大宗碳素原料有兰炭焦；无烟煤、石油焦三种。就反应活性来说，石油焦最好，兰炭次之，无烟煤最差；比电阻是石油最大，无烟煤次之，兰炭最小。综合各种因素，配合使用兰炭和石油焦生产电石