密閉電石爐原料質(zhì)量影響分析

1、原料分析石灰石的工藝指標(biāo)粒度CaCO3MgOSiO2Al2O3Fe2O3SP4080mm97%1%1%1%0.1%0.02%生石灰的工藝指標(biāo)粒度CaOMgOSiO2生過燒率540mm92%1%1.8%6%焦炭的工藝指標(biāo)粒度固定碳灰分揮發(fā)分水分525mm84%15%1.5%1%灰分每增加1電耗增加5060度/噸；水分每增加1電耗增加12度/噸；揮發(fā)分每增加1電耗增加2.33.5度/噸；生燒率每增加1電耗增加10度/噸。1.理論配比：電石生成反應(yīng)式CaO+3C=CaC2CO56 3664X=36÷64×100×B÷C+F/56÷64×10

2、0×B÷A+D+E 式中：A石灰中所含的氧化鈣（CaO）；B電石成分（CaC2）；C碳素原料中所含的固定碳（C）；D電石中游離氧化鈣的含量；E投爐石灰損失量（kg）；F投爐碳素原料的損失量（kg）。X爐料干基配比爐料濕基配比為：X（濕）X/（1水份）根據(jù)理論配比，計算出碳材固定碳每降低1%，每噸電石大約多消耗10公斤碳素。2.生產(chǎn)中，在進(jìn)行電石生成反應(yīng)的同時，進(jìn)行著如下副反應(yīng)：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上述反應(yīng)大部分是原料中帶進(jìn)的雜質(zhì)所引起的。發(fā)生這些副反應(yīng)時，不但要消耗碳材和電能，而且有礙電石生成的反應(yīng)過程，對生產(chǎn)是十分有害的。3. 原料中雜質(zhì)的影響原料中的雜質(zhì)主要包括氧化鎂、氧化硅、氧化鐵、氧化鋁等。當(dāng)爐料在電爐內(nèi)反應(yīng)生成碳化鈣的同時，各種雜質(zhì)也進(jìn)行反應(yīng)：SiO2+2C=Si+2CO-574kJFe2O3+3C=2Fe+3CO-452kJAl2O3+3C=2Al+3CO-1218kJMgOCMgCO-486kJ上述反應(yīng)不僅消耗電能

4、和碳材，而且影響操作，破壞爐底，特別是氧化鎂在熔融區(qū)迅速還原成金屬鎂，而使熔融區(qū)成為一個強烈的高溫還原區(qū)，鎂蒸氣從這個熾熱的區(qū)域大量逸出時，其中一部分鎂與一氧化碳立即起反應(yīng)，生成氧化鎂：MgCOMgOC489kJ此時，由于反應(yīng)放出強熱形成高溫，局部硬殼遭到破壞，使帶有雜質(zhì)（Si、Fe、Al、Mg）的液態(tài)電石侵蝕了爐底。另一部鎂上升到爐料表面，與一氧化碳或空氣中的氧反應(yīng)：MgO2MgO614kJ當(dāng)鎂與氧反應(yīng)時，放出大量的熱，使料面結(jié)塊，阻礙爐氣排出，并產(chǎn)生支路電流。還破壞局部爐殼，甚至使熔灺遭到破壞，堵塞電石流出口。實踐證明，石灰中氧化鎂含量每增加1%，則功率發(fā)氣量將下降1015L/kW

5、3;h。還有部分氧化鎂在熔融區(qū)與氮反應(yīng)，生成的氮化鎂(Mg3N2)，使電石發(fā)粘，造成出爐困難。影響正常生產(chǎn)。二氧化硅在電石爐中被焦炭還原成硅，一部分在爐內(nèi)生成碳化硅，沉積于爐底，造成爐底升高。一部分與鐵作用生成硅鐵，硅鐵會損壞爐壁鐵殼，出爐時會損壞嘴和電石鍋等。氧化鋁在電石爐內(nèi)不能全部還原成鋁，一部分混在電石里，降低了電石的質(zhì)量，而大部分成為粘度很大的爐渣，沉積于爐底，使?fàn)t底升高，嚴(yán)重時，爐眼位置上移，造成電爐操作條件惡化。氧化鐵在電爐內(nèi)與硅熔融成硅鐵。磷和硫在爐內(nèi)分別與石灰中的氧化鈣反應(yīng)生成磷化鈣和硫化鈣混在電石中。磷化鈣在制造乙炔氣時混在乙炔中有引起自燃和爆炸的危險，硫化鈣在乙炔氣燃燒時，

6、變成二氧化硫氣體，對金屬設(shè)備有腐蝕作用。依據(jù)氧化物的反應(yīng)熱量平衡計算，平均每公斤氧化物還原需要耗熱折電2.5kWh、耗焦0.32kg。如果炭材中灰分增加1%，按焦耗600kg/t計算，則影響電石電耗約600×1%×2.515kWh/t；影響電石焦耗約600×1%×0.321.92kg/t。平均每公斤氧化鎂及氧化硅還原需要耗熱折電為3kWh、耗焦為0.35kg。如果石灰中氧化鎂及氧化硅含量增加1%，按電石石灰耗900kg/t計算，則影響電石電耗約900×1%×327kWh/t，影響焦耗約900×1%×0.353.15

7、kg/t。4.碳材中灰份的影響焦炭中灰分含量的升高對電石電耗及焦耗具有綜合的影響?；曳指呒磿斐晒潭ㄌ己拷档停陔娛a(chǎn)時必然會影響爐料的配比，進(jìn)而影響到爐料的電阻，造成電極上抬、熱損失增大。所以在實際生產(chǎn)中，因焦炭灰分升高而造成電石電耗、焦耗的上升值會遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于以上的計算。據(jù)有關(guān)生產(chǎn)試驗顯示，焦炭中灰分每增加1%，電石電耗實際會上升達(dá)5060kWh/t。5.碳材中水分的影響假設(shè)焦炭投爐時為25，則每公斤水份由25上升到100需耗熱314kJ，而水由100化為蒸汽需耗熱2256.8kJ。假設(shè)有50%的水蒸汽直接由100加熱到550逸出，則需耗熱：0.5×0.482×（550

8、100）×4.187454.1kJ另外50%水蒸汽與碳作用：H2OCCOH27300kJ/kgH2O181228 20.5 0.330.77 0.055需耗熱0.5×73003650kJCOH2帶出熱為（0.77×0.2590.055×0.26）×（550100）×4.187402.7kJ這樣每公斤水份影響電耗合計為：3142256.8454.13650402.77077.6kJ折合電能：7077.6/36001.97kWh假如每噸電石的焦耗為600kg，則焦炭中水份每1%，即影響電耗增加：600×1%×1.971

9、1.8kWh同時如果焦炭平均含碳量為84%，則碳素與每公斤水分反應(yīng)增加的焦耗為0.33/0.840.39kg，則焦炭中水份每1%，即影響電石焦耗增加：600×1%×0.392.3kg6.炭材中揮發(fā)份對電石電耗的影響炭素材料中揮發(fā)份對電石生產(chǎn)的危害也是不容忽視的，實踐證明，揮發(fā)份在爐內(nèi)有1015%被分解和碳化，使碳素材料的效率降低。若炭素原料中的揮發(fā)份增加1%，則生產(chǎn)每噸電石多耗電35kWh/t。另外，揮發(fā)份靠近反應(yīng)區(qū)，形成半融粘結(jié)狀，使反應(yīng)區(qū)物料下落困難，容易引起噴料現(xiàn)象，使熱量損失增加。對于開放爐，使?fàn)t面火焰增長，操作環(huán)境惡化。7.石灰生過燒的影響大塊石灰石中心部位來不及

10、分解就被卸出窯來，這個夾心實際是碳酸鈣。在電石爐內(nèi)這部分碳酸鈣要進(jìn)一步分解成石灰，然后與碳反應(yīng)生成電石，分解碳酸鈣需要熱量，這個熱量要由電能來提供，這就增加了電耗。此外，還要影響爐料配比，打亂了電爐的正常生產(chǎn)秩序。按碳酸鈣分解反應(yīng)式：CaCO3=CaO+CO21779.5kJ/kgCaCO3計算，每公斤碳酸鈣分解后，生成0.44公斤CO2，這些生成的CO2中約有75%左右還會跟碳作用生成CO：CO2C2CO3919kJ/kgCO2，需要耗熱為3919×0.75×0.441293.3kJ，根據(jù)熱量衡算，最終生成的CO2和CO隨爐氣逸出時帶走熱量為210kJ。則每公斤碳酸鈣在電

11、石爐內(nèi)分解所耗熱折電為約0.91kWh，耗焦為0.11kg。如果按電石石灰耗900kg/t計算，石灰中生燒增加1%，則影響電石電耗900×1%×0.918.19 kWh/t，影響焦耗約900×1%×0.110.99kg/t。過燒石灰堅硬致密，比重大，反應(yīng)接觸面減小，活性差，影響產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量。8.原料粒度的影響石灰粒度過大，接觸面積小，反應(yīng)速度慢；粒度過小，爐料透氣性不好，影響爐氣的排出，不僅影響操作，而且有礙于反應(yīng)往生成電石的方向進(jìn)行。碳材粒度的不同，其電阻相差很大。一般是粒度越小，電阻越大，在電爐上操作時，電極易深入爐內(nèi)，對電爐操作有利。但粒度過小，

12、則透氣性差，容易使?fàn)t料結(jié)塊，電爐操作反而不利。根據(jù)層堆粒狀焦炭電阻測試實驗結(jié)果，粒狀焦炭的名義結(jié)構(gòu)電阻為粒狀焦炭的本征電阻與接觸電阻之和，可以近似地用下列公式表示：式中：r焦粒的當(dāng)量直徑，cm；p層堆粒狀焦炭所承受的負(fù)荷，MPa；a、b、c與焦粒幾何形狀有關(guān)的經(jīng)驗常數(shù)。這樣，影響粒狀焦炭結(jié)構(gòu)電阻的諸多因素就可以分別由焦炭的本征電阻和接觸電阻所表現(xiàn)出來。焦炭的本征電阻與溫度的變化密切相關(guān)，溫度越高，其本征電阻越小。而粒徑的大小、幾何形狀、粒度分布和焦層上壓力的變化，則會改變堆層粒狀焦炭的接觸電阻。如果認(rèn)為焦炭幾何形狀、粒度分布及焦層上壓力固定不變，僅考察焦炭粒度變化對接觸電阻的影響，則焦炭粒徑越

13、大，其接觸電阻越小。對于不等徑焦炭的粒度分布的影響，通常焦炭的密堆程度越大，則其接觸電阻越小。碳素原料粒度與電阻的關(guān)系見表:單一粒度粒度(mm)03310101515202025電阻()18106.6 6.15混合粒度粒度(mm)03310101515202025電阻()10 701557.2525 631029.105 40351556.008.1.碳素原料粉末的影響碳素原料粉末對電石生產(chǎn)有很大影響；粉末多了以后，爐料透氣性不好，電石生成過程中產(chǎn)生的一氧化碳?xì)怏w不能順利排出，減慢了電石生成反應(yīng)的速度。爐料透氣性不好，使?fàn)t壓增大，容易發(fā)生噴料和塌料現(xiàn)象。結(jié)果使大量生料下落到熔池，使電極周圍和熔

14、池區(qū)域料層結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，爐料不是有序地連續(xù)發(fā)生變化，逐步沉降下去，而是突然有大量生料漏入熔池，造成電極上升，對爐溫和電石爐內(nèi)的反應(yīng)的連續(xù)性產(chǎn)生很壞的影響，產(chǎn)品質(zhì)量易降低。同時易造成人身傷害。粉末多的時候，許多粉末被爐氣帶走，爐料的配比就不準(zhǔn)了。粉末在料層中容易結(jié)成硬殼，電極附近產(chǎn)生支路電流，造成電極上升。8.2.粉化石灰的影響石灰在生產(chǎn)和貯存的過程中，吸入空氣和碳材中的水份而產(chǎn)生一部分氫氧化鈣，氫氧化鈣在電爐內(nèi)發(fā)生如下反應(yīng)：Ca(OH)2=CaO+H2O109kJH2O+C=CO+H2166kJ在電石生產(chǎn)過程中，粉化石灰不但要多消耗電能和炭素原料，而且還要影響電石操作。爐料中的粉末含量較多時，

15、容易使電極附近料層結(jié)成硬殼，產(chǎn)生棚料現(xiàn)象。棚料有兩種害處：一是降低爐料自由下落的速度，減少投料量，使電石爐減產(chǎn)；二是阻礙爐氣自由排出，增大爐內(nèi)壓力，最后發(fā)生噴料和塌料等現(xiàn)象，影響電石爐正常操作。按照氫氧化鈣在爐內(nèi)反應(yīng)式進(jìn)行衡算，每公斤石灰風(fēng)化后投爐反應(yīng)，將需要消耗熱量4911.5kJ，折電為1.36kWh，需耗焦炭0.21kg。如按電石石灰耗900kg/t計算，石灰風(fēng)化1%，則影響電石電耗900×1%×1.3612.24 kWh/t，影響焦耗約900×1%×0.211.89kg/t。8.碳材組份的影響電石生產(chǎn)通常使用的大宗碳素原料有蘭炭焦；無煙煤、石油焦三種。就反應(yīng)活性來說，石油焦最好，蘭炭次之，無煙煤最差；比電阻是石油最大，無煙煤次之，蘭炭最小。綜合各種因素，配合使用蘭炭和石油焦生產(chǎn)電石