密闭电石炉原料质量影响分析

原料分析石灰石的工艺指标粒度CaCO3MgOSiO2Al2O3 Fe2O3sp40-80mm毫米 97%1%1%1%0.1% 92%1%1.8% 84%15%1.5%1%灰分每增加1%功耗增加5060度/吨水分每增加1%，耗电量增加12度/吨挥发成分每增加1%的耗电量就增加2.33.5度/吨生烤率每增加1%消耗电力就增加10度/吨。1 .理论配比：电气石生成反应式CaO 3C=CaC2 CO56 3664X=3664100BC F/5664100BA D E式中： A石灰所含氧化钙(CaO% )；b -电气石成分(CaC2% )；C碳原料中所含的固定碳(C% )；d电气石中游离氧化钙的含量e -投料炉石灰损失量(kg )f -炉内碳原料的损失量(kg )。x -炉料干基配方炉料湿基配比如下x (湿)=X/(1-水分)根据理论配比计算，碳材料的固定碳每下降1%，每电石吨消耗约10公斤的碳。2 .生产中，在进行电石生成反应同时，进行下列副反应CaC2=Ca 2C-60.7kJCaCO3=CaO CO2-178kJCO2 C=2CO-164kJH2O C=CO H2-166kJCa(OH)2=CaO H2O-109kJCa2SiO4=2CaO SiO2-121kJSiO2 2C=Si 2CO-574kJFe2O3 3C=2Fe 3CO-452kJAl2O3 3C=2Al 3CO-1218kJMgO C=Mg CO-486kJ上述反应的大部分起因于带入原料中的杂质。 发生这些副反应不仅会消耗碳材料和电能，还会阻碍电石生成的反应过程，对生产非常有害。3 .原料中杂质的影响原料中的杂质主要为氧化镁、氧化硅、氧化铁、氧化铝等。炉料在电炉内反应生成碳化钙的同时，各种杂质也发生反应SiO2 2C=Si 2CO-574kJFe2O3 3C=2Fe 3CO-452kJAl2O3 3C=2Al 3CO-1218kJMgO C=Mg CO-486kJ上述反应不仅消耗电能和碳材料，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，熔融区成为强烈的高温还原区，镁蒸气从该灼热区大量排出时，其中一部分镁与一氧化碳立即反应而氧化镁Mg CO=MgO C 489kJ此时，由于反应强烈发热而变成高温，局部的硬壳被破坏，带有杂质(Si、Fe、Al、Mg )的液体电气石侵蚀了炉底。另一种镁会上升到炉子表面，与一氧化碳或空气中的氧反应Mg O2=MgO 614kJ镁和氧反应后，释放出大量的热量，材料面凝固，炉煤气的排出受到阻碍，产生旁通电流。 另外，破坏局部炉壳，熔融煤灰被破坏，堵塞电石的流出口。 石灰中的氧化镁含量每增加1%，发电气体量就会减少1015L/kWh。另外，一部分氧化镁在熔融区与氮发生反应，生成的氮化镁(Mg3N2)使电气石发粘，制作炉变得困难。 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，堆积在炉底，炉底上升。 一部分与铁作用生成硅铁，硅铁破坏炉壁的铁壳，出炉时破坏口和电石锅等。氧化铝在电石炉内不能全部还原成铝，一部分混入电石，使电石质量下降，大部分成为粘度大的炉渣，堆积在炉底，使炉底上升，严重时，炉眼位置上升，电炉的操作条件恶化。氧化铁在电炉内与硅熔融后变成硅铁。磷和硫在炉内与石灰中的氧化钙反应，磷酸钙和硫化钙混合在电石中。 磷酸钙在乙炔气制造时混入乙炔有引起自燃和爆炸的危险，硫化钙在乙炔气燃烧时成为二氧化硫气，对金属设备有腐蚀作用。从氧化物的反应热平衡来计算，每1千克氧化物的还原需要热折射率为2.5kWh、焦炭为0.32kg。 炭材料中灰分增加1%，焦炭消耗量按600kg/t计算，电石消耗电力约为6001 %2.5=影响15 k wh/t的电石热耗约为6001%0.32=1.92kg/t。 平均氧化镁和氧化硅还原所需的消耗电力为每公斤3kWh，焦炭为0.35kg。 石灰中氧化镁和氧化硅的含量增加1%，按电石石灰消耗量900kg/t计算，影响电石消耗量约9001%3=27kWh/t，影响焦消耗量约9001%0.35=3.15kg/t。4 .碳材料中灰分的影响焦炭中灰分量的上升对电石消耗功率和焦炭消耗有综合影响。 灰分高会降低固定碳含量，电石生产时必然会影响炉料的配合比，影响炉料的电阻，电极抬高，热损失增大。 因此，在实际生产中，由于焦炭灰分的上升导致的电石消耗电力、焦炭消耗量的上升率远远高于以上的计算。 根据生产试验，焦炭中的灰分每增加1%，电石的消耗电力实际上就会上升到5060kWh/t。5 .碳材料中水分的影响假设焦炭投入炉的情况为25，每千克的水分从25上升到100为314kJ，水从100变化为蒸汽为2256.8kJ。 如果50%的水蒸气直接从100加热到550后逃逸，会产生热量0.50.482(550-100)4.187=454.1kJ其他50%水蒸气和碳的作用：H2O C=CO H2-7300kJ/kgH2O18 12 28 20.5 0.330.77 0.055所需热量0.57300=3650kJCO H2带出热量为(0. 770.2590. 0550.26 ) (550-100 )4. 187=402.7 kj这样，每公里的水分影响消耗功率的合计为314-2256.8-454.1-3650-402.7=7077.6 kj换算功率： 7077.6/3600=1.97kWh如果每吨电石的焦炭消耗量为600kg的话，焦炭中的水分会各占1%，即会影响耗电的增加6001%1.97=11.8kWh另外，焦炭平均碳含量为84%时，与碳每千克的水分反应增加，焦炭消耗量为0.33/0.84=0.39kg时，焦炭中的水分每1%，影响电石的焦炭消耗量的增加6001%0.39=2.3kg公斤6 .炭材料中挥发成分对电石耗电的影响碳材料中挥发成分对电石生产的危害也不容忽视。 挥发成分在炉内分解1015%被碳化，证实了碳材料的效率降低。 碳原料中的挥发成分增加1%的话，每吨电石的消耗电力会增加35kWh/t。 另外，挥发成分接近反应区，形成半熔粘结状，反应区资料难以落下，容易发生喷雾现象，热损失增加。 在开放炉中，炉面火焰生长，操作环境恶化。7 .石灰生过烧的影响大石灰石的中心部分不能分解而是从窑里出来的，这个三明治实际上是碳酸钙。 电石炉内该部分碳酸钙进一步分解成石灰，然后与碳反应生成电石，分解碳酸钙需要热量，这种热量需要电能供应，因此耗电量增加。 另外，影响炉料的配比，扰乱了电炉的正常生产秩序。按照碳酸钙分解反应式： CaCO3=CaO CO2-1779.5kJ/kgCaCO3计算，碳酸钙分解1千克，生成0.44的CO2，这些生成的CO2的约75%与碳作用，生成CO:CO2 C=2CO-3919kJ/kgCO2， 消耗热量为39190.750.44=1293.3kJ，根据热平衡计算，最终生成的CO2和CO在炉气脱落时所吸收的热量为210kJ。 碳酸钙在电炉内分解消耗的热量约为0.91kWh，焦炭为0.11kg。 以电石灰消耗量900kg/t计算，石灰中的活烧增加1%，会影响电石消耗量9001%0.91=8.19 kWh/t，影响焦炭消耗量9001%0.11=0.99kg/t。过烧石灰坚硬致密，比重大，反应接触面减少，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，炉料通气性差，影响炉煤气的排放，不仅影响操作，还妨碍反应向生成电石的方向进行。根据碳材料的粒度不同，电阻有很大差异。 一般粒度越小，电阻越大，用电炉操作时，电容易进入炉内，有利于电炉的操作。 粒度太小，透气性差，炉料容易凝固，电炉的操作反而不利。根据层叠粒状焦炭电阻试验结果，粒状焦炭的名义结构电阻可以用粒状焦炭的固有电阻和接触电阻之和近似地用下式表示式中： r-焦粒当量直径、cm；施加于p层层叠粒状焦炭负荷、MPa；a、b、c-焦粒几何形状相关的经验常数。这样，影响粒状焦的结构电阻的诸因素分别由焦的固有电阻和接触电阻表现。 焦炭的固有电阻与温度的变化密切相关，温度越高固有电阻越小。 粒径的大小、几何形状、粒度分布、焦层上的压力变化会改变堆积层的粒状焦的接触电阻。 考虑到焦炭的几何形状、粒度分布以及焦炭层上的压力一定，只考察焦炭粒度变化对接触电阻的影响，焦炭粒径越大，接触电阻越小。不等径焦炭粒度分布的影响通常是焦炭密度越大，接触电阻越小。碳原料粒度与电阻的关系如表：所示单一粒度粒度(mm )0310152025电阻()1810 6.6 6.1 5混合粒度粒度(mm )0310152025电阻()%10 70 15 57.25%25 63 10 29.10%5 40 35 15 56.008.1 .碳原料粉末影响碳原料粉末对电石的生产有很大影响粉末变多后，炉料的通气性差，电石生成过程中产生的一氧化碳气体不能很好地排出，电石生成反应的速度变慢了。炉料的透气性差，炉压增大，容易发生喷雾和塌边。 结果表明，大量原料落入熔池中，改变电极周围和熔池区域的材料层结构，炉料有序连续变化，不是逐渐沉降，而是突然大量原料泄漏到熔池中，电极上升，对炉温和电石炉内反应的连续性产生不良影响，产品质量容易下降。 同时容易造成人身伤害。粉末多的话，很多粉末会被炉子里的气体带走，炉子里的材料不能配合了。 粉末容易在材料层形成坚固的壳，在电极附近产生旁路电流，电极上升。8.2 .粉化石灰的影响石灰在生产和贮藏过程中，吸收空气和碳材料中的水分产生部分氢氧化钙，氢氧化钙在电炉内发生如下反应Ca(OH)2=CaO H2O-109kJH2O C=CO H2-166kJ在电石生产过程中，粉化石灰不仅要消耗大量的电能和碳原料，也会影响电石的操作。 炉材中的粉末含量多的话，电极附近的材料层变成坚硬的壳，容易发生架材现象。 架子上有两个障碍。 一是降低炉料的自由落料速度，减少投入量，减少电石炉的产量，二是阻碍炉煤气的自由排放，增大炉内的压力，最后发生喷雾和塌边等现象，影响电石炉的正常操作。根据氢氧化钙的炉内反应式进行平衡计算，石灰风化后投入炉的话，消耗热量为4911.5kJ，换算为1.36kWh，焦炭为0.21kg是必要的。 以电石灰消耗量900kg/t计算，如果石灰风化为1%，则影响电石消耗量9001%1.36=12.24 kWh/t，影响焦炭消耗量9001%0.21=1.89kg/t .8 .碳材料成分的影响电石生产中通常使用的大宗碳原料有兰炭焦无烟煤、石油焦三种。 关于反应活性，石油焦最高，兰炭次高，无烟煤最差的电阻率是石油最大，无烟煤次之，兰炭最小。 综合各种