組分變化對電石爐電極消耗的影響

康文斌，宋 華

（中國石化長城能源化工（寧夏）有限公司，寧夏銀川 751400）

組分變化對電石爐電極消耗的影響

康文斌，宋 華

（中國石化長城能源化工（寧夏）有限公司，寧夏銀川 751400）

大型密閉電石爐通過三相自焙電極將爐內(nèi)的生石灰、炭材加熱后反應(yīng)生成電石。爐料中的石灰生燒含量、炭材揮發(fā)分、電極糊的揮發(fā)分、入爐原料配比將直接影響著電極消耗速度和爐內(nèi)的反應(yīng)過程。

密閉電石爐；配比；電極消耗

本文以81 000 kVA大型密閉電石爐為背景，分析了組分變化后對爐料實(shí)際配比的影響，指出了各組分的變化對電石爐內(nèi)反應(yīng)和電極消耗的作用。原料中各組分的變化實(shí)際就是爐內(nèi)實(shí)際配比的變化，配比對電極消耗的影響本質(zhì)上取決于爐內(nèi)固定炭含量。爐料中炭含量越高，電極中的炭參與反應(yīng)的越少，相應(yīng)的電極消耗就越少。因此，保持電極長度的穩(wěn)定需要有合理的實(shí)際爐料配比。另外，電石爐爐料的比電阻隨配比變化而波動，爐料配比高，則比電阻小，可以生產(chǎn)較高質(zhì)量的電石，反之，配比低，爐料比電阻高，電石質(zhì)量變低。掌握爐料組分、爐料配比對電石爐生產(chǎn)的影響后，可以更好的指導(dǎo)電石爐生產(chǎn)[1，2]。

1 爐料配比的計(jì)算

1.1 炭材中炭含量計(jì)算

電石生產(chǎn)常用的炭材主要為蘭炭和焦炭，根據(jù)蘭炭和焦炭的比例，按照固定炭的組分含量分別相加所得為實(shí)際固定炭含量（見表1）。

表1 炭材固定炭的計(jì)算

1.2 電石中氧化鈣含量

以生產(chǎn)發(fā)氣量300 L/kg電石為例，對應(yīng)的電石含量和游離CaO含量（見表2）。

表2 電石中游離氧化鈣與電石成分和發(fā)氣量的關(guān)系

1.3 配比的計(jì)算

電石爐爐料配比的計(jì)算方式如下：

其中：A-石灰中的CaO含量，%；B-電石的CaC2含量，%；C-炭材的固定炭含量，%；D-電石中的游離CaO含量，%；E-入爐石灰損失量，%；F-入爐炭素原料的損失量，%。

根據(jù)電石爐爐料配比計(jì)算公式計(jì)算統(tǒng)計(jì)后得出如下結(jié)論（見表3）。

表3 電石爐原料變化與配比變化對比

據(jù)此結(jié)論，可以根據(jù)入爐原料中的氧化鈣含量和炭含量的變化來及時(shí)調(diào)整入爐配比，保持電極消耗的速率穩(wěn)定和電石質(zhì)量的穩(wěn)定性。

2 爐料組分對電極消耗的影響

2.1 石灰生燒含量

電石是由石灰和炭材經(jīng)過高溫反應(yīng)生成的，石灰和炭材含量的變化直接影響著電石爐的有效配比。其中最重要的為石灰中碳酸鈣的分解，每產(chǎn)生1 kg二氧化碳需要消耗400 000 J熱量。石灰中的生燒石灰含量的變化，直接影響著電石的實(shí)際炭材消耗和工藝電耗，從而使電石質(zhì)量發(fā)生變化。電石生成反應(yīng)式如下：

碳酸鈣的分解需要很多熱量，消耗更多的電能，相當(dāng)于每千克二氧化碳消耗電能1.12 kW·h。據(jù)電石生產(chǎn)中尾氣的實(shí)際測量值可以看出，二氧化碳幾乎被百分之百還原，化學(xué)反應(yīng)方程式為：

上式中，可以計(jì)算出每產(chǎn)生1 kg二氧化碳大約消耗3 900 000 J熱量。碳酸鈣就會分解出一定的二氧化碳，二氧化碳的分解速度會隨著溫度的變化而變化，溫度越高，碳酸鈣的分解速度就越快。790 000 J的熱量，相當(dāng)于0.22 kW·h的電能。

生燒石灰只有經(jīng)過進(jìn)一步的分解，才能夠與碳發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)而生成電石，碳酸鈣的分解是需要耗掉很多能量的，相當(dāng)于生產(chǎn)電石的能耗增加。每噸電石要通過對電的消耗來補(bǔ)充。也就說明石灰中生燒含量增加后，相當(dāng)于把電石爐爐料的配比提高了，降低了電極的消耗，容易使電極過長，增加了電石的質(zhì)量，但不利于電石爐的出爐，甚至?xí)㈦娛癄t料的操作秩序給打亂，不利于電石爐的穩(wěn)定操作。

2.2 炭材、電極糊揮發(fā)分

碳素原料的揮發(fā)分一般含有20%～30%的氧，在電石爐內(nèi)與溫度極高的燒結(jié)電極反應(yīng)，使電極消耗增加。

電極糊的灰分含量是一個必須要嚴(yán)格控制的質(zhì)量指標(biāo)，電極糊的灰分對電極的焙燒速度、導(dǎo)電性能、抗氧化性能、燒結(jié)密度、消耗速度等有直接的影響，嚴(yán)格控制電極糊的灰分質(zhì)量指標(biāo)尤為關(guān)鍵，灰分偏低，揮發(fā)分偏高時(shí)，電極的焙燒強(qiáng)度不夠，容易造成電極的硬斷，都會增加電極糊的消耗。合理控制電極糊的產(chǎn)品質(zhì)量，是確保電石爐長期穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。同時(shí)揮發(fā)分過高，電石爐內(nèi)的氫氣含量偏高，不利于電石爐的安全生產(chǎn)。

2.3 爐料配比

電石爐的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)氣量為310 L/kg，要高于目標(biāo)設(shè)定值300 L/kg，當(dāng)發(fā)生電石質(zhì)量較高或較低時(shí)，可根據(jù)電石質(zhì)量來調(diào)整原來的配比，必須確保電石質(zhì)量的真實(shí)性，若將石灰中氧化鈣含量設(shè)定為88%、炭材固定炭含量為82%，由表2和表3計(jì)算配比的調(diào)整量。

由此看出，爐料的配比越高，電石的質(zhì)量越高，碳含量增加后，降低了電極的消耗。

假定其損耗量一定，以電石發(fā)氣量和配比量為基礎(chǔ)（見表4），據(jù)表2、表3可修訂配比和電石質(zhì)量的目標(biāo)值。及時(shí)根據(jù)原料變化調(diào)整配比，以降低對電極消耗的影響。

表4 電石發(fā)氣量與配比的變化量

3 結(jié)論

電石爐入爐石灰生燒含量較高時(shí)，既增加了電石爐的工藝電耗，又提高了電石爐的配比，電極消耗過慢，使得電極工作長度增加，電石爐出爐困難，擾亂了電石爐正常的工藝操作秩序，不利于電石爐的穩(wěn)定操作，所以在生產(chǎn)操作時(shí)，需要嚴(yán)格控制入爐白灰的過燒含量，大型密閉電石爐要求的生燒含量小于5%。

碳素原料及電極糊的揮發(fā)分過高時(shí)，灰分降低，主要對電極的消耗，在電石爐內(nèi)與溫度極高的燒結(jié)電極反應(yīng)，使電極氧化過快，消耗增加，同時(shí)氫含量升高，也存在安全隱患，操作上必須避免超指標(biāo)原料入爐。

爐料配比對電極消耗的影響較大，爐料配比高，可以生產(chǎn)較高質(zhì)量的電石，但出爐較為困難，負(fù)荷難以提升；反之，配比低，電石質(zhì)量變低，電極消耗過快。所以電石生產(chǎn)過程中要確保配比的穩(wěn)定合理。

［1］熊謨遠(yuǎn).電石生產(chǎn)及深加工產(chǎn)品［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001：91-97.

［2］戴維，舒莉.鐵合金冶金工程［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1995.

TQ161

A

1673-5285（2017）12-0138-02

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.12.034

2017－11-03

康文斌，男（1986－），2009年畢業(yè)于重慶大學(xué)冶金工程專業(yè)。