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的生石灰、炭材加熱后反應生成電石。爐料中的石灰生燒含量、炭材揮發分、電極糊的揮發分、入爐原料配比將直接影響著電極消耗速度和爐內的反應過程。

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際配比的影響，指出了各組分的變化對電石爐內反應和電極消耗的作用。原料中各組分的變化實際就是爐內實際配比的變化，配比對電極消耗的影響本質上取決于爐內固定炭含量。爐料中炭含量越高，電極中的炭參與反應的越少，相應的電極消耗就越少。因此，保持電極長度的穩定需要有合理的實際爐料配比。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，可以生產較高質量的電石，反之，配比低，爐料比電阻高，電石質量變低。掌握爐料組分、爐料配比對電石爐生產的影響后，可以更好的指導電石爐生產[1，2]。

1 爐料配比的計算

1.1 炭材中炭含量計算

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

表1 炭材固定炭的計算

1.2 電石中氧化鈣含量

以生產發氣量300 L/kg電石為例，對應的電石含量和游離CaO含量（見表2）。

表2 電石中游離氧化鈣與電石成分和發氣量的關系

1.3 配比的計算

電石爐爐料配比的計算方式如下：

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，%。

根據電石爐爐料配比計算公式計算統計后得出如下結論（見表3）。

表3 電石爐原料變化與配比變化對比

據此結論，可以根據入爐原料中的氧化鈣含量和炭含量的變化來及時調整入爐配比，保持電極消耗的速率穩定和電石質量的穩定性。

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過高溫反應生成的，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際炭材消耗和工藝電耗，從而使電石質量發生變化。電石生成反應式如下：

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

上式中，可以計算出每產生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，相當于0.22 kW·h的電能。

生燒石灰只有經過進一步的分解，才能夠與碳發生反應，進而生成電石，碳酸鈣的分解是需要耗掉很多能量的，相當于生產電石的能耗增加。每噸電石要通過對電的消耗來補充。也就說明石灰中生燒含量增加后，相當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，增加了電石的質量，但不利于電石爐的出爐，甚至會將電石爐料的操作秩序給打亂，不利于電石爐的穩定操作。

2.2 炭材、電極糊揮發分

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

電極糊的灰分含量是一個必須要嚴格控制的質量指標，電極糊的灰分對電極的焙燒速度、導電性能、抗氧化性能、燒結密度、消耗速度等有直接的影響，嚴格控制電極糊的灰分質量指標尤為關鍵，灰分偏低，揮發分偏高時，電極的焙燒強度不夠，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品質量，是確保電石爐長期穩定運行的關鍵。同時揮發分過高，電石爐內的氫氣含量偏高，不利于電石爐的安全生產。

2.3 爐料配比

電石爐的標準發氣量為310 L/kg，要高于目標設定值300 L/kg，當發生電石質量較高或較低時，可根據電石質量來調整原來的配比，必須確保電石質量的真實性，若將石灰中氧化鈣含量設定為88%、炭材固定炭含量為82%，由表2和表3計算配比的調整量。

由此看出，爐料的配比越高，電石的質量越高，碳含量增加后，降低了電極的消耗。

假定其損耗量一定，以電石發氣量和配比量為基礎（見表4），據表2、表3可修訂配比和電石質量的目標值。及時根據原料變化調整配比，以降低對電極消耗的影響。

表4 電石發氣量與配比的變化量

3 結論

電石爐入爐石灰生燒含量較高時，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，不利于電石爐的穩定操作，所以在生產操作時，需要嚴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分過高時，灰分降低，主要對電極的消耗，在電石爐內與溫度極高的燒結電極反應，使電極氧化過快，消耗增加，同時氫含量升高，也存在安全隱患，操作上必須避免超指標原料入爐。

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

［1］熊謨遠.電石生產及深加工產品［M］.北京：化學工業出版社，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年畢業于重慶大學冶金工程專業。