如何稳定电石炉生产

刘建

（神木能源发展有限公司，陕西 神木 719300）

一、前言

电石炉生产是一个多变量、非线性、强耦合、时变及随机干扰性较强的复杂过程。电石生产分为原料贮运、石灰生产、炭材干燥、电石生产、电石冷却及电极壳制造6个工序。其整个生产的过程连续性相当强，任何一个工序出现问题，就会影响到整个生产的稳定，并形成恶性的循环，进一步延长生产波动时间。下面，将通过电石生产的工艺流程分别来讲述一下，我们如何在生产中抓好各个生产环节，从而稳定电石整个生产。

二、对原料的要求及管理

（一）把好原料入厂关，尽量避免指标不合格的原材料进入电石炉内影响生产。原材料挥发份过高，容易造成炉面结块，使电极周围形成空洞，阻碍炉料正常的自由下落导致炉压不稳；原材料粉末多：炉内粉末易烧结成硬块，造成电极周围空洞，炉气排出不畅，使高温炉气从局部排出，冲击料层使炉压波动；石灰氧化镁含量高造成局部温度升高炉气不能及时排出使炉压不稳；原料粒度小于下限值的太多。

（二）对于石灰的生产过程要严格控制。石灰石堆场中的杂石要拣出来，石灰生烧过高及石灰粉化率过高是影响电石生产非常大的因数，在生产过程当中，注意产量与生过烧之间的平衡。

（三）控制碳材水分。碳材水分高造成H2 含量高，料面温度升高，炉内经常喷火结壳使炉压严重不稳；塌料频繁等等，对于生产也非常影响。

（四）对于碳球的管理。主要就是控制住它的强度，降低它的粉化率。

（五）采用合理炭材掺烧比例。虽然在考虑成本时，由于焦炭价格高，兰碳及碳球价格低。但是在考虑生产中，焦炭活性好，杂质少等特别更有利于稳定生产，所以在生产当中，尽量掺烧大部分焦炭。若因为追求成本，在掺烧当中使用大量的兰碳及碳球使得生产不稳定，设备损坏过快，影响生产时间那是得不偿失的。

（六）对于环加除尘系统加强维护和技改。让更少的粉尘更进入到电石炉前，减少炉前塌料。

（七）定期对配料站称量系统进行校定检查。确保配比能精确。

三、对电极糊的管理

电极糊经单轨吊从地面提升到各电极筒顶部倒入电极筒内。密闭炉对电极糊的要求甚严，主要是考虑其的成份，挥发份和强度，要求压放弹性幅度大，流动系数合理。我们公司所有的电石炉均为Elkem 型电石炉，由于其采用的组合式把拭器的特殊性，很少发生电极软硬断事故。当然这和电极糊的质量是密不可分的，电极糊的挥发份是一个至关重要的工艺指标，而且需要在不同的季节使用不同挥发份的电极糊。以前我们对于这个指标认知不够，结果造成了电极焙烧过快，烧损电极筒，损坏底环的事件经常发生，停炉检修使用大停生产时间。也让电炉温度达不到工艺要求。

电极糊的贮存一定要贮存在专用的仓库内，严禁灰尘与水进入到电极糊。

四、工艺操作

（一）电能由变压器和导电系统经自焙电极输入炉内，石灰和碳素原料在电阻电弧产生的高温（2000～2200℃）下转变成电石。冶炼好的电石每隔一小时左右从炉口出炉一次。生成电石需要大量的热来完成。热量的来源就是靠输入的电能转换和炉内碳材的燃烧，所以电炉内的温度在某种程度上决定了电石的质量和产量。同时它也是一个可逆反应，这就是我们不能总把电石长时间留在电石炉内的原因。工业电石是由生石灰和碳素材料在电炉内按方程CaO+3C →CaC2+CO–466kJ/mol 制得。它是一个强吸热反应在温度>1600℃才以显著速度进行。此反应按两步进行：a.CaO+C →Ca+CO;b.Ca+2C—CaC2，在电炉内反应主要在CaC2-CaO 熔融物中进行，溶解在熔融物中的CaO 迁移到焦炭颗粒表面这一步是反应的速度控制步骤，在焦炭表面上生成的CaC2 马上又熔于熔融物中。当反应温度高于2000℃，又会发生副反应:a.CaC2 →Ca+2C；b.CaC2+2CaO →3Ca+2CO。工业上操作温度介于1800-2100℃，制得的电石CaC2 含量约为80%，其余为CaO 和原料带入的杂质。

在电石炉内，石灰和电石会形成低共熔化合物，纯石灰和纯电石熔点分别为2580℃和2300℃，低共熔温度随电石和石灰的比例不同而不同，当电石成分为69%，石灰含量为31%时，共熔点达最低点1750℃。若电石成分改变,共熔点温度也随之变化。当有较多量的石灰存在时，在电石炉内是不可能得到与石灰分开的纯电石的。电石与石灰会共熔，共熔的速度是很快的，只要纯电石一生成，就与石灰共熔了，共熔体的石灰成分不会高于50%。如果要生产一级品，电炉温度要在2000℃以上。

电石生产过程为：加料→升温→保温→出炉→提温。前面讲到电石炉是一个多变量、非线性、强耦合、时变、工作环境恶劣及随机干扰性较强的复杂系统。这就使该系统的电极位置、电弧长度、电弧电流以及系统功率很难保持在最佳状态下运行，受多种条件的制约。

（二）减少明弧操作，提高炉温

根据相平衡图可知，电石炉的炉温越高，配比越高，电石的质量越好，流动性越好。根据计算及生产实践得知，当炉温从1900℃提高到2100℃时，反应速度常数可增大51 倍。可见炉温的影响是巨大的，远远超过了焦炭和石灰粒度等原料因素对反应速度的影响，造成吨消耗电量增加；另外，长时间明弧操作，可引起炉底上移，熔池缩小，液体电石就可能与炉料黏结在一起，操作因而出现困难，严重时引起喷料和烧坏炉盖，威胁设备和操作人员的安全。因此，生产中不允许明弧操作，以提高炉温，获得优质产品。

（三）防止喷料的形成

在电石生产过程中经常发生炉压不稳、炉盖蹿火、电流瞬间大幅波动的现象。经常性的炉压不稳，必伴随着电极外围溶洞的出现。熔洞内聚集着炽热的炉气，使用于冶炼电石的大量的热上升到炉面，又由于其强大的冲击力使溶洞不断扩大，炉内料层结构时常遭到破坏，电极不能深入炉内，生产效果下降，同时由于炉气不能均匀排出，温度过高形成炉内局部高压，有时烧坏设备和烧塌炉眼，使碳材不能正常参加反应，影响电石发气量和产量，如果此时正在出炉将造成干眼和生料出现，电极迅速上抬，不及时处理还会烧坏炉壁、缩短炉龄。

五、出炉操作

（一）圆钢捅入炉内，感觉炉风很疏松，圆钢上粘有较厚的电石时，说明炉温高，电石质量高，炉内畅通。

（二）炉内疏松，而圆钢粘电石较薄，说明电石质量不太高，但炉内还是畅通的。

（三）如果炉内坚硬，甚至夹住圆钢上粘的电石较薄或夹杂生料，说明炉温低，炉内不畅通，有塌料现象。

（四）圆钢捅不到深处，说明炉内产生隔墙，这种隔墙可能是生料夹杂电石而凝结在炉底或其他杂质粘结在炉底。

（五）炉眼捅不进，但可从上面捅进去，俗称打吊眼，说明炉底温度低或积渣多。有时也可能由于炉眼烧得不好而引起。

从以上情况可以看出，要想把生产搞好，除了炉上正确掌握操作外，出炉操作也是很重要的。特别是在密闭电石炉上，如果炉子出得不好，导致炉不畅通或局部积存电石过多，最后会出现翻电石现象，而密闭炉又最怕翻电石。所以要间隔相当长的时间才出一次炉。

六、设备维护

在电石生产中，电流通过电极输入炉内，产生电弧，进行冶炼电石。电极起着导电和传热的作用，在电石炉生产中占有极其重要的地位。电极出现故障，会影响整个电石炉的正常生产，有时会造成长时间的热停炉，甚至瘫痪，浪费人力、财力，严重时会造成伤亡事故。因此，实际生产中应尽可能地维护好电极，避免和减少电极故障。

在前面提到了对于电极糊的使用管理，特别要注意在夏季及冬季更换使用不同挥发份的电极糊，避免电极过早焙烧成型，烧损电极壳。除此之外，在操作时控制操作电流也是保护电极的非常重要的，前段时间，我们在进行生产时，对于操作电流管理不严，操作工在操作时对于电流很不敏感，超电流的现象经常出现。结果也造成了我们的电极筒损坏，引起电极底环漏水，从而让我们的电石炉长时间停炉检修。

电石炉炉体与炉盖是电石生产的基础设备，对于电石炉体与炉盖要定期检查，发现隐患尽早处理。特别是要利用每次停炉机会，对炉盖上的灰尘，杂物进行清理，严禁有金属和碳材留在上面，破坏绝缘，引起刺火导致漏水。

对电石炉的定期养护：是电石炉设备正常运转的有力保障，同时也有利于及时弥补由于非正常操作对炉体保护层所带来的损害，使之能够长期稳定的运行。

总结：电石炉生产是一个多变量、非线性、强耦合、时变及随机干扰性较强的复杂过程。其整个生产的过程连续性相当强，任何一个工序出现问题，就会影响到整个生产的稳定，并形成恶性的循环，进一步延长生产波动时间。所以我要在使得电石炉长期稳定的运行，那么就要对上述所有的环加都加于有效的控制。