如何穩(wěn)定電石爐生產(chǎn)

劉建

（神木能源發(fā)展有限公司，陜西 神木 719300）

一、前言

電石爐生產(chǎn)是一個多變量、非線性、強(qiáng)耦合、時變及隨機(jī)干擾性較強(qiáng)的復(fù)雜過程。電石生產(chǎn)分為原料貯運(yùn)、石灰生產(chǎn)、炭材干燥、電石生產(chǎn)、電石冷卻及電極殼制造6個工序。其整個生產(chǎn)的過程連續(xù)性相當(dāng)強(qiáng)，任何一個工序出現(xiàn)問題，就會影響到整個生產(chǎn)的穩(wěn)定，并形成惡性的循環(huán)，進(jìn)一步延長生產(chǎn)波動時間。下面，將通過電石生產(chǎn)的工藝流程分別來講述一下，我們?nèi)绾卧谏a(chǎn)中抓好各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)，從而穩(wěn)定電石整個生產(chǎn)。

二、對原料的要求及管理

（一）把好原料入廠關(guān)，盡量避免指標(biāo)不合格的原材料進(jìn)入電石爐內(nèi)影響生產(chǎn)。原材料揮發(fā)份過高，容易造成爐面結(jié)塊，使電極周圍形成空洞，阻礙爐料正常的自由下落導(dǎo)致爐壓不穩(wěn)；原材料粉末多：爐內(nèi)粉末易燒結(jié)成硬塊，造成電極周圍空洞，爐氣排出不暢，使高溫爐氣從局部排出，沖擊料層使?fàn)t壓波動；石灰氧化鎂含量高造成局部溫度升高爐氣不能及時排出使?fàn)t壓不穩(wěn)；原料粒度小于下限值的太多。

（二）對于石灰的生產(chǎn)過程要嚴(yán)格控制。石灰石堆場中的雜石要揀出來，石灰生燒過高及石灰粉化率過高是影響電石生產(chǎn)非常大的因數(shù)，在生產(chǎn)過程當(dāng)中，注意產(chǎn)量與生過燒之間的平衡。

（三）控制碳材水分。碳材水分高造成H2 含量高，料面溫度升高，爐內(nèi)經(jīng)常噴火結(jié)殼使?fàn)t壓嚴(yán)重不穩(wěn)；塌料頻繁等等，對于生產(chǎn)也非常影響。

（四）對于碳球的管理。主要就是控制住它的強(qiáng)度，降低它的粉化率。

（五）采用合理炭材摻燒比例。雖然在考慮成本時，由于焦炭價格高，蘭碳及碳球價格低。但是在考慮生產(chǎn)中，焦炭活性好，雜質(zhì)少等特別更有利于穩(wěn)定生產(chǎn)，所以在生產(chǎn)當(dāng)中，盡量摻燒大部分焦炭。若因為追求成本，在摻燒當(dāng)中使用大量的蘭碳及碳球使得生產(chǎn)不穩(wěn)定，設(shè)備損壞過快，影響生產(chǎn)時間那是得不償失的。

（六）對于環(huán)加除塵系統(tǒng)加強(qiáng)維護(hù)和技改。讓更少的粉塵更進(jìn)入到電石爐前，減少爐前塌料。

（七）定期對配料站稱量系統(tǒng)進(jìn)行校定檢查。確保配比能精確。

三、對電極糊的管理

電極糊經(jīng)單軌吊從地面提升到各電極筒頂部倒入電極筒內(nèi)。密閉爐對電極糊的要求甚嚴(yán)，主要是考慮其的成份，揮發(fā)份和強(qiáng)度，要求壓放彈性幅度大，流動系數(shù)合理。我們公司所有的電石爐均為Elkem 型電石爐，由于其采用的組合式把拭器的特殊性，很少發(fā)生電極軟硬斷事故。當(dāng)然這和電極糊的質(zhì)量是密不可分的，電極糊的揮發(fā)份是一個至關(guān)重要的工藝指標(biāo)，而且需要在不同的季節(jié)使用不同揮發(fā)份的電極糊。以前我們對于這個指標(biāo)認(rèn)知不夠，結(jié)果造成了電極焙燒過快，燒損電極筒，損壞底環(huán)的事件經(jīng)常發(fā)生，停爐檢修使用大停生產(chǎn)時間。也讓電爐溫度達(dá)不到工藝要求。

電極糊的貯存一定要貯存在專用的倉庫內(nèi)，嚴(yán)禁灰塵與水進(jìn)入到電極糊。

四、工藝操作

（一）電能由變壓器和導(dǎo)電系統(tǒng)經(jīng)自焙電極輸入爐內(nèi)，石灰和碳素原料在電阻電弧產(chǎn)生的高溫（2000～2200℃）下轉(zhuǎn)變成電石。冶煉好的電石每隔一小時左右從爐口出爐一次。生成電石需要大量的熱來完成。熱量的來源就是靠輸入的電能轉(zhuǎn)換和爐內(nèi)碳材的燃燒，所以電爐內(nèi)的溫度在某種程度上決定了電石的質(zhì)量和產(chǎn)量。同時它也是一個可逆反應(yīng)，這就是我們不能總把電石長時間留在電石爐內(nèi)的原因。工業(yè)電石是由生石灰和碳素材料在電爐內(nèi)按方程CaO+3C →CaC2+CO–466kJ/mol 制得。它是一個強(qiáng)吸熱反應(yīng)在溫度>1600℃才以顯著速度進(jìn)行。此反應(yīng)按兩步進(jìn)行：a.CaO+C →Ca+CO;b.Ca+2C—CaC2，在電爐內(nèi)反應(yīng)主要在CaC2-CaO 熔融物中進(jìn)行，溶解在熔融物中的CaO 遷移到焦炭顆粒表面這一步是反應(yīng)的速度控制步驟，在焦炭表面上生成的CaC2 馬上又熔于熔融物中。當(dāng)反應(yīng)溫度高于2000℃，又會發(fā)生副反應(yīng):a.CaC2 →Ca+2C；b.CaC2+2CaO →3Ca+2CO。工業(yè)上操作溫度介于1800-2100℃，制得的電石CaC2 含量約為80%，其余為CaO 和原料帶入的雜質(zhì)。

在電石爐內(nèi)，石灰和電石會形成低共熔化合物，純石灰和純電石熔點分別為2580℃和2300℃，低共熔溫度隨電石和石灰的比例不同而不同，當(dāng)電石成分為69%，石灰含量為31%時，共熔點達(dá)最低點1750℃。若電石成分改變,共熔點溫度也隨之變化。當(dāng)有較多量的石灰存在時，在電石爐內(nèi)是不可能得到與石灰分開的純電石的。電石與石灰會共熔，共熔的速度是很快的，只要純電石一生成，就與石灰共熔了，共熔體的石灰成分不會高于50%。如果要生產(chǎn)一級品，電爐溫度要在2000℃以上。

電石生產(chǎn)過程為：加料→升溫→保溫→出爐→提溫。前面講到電石爐是一個多變量、非線性、強(qiáng)耦合、時變、工作環(huán)境惡劣及隨機(jī)干擾性較強(qiáng)的復(fù)雜系統(tǒng)。這就使該系統(tǒng)的電極位置、電弧長度、電弧電流以及系統(tǒng)功率很難保持在最佳狀態(tài)下運(yùn)行，受多種條件的制約。

（二）減少明弧操作，提高爐溫

根據(jù)相平衡圖可知，電石爐的爐溫越高，配比越高，電石的質(zhì)量越好，流動性越好。根據(jù)計算及生產(chǎn)實踐得知，當(dāng)爐溫從1900℃提高到2100℃時，反應(yīng)速度常數(shù)可增大51 倍?？梢姞t溫的影響是巨大的，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了焦炭和石灰粒度等原料因素對反應(yīng)速度的影響，造成噸消耗電量增加；另外，長時間明弧操作，可引起爐底上移，熔池縮小，液體電石就可能與爐料黏結(jié)在一起，操作因而出現(xiàn)困難，嚴(yán)重時引起噴料和燒壞爐蓋，威脅設(shè)備和操作人員的安全。因此，生產(chǎn)中不允許明弧操作，以提高爐溫，獲得優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。

（三）防止噴料的形成

在電石生產(chǎn)過程中經(jīng)常發(fā)生爐壓不穩(wěn)、爐蓋躥火、電流瞬間大幅波動的現(xiàn)象。經(jīng)常性的爐壓不穩(wěn)，必伴隨著電極外圍溶洞的出現(xiàn)。熔洞內(nèi)聚集著熾熱的爐氣，使用于冶煉電石的大量的熱上升到爐面，又由于其強(qiáng)大的沖擊力使溶洞不斷擴(kuò)大，爐內(nèi)料層結(jié)構(gòu)時常遭到破壞，電極不能深入爐內(nèi)，生產(chǎn)效果下降，同時由于爐氣不能均勻排出，溫度過高形成爐內(nèi)局部高壓，有時燒壞設(shè)備和燒塌爐眼，使碳材不能正常參加反應(yīng)，影響電石發(fā)氣量和產(chǎn)量，如果此時正在出爐將造成干眼和生料出現(xiàn)，電極迅速上抬，不及時處理還會燒壞爐壁、縮短爐齡。

五、出爐操作

（一）圓鋼捅入爐內(nèi)，感覺爐風(fēng)很疏松，圓鋼上粘有較厚的電石時，說明爐溫高，電石質(zhì)量高，爐內(nèi)暢通。

（二）爐內(nèi)疏松，而圓鋼粘電石較薄，說明電石質(zhì)量不太高，但爐內(nèi)還是暢通的。

（三）如果爐內(nèi)堅硬，甚至夾住圓鋼上粘的電石較薄或夾雜生料，說明爐溫低，爐內(nèi)不暢通，有塌料現(xiàn)象。

（四）圓鋼捅不到深處，說明爐內(nèi)產(chǎn)生隔墻，這種隔墻可能是生料夾雜電石而凝結(jié)在爐底或其他雜質(zhì)粘結(jié)在爐底。

（五）爐眼捅不進(jìn)，但可從上面捅進(jìn)去，俗稱打吊眼，說明爐底溫度低或積渣多。有時也可能由于爐眼燒得不好而引起。

從以上情況可以看出，要想把生產(chǎn)搞好，除了爐上正確掌握操作外，出爐操作也是很重要的。特別是在密閉電石爐上，如果爐子出得不好，導(dǎo)致爐不暢通或局部積存電石過多，最后會出現(xiàn)翻電石現(xiàn)象，而密閉爐又最怕翻電石。所以要間隔相當(dāng)長的時間才出一次爐。

六、設(shè)備維護(hù)

在電石生產(chǎn)中，電流通過電極輸入爐內(nèi)，產(chǎn)生電弧，進(jìn)行冶煉電石。電極起著導(dǎo)電和傳熱的作用，在電石爐生產(chǎn)中占有極其重要的地位。電極出現(xiàn)故障，會影響整個電石爐的正常生產(chǎn)，有時會造成長時間的熱停爐，甚至癱瘓，浪費(fèi)人力、財力，嚴(yán)重時會造成傷亡事故。因此，實際生產(chǎn)中應(yīng)盡可能地維護(hù)好電極，避免和減少電極故障。

在前面提到了對于電極糊的使用管理，特別要注意在夏季及冬季更換使用不同揮發(fā)份的電極糊，避免電極過早焙燒成型，燒損電極殼。除此之外，在操作時控制操作電流也是保護(hù)電極的非常重要的，前段時間，我們在進(jìn)行生產(chǎn)時，對于操作電流管理不嚴(yán)，操作工在操作時對于電流很不敏感，超電流的現(xiàn)象經(jīng)常出現(xiàn)。結(jié)果也造成了我們的電極筒損壞，引起電極底環(huán)漏水，從而讓我們的電石爐長時間停爐檢修。

電石爐爐體與爐蓋是電石生產(chǎn)的基礎(chǔ)設(shè)備，對于電石爐體與爐蓋要定期檢查，發(fā)現(xiàn)隱患盡早處理。特別是要利用每次停爐機(jī)會，對爐蓋上的灰塵，雜物進(jìn)行清理，嚴(yán)禁有金屬和碳材留在上面，破壞絕緣，引起刺火導(dǎo)致漏水。

對電石爐的定期養(yǎng)護(hù)：是電石爐設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)的有力保障，同時也有利于及時彌補(bǔ)由于非正常操作對爐體保護(hù)層所帶來的損害，使之能夠長期穩(wěn)定的運(yùn)行。

總結(jié)：電石爐生產(chǎn)是一個多變量、非線性、強(qiáng)耦合、時變及隨機(jī)干擾性較強(qiáng)的復(fù)雜過程。其整個生產(chǎn)的過程連續(xù)性相當(dāng)強(qiáng)，任何一個工序出現(xiàn)問題，就會影響到整個生產(chǎn)的穩(wěn)定，并形成惡性的循環(huán)，進(jìn)一步延長生產(chǎn)波動時間。所以我要在使得電石爐長期穩(wěn)定的運(yùn)行，那么就要對上述所有的環(huán)加都加于有效的控制。