电石生产工艺论文Word文档下载推荐.docx
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在空气中能吸收水分。
加水分解成乙炔和氢氧化钙。
与氮气作用生成氰氨化钙[2]。
电石是有机合成化学工业的基本原料之一。
是乙炔化工的重要原料。
由电石制取的乙炔广泛应用于金属焊接和切割。
生产方法有氧热法和电热法。
一般多采用电热法生产电石，即生石灰和含碳原料（焦炭、无烟煤或石油焦）在电石炉内，依靠电弧高温熔化反应而生成电石。
生产流程如图所示。
主要生产过程是：
原料加工；
配料；
通过电炉上端的入口或管道将混合料加入电炉内，在开放或密闭的电炉中加热至2300℃左右，依下式反应生成电石：
GaO+3C→CaC2+CO[4]。
熔化了的碳化钙从炉底取出后，经冷却、破碎后作为成品包装。
2.电石生产主要设备
2.1电石炉的类型
电石生产过程的主要设备是电石炉，包括开放式、半密闭和密闭电石炉。
开放式耗能大，已逐渐被淘汰，现在实际生产使用的电石炉为半密闭电石炉和密闭电石炉。
为充分利用炉气，节能降耗，发展方向是大型化、密闭化和自动化。
＜10000kVA小型电石炉
10000～25000kVA中型电石炉
＞25000kVA大型电石炉
2.2埃肯电石炉
2.2.1埃肯电石炉简介
八十年代引进的埃肯炉是属于环保节能型电石炉。
相配套的工程有德国威玛斯特气烧石灰窑。
电石炉包括炉气干法净化，中空电极等，全密闭技术。
九零年投产以来，发现不少缺陷，因而乌海新建时做了部分修改，称之为改型埃肯炉。
该炉电炉变压器容量为8500KVA*3=25500KVA，电炉平均功率为19000KW。
设计电石产量为45000吨/年台。
（本公司为9000KVA*3=27000KVA,年产50000吨/年台）
2）改型埃肯炉主要做如下改型:
（1）出炉烧穿器的修改借鉴了国内成熟的技术和德国德玛科公司烧穿器的特点，使之行进、操作灵活。
（2）出炉烟道加大加深，使之更有效的汇集出炉的烟气，改善了炉前操作环境。
（3）炉盖观察孔改为通水结构，防止炉盖变形，增强炉盖密封性能。
（4）原环形加料器驱动装置的离合器取消，改为电机直连。
（5）炉气干法净化。
现将改型后电石炉设施及流程简介如下：
密闭电石炉技术性能
炉型：
密闭、固定圆柱式
变压器容量9MVA*3=27MVA
变压器台数3台
单台变压器容量9000KVA
电极直径Φ1250MM
电极电流密度6.5A
电极间距3140mm
炉体直径（内径）Φ7850mm
炉体深度2700mm
炉顶料仓容积6m³
炉顶料仓数量12个
料管直径Φ325/Φ305mm中10Φ236/Φ220
环形加料机Φ8600mm
出炉口数3个
路口烟道直径DN550m
2.2.2电炉炉体
（1）由炉壳、底座、保护罩、出炉口、陆地触电装置、炉地热电偶等组成，炉壳上部水冷的钢板为整体焊接结构，三个出炉口沿圆周互成120º
均布。
底座扣在中间有风道的钢筋混泥土基础上，冷风经中间风道送入。
沿底座劲向风，炉壳向上排除，以保护炉衬。
（2）炉衬是一个复合式衬里，炉壁用高铝砖，出炉口用钢玉砖，炉底用自焙炭砖砌筑。
衬里与炉壳间隙处用优质耐火纤维衬，要求耐压而富有弹性，一吸收内衬的膨胀。
在耐火纤维之内砌高铝砖。
其砖的AI2O3含量要求≥65%。
在耐火砖上载砌以炭砖，以减缝隙，在缝隙之中填充粗细缝糊.粗细缝糊的使用时根据条件的不同的部位采用不同糊料。
（3）出炉口处用钢玉砖砌筑，出炉口上部以周围部位仍用高铝砖。
炉底采用自焙烧炭砖。
三个炉底热电偶分别位于三根电极下部测定炉底温度。
在自焙烧炭砖中装设三组炉底底线，沿周围120º
外接变压器出线端。
供烧穿炉眼用[6]。
2.2.3组合式把持器
电极升降采用液压吊缸、缸低与平台、活塞杆与电极吊挂框之间由球头接头连接。
避免别劲。
设电极辅助吊挂装置。
供检修吊挂电极用。
电极压放装置见下图2-2主要有液压压放装置和辅助夹持器组成，压放装置用于支承电极和压放电极。
辅助夹持器用于安装和检修液压装置时支承电极。
每更电极有六组压放装置，每组压放装置均有一个压放缸和一个压紧缸组成。
六组压放装置围绕一根电极安装在电极上部压放平台上见下图2-1。
通常六组压放装置的夹紧缸弹簧力牢固地夹住电极壳上部的六条筋片。
压放平台的二端与二个升降油与活塞杆端部铰接。
1-夹体装置2-调整螺栓3-盘状弹簧4-电极5-筋板
6-夹紧片7-夹紧液压缸
图2-2电极压放自动夹
1-电极压放装置2-电极升降装置3-发放平台4-把持阁5-电级壳6-短网支架7-铜母线8-连接套9-水冷保护套10-电极图
2-1组合电极柱
2.2.4电极压放程序
当需要压放电极时，升降油缸停留在某一位置部动，电极在压放装置的作用下给炉内经行炉内压放每次仅给压放量20mm。
其压放程序如下：
A、第一组压放装置的夹紧缸打开，压放缸上升20mm，夹紧缸夹住电极外筋片。
B、第二组压放装置中夫人夹紧缸打开，压放缸上升20mm
C、第三组以及各组重复以上过程，直到第六组压放装置全部动作完毕，在新的位置上做好压放准备。
D、按下压放按钮，六组压放装置同时动作。
将电机压放20mm，全部电机压放程序完成。
2.2.5电路低压供电设备
电路工作时所需的大电流是通过二次母线和电极上的导购电筒管以及电柱下部的接触元件传给电极的。
接触元件二块铜接触通过四组蝶形弹簧连接而成，二块接触块在弹簧力的作用下给电极筋片以一定的夹紧力。
这个夹紧力除了有利于大电流过外，它对电极提供一部分悬挂力，接触元件是靠水冷系统冷却的。
冷却水通过导电铜管进入接触元件一端，再从另一端经导电铜管流出。
组合把持器是埃肯公司开发并在铁合金电炉首次采用。
且运行良好，现在推广在电石炉上，其特点是改变了传统的锥行环压紧导电板的结构，由于导电元件与电极外翘连接，其接触面大大小于导电板与电极的接触面，而且导电方式也有所改变，改善了自焙电极的焙烧的条件，焙烧温度在上移，增加了电极度，事故减少。
而且避免了导电板与电极间因接触不良烧坏板的故障。
组合电极柱的组成及要求：
（1）组合式把持器（均为一相电极）
铜管¢
65/4012根
内部冷却水铜管1套
底部换6块
吊挂元件12个
电极壳1组
铜缆线连接套12根
非磁性水冷却保护套6块
接触元件12组
接触元件弹簧及螺栓12组
（2）电极压放装置
压放油缸6件
夹紧油缸6件
遥控液压装置6套
在现场的手动及自动压放操作盘1面
电极加热元件12+6+6kw
加热元件风机N=1253NM/h
风压30mm水柱
（3）点极升降装置
吊挂是液压缸及附件2套
升降高度1500mm/min
提升能力20吨*2
把持器吊挂辅助设备1套
为了保护接触元件及其内部的弹簧，导电铜管与接触元件之间的银焊点免受高温损坏，在接触元件外部有六块不锈钢弧形板组成圆形水冷保护套。
在接触元件的地步有六块铜质弧形段组成圆筒形底环。
底环商铺设气封垫和耐火纤维毡壳避免炉内高温露脐从底部环和电极之间的间隙处窜入电极内部损坏接触元件等零部件。
2.2.6炉盖
炉盖采用全密闭分体式水冷结构，共有六组边缘水冷段和一块中心块组成，各连接处用螺栓连接并用耐高温材料绝缘密封，炉盖下沿与之间采用砂子密封，炉盖上沿电极入口处装有水冷密封套，该水冷密封套对电极其密封剂导向作用。
炉盖设防爆孔、观察孔、检修孔、电极孔、加料孔、炉气排出孔等。
炉盖组装后通水试压，压力为0.46MPa30分钟不得惨漏。
2.2.7加料系统
（1）环形加料机
它的作用是把上料皮带机送来的炉料，分送到每一个炉顶料仓。
他是当前国内电石炉上最好的给料装置。
连续给料，给料能力大。
能使上料系统自动化，比皮带给料机简单，设备少。
易管理，比多料斗环形加料机可靠，检修工作少。
旋转盘上设耐磨板，刮板为气动操作。
气缸上有磁性开关，刮板动作准确，机体外面有密封罩。
罩上有吸风口，含尘气体用作除尘器净化后放空，利于环境保护。
传动装置的变速器为星摆线针轮减速机，体积小。
（2）环形加料仓
有12个炉顶料仓和12根料管组成。
每个料仓仓上均设上下料位计，上料料位计用于求料，下料料位计用于报警，料位不能低于下料位，以防料气溢出。
来哦藏中设一料斗，把电石需要的校正料早的通过料管送到位。
每根料管上下均设一道手动针形阀门，供给检修时切断炉料。
12根料管包括6根相同料管和6根边缘料管，把炉料加到电极间和电机周围，满足冶炼要求，相间料管位磁场较强部位，用防磁钢制造。
减少损失，在开炉初期为防止漏水。
确保安全生产。
采用不通水。
2.2.8水冷却系统
水冷却系统由外部供水系统和厂房内设的三个水分配器构成。
第一水分配器供设27路冷却水，冷却电极密封段，炉盖，炉门。
第二水分配器供设33路冷却水分别冷却三相电极柱。
第三部分水分配器供设共设28路，分别冷却荒炉和炉气烟道。
炉气抽出烟道。
另设一路水供液压站。
说以冷却水均装有温度指示报警和断水报警。
2.2.9液压装置
由液压站和压放装置组成液压站供设有四个供油系统，及每相电极升降油缸为一个系统，三相电极压放为一个系统，另设一个备用系统，备用系统可随时代替另一个系统。
为了冷却过滤设过滤油冷却系统。
液压站由油泵，阀件及点接点温度计、液位继电器、压力继电器等构成。
压力最高使用压力为16MPa。
2.2.10电炉自控系统
电石生产和碳素生产采用集中控制和就地控制相结合的方案，其他采用操作室集中控制。
电石生产采用埃肯公司技术，包括原料配比与输送控制，电极压放，电极恒电流，恒电阻控制，具有自动控制功能有能手动操作，电石炉炉气利用装置在控制室内，重要参数均在室内经行记录、显示、累计自动控制和遥控。
设有模拟流程图，环设有声光信号，报警灯保护措施，在爆炸危险区设有可燃气体检测报警器。
当泄露气体超标时，在控制室内经行声光报警。
仪表选型具有九十年代先进水平，全厂自动化技术先进，节能措施可靠，具有国内同行业同类型工厂领先水平。
主要控制和监测点：
、
（1）原料部分：
原料运送量指标。
（2）碳材干燥：
空气总管压力指示温度报警。
干燥前后气体温度，压力指示报警。
（3）电石生产：
原料输送配比控制。
电极把持器位置报警。
电极压放指示连锁。
电石炉底衬里温度记录报警。
电石厂房微量一氧化碳指示报警。
冷却水温度指示报警，断水指示报警。
（4）电机壳制造：
压缩空气总量压力指示报警。
上水总管压力指示。
减压后空气总管温度压力指示。
（5）装置循环水：
供水总管温度、回水总管温度指示。
供水总压力指示报警。
循环水泵出口压力指示。
供水总管流量，补充水流量、排水亮亮指示、累计。
热水池水位，冷水池水位指示连锁报警。
加氯间漏氯指示报警。
2.2.11碳材干燥
开放式电石炉一般采用不烘干的含水碳材原料，密闭炉对碳材含水量要求严格，固含水高的碳材加入密闭炉中将产生不良的后果。
（1）因碳材与石灰一起加入电石炉，由于含水，可使石灰发生消化作用，易造成投料管阻塞。
（2）石灰由于粉化，会恶化炉料透气性，引起电石崩料，如果频繁发生则会使融化电石绷起附着与炉盖和其他设备上过易烧毁设备，造成漏水。
（3）炉的设备是谁冷的，炉内漏水用气分仪分析是否产生H2来判断，由于碳材含水波动大，导致炉气中H2含量分析波动大，无法判断炉内设备是否漏水。
因此碳材必须经行干燥，焦炭水分降至1%以下。
短时间允许使用含水量2%以下焦炭。
碳材干燥使用的回转窑选用¢
2.4*18，能力20吨/小时台的烘干机二台，烘干用的热风炉供给
[5]。
3.电石生产的原料
3.1焦炭
焦炭是在炼焦炉中将煤隔绝空气加热到900～1200℃而得到的固体产物，主要成分是固定碳，挥发物较少，燃烧时无烟。
为灰黑色具有金属光泽，坚硬多孔，燃烧热大约250～320Kj/kg。
焦炭主要用于钢铁的冶炼和铸造，也用作化学工业的原料或燃料。
电石生产对焦炭的要求：
焦炭为电石生成提供碳质元素。
生产电石时焦炭的固定碳含量、水分、粒度等对电石炉的操作都有影响，对焦炭的一般要求是：
C≥84%，灰分≤5%，挥发分≤1.5%，水分≤1%，S≤1.0%,粒度5～25mm,最佳（5——12）mm
无烟煤
成分要求：
C≥81%S≤0.3%P≤（0.01—0.003）%灰分≤9.9%挥发份≤8.6%
兰炭：
C≥85%
总之，对碳素原料的要求：
固定碳高，电阻大，活性好，灰分，水分和挥发份要少，粒度适当。
3.2石灰
石灰是指煅烧石灰石分解而得到的固体物，又称生石灰，主要成分是氧化钙（CaO）。
纯石灰为白色，熔点2580℃。
含有杂质时呈淡灰色，一般成块状，具有吸湿性遇水易粉化。
石灰与水作用时生成氢氧化钙（熟石灰）并且放出大量热，与酸性物质能发生剧烈反应，具有较强的腐蚀性。
电石生产对石灰的要求：
石灰为电石生成提供钙质元素。
在电石生产中，对原料石灰中氧化钙的要求需达到92%以上。
除生烧过烧外，对杂质的含量必须控制在一定范围内，尤其是镁的含量，其含量越低越好。
其含量如果超标，对炉体耐火砖形成侵蚀，还堵塞炉气抽出，会影响发气量。
在电石生产过程中大约有15%的氧化镁与氮反应生成氮化镁，导致电石发粘在炉内不易流出，影响产量和操作。
硅的含量也不能高出指标，因为硅铁会沉积于炉底，使炉底升高，流出的硅铁会损坏炉壁，流料嘴，冷却锅等。
因此石灰的质量关系到电石生产过程的操作和产品质量。
生产电石对石灰的基本要求是：
CaO≥92%，MgO≤1.6%，生烧≤5%，过烧
≤5%，粒度（5～40）mm，粒度合格率≥90%。
3.3电极糊和电极
3.3.1电极的特性
电石炉是一种电弧炉，电流通过电极输入电石炉内转化为热能。
电石炉的电极采用自焙烧电极，即利用电石生产中自身产生的热量，使电极壳内的电极糊经过熔化、烧结，并在高温下进一步石墨化，形成强度及导电性良好的碳素电极。
生产中电极不断消耗，不断向电极壳内加入电极糊。
因此电极糊既是制造电极的原料，也是电石生产中碳素原料的一部分。
连续式自焙烧电极既是电石炉中的重要组成部分，又是电石炉的心脏，它起着导电和传热的双重作用。
电弧炉对电极的要求是：
（1）能耐高温且热膨胀系数要小。
（2）电阻系数小，在传导电流时电能的损耗少。
（3）具有较小的气孔率。
（4）机械强度要高，不致因机械与电气负荷的影响而折断，同时要经受得住生产过程中炉料崩塌等的侧击打压。
3.3.2电极糊
对电极糊的控制指标主要有固定碳、挥发份、灰份和水份等。
电极糊中灰份含量要求越低越好，但限于原料来源，一般要求密闭电极糊不高于5%。
灰份过高使强度差，电阻大，电耗高，电极糊消耗量就大。
电极糊的质量需要通过烧结后，检验其机械强度、电阻系数、气孔率等参数。
一般要求电极糊烧结后达到下列要求：
（1）电阻系数55～75欧·
毫米2/米；
（2）抗压强度140～200公斤/厘米2；
（3）假比重1.36～1.45克/厘米3
（4）真比重1.8～1.9克/厘米3；
（5）气孔率25～28%；
（6）电流密度6～9安/厘米2。
3.3.3制造电极糊的原料
主要原料为碳素材料，因碳具有能承受在电石生产中的高温、其氧化物为气体、导电性能良好、与许多化学物质不易反应等性质。
制造电极糊的原料有固体碳素原料和粘结剂两大类。
固体碳素原料：
（1）无烟煤除价格便宜外，能改进电极糊的使用质量。
无烟煤是致密的、带有金属光泽的黑色油脂矿物，优点是含碳量高，机械强度大，挥发物少。
制造电极糊用的无烟煤，其灰份含量一般要求稳定在8%以下，挥发物要小于7%。
（2）焦炭焦炭是制造电极糊，尤其是生产石墨化电极的最重要的原料之一。
最有价值的焦炭为低灰份的焦炭，其灰份含量不超过1%，包括石油焦和沥青焦。
（3）人造石墨在电极糊中加入灰份含量不超过1%的人造石墨，可以增加烧结电极的导电系数，导热系数和热稳定性。
粘结剂：
当电极糊在自焙烧结时，粘结剂所剩下的焦化残渣能使电极的强度增加和质地均匀，最好的粘结剂为煤沥青和煤焦油。
3.4电极的烧结
在电极壳内进行，电极端头产生电弧达到3500℃，而热量自下向上传导，故电极糊由上向下降落时受热越来越高，逐渐烧结，电流通过电极时电阻大，输入的功率部分变成电阻热，炉面热量通过传导和辐射到电极，使电极表面温度提高受热电极糊被烧结而形成电极。
4.4.1电极糊烧结过程
（1）软化阶段熔化液态120～200℃，颚板以上500mm。
（2）挥发阶段充分熔化沿电极壳内截面流动，充填空隙使均匀，挥发急剧而呈糊状，650～750℃，大致在半环部位。
（3）烧结阶段电极烧结为坚硬整体。
完全烧结高度为导电颚板下部200～400毫米处，900～1000℃。
电极受到表面氧化、炉内反应作用、逐渐烧损，需按其消耗情况控制烧结，并把已烧结的电极往炉内下放，使它保持适当的工作长度。
4.电石生产工艺中工序流程
4.1碳材干燥
焦炭自原料场→炭料仓→焦炭固定筛→焦炭振动给料机→耐高温胶带输送机→双层振动筛→配料站日料仓→
流程说明
合格粒度焦炭（≤25mm）兰炭分别送于湿焦仓或湿兰炭仓由仓下电机振动给料机，把焦炭或兰炭送入回转烘干机经行烘干，经过烘干后的物料由胶带输送机经双层振动筛再运往配料站。
表4-1物料规格
序号
名称
化学名称
水份
粒度
备注
挥发份
固定碳
≤1%
0-25mm
1
冶金焦
15%
1.5%
84%
2
机兰炭
10%
2%
86%
≤2%
4.2配料站工艺流程图
4.2.1配料站物料流程图（见下页）
自石灰料场自焦炭烘干
4.2.2流程说明
A原料筛分：
由烘干窑来的焦炭和到振动筛上的筛分。
筛分后粒度为（5-25mm）之间的焦炭有胶带输送机送到料仓，由破碎机来的石灰经胶带运送机在直接加到振动筛上经行筛分，筛分后粒度在（8-50）之间的石灰经胶带输送机进入料仓。
B快料配料及输送：
粒度在（8-50）mm的石灰从料仓下落经振动给料机均匀加入称量斗进行称量。
C粒度在（5-25）mm的焦炭经料仓下落经振动给料机均匀加入称量斗。
称量石灰，焦炭按一定重量经行称量，配料称量由计算机控制。
称量后，石灰，焦炭分别从称量斗放出经给料机加到胶带输送机，由胶带输送机依次送到胶带输送机环形加料机再御入炉料仓中。
4.3电石及破碎物料流程
（1）电石及破碎物料流程图
来自配料站的混合物原料
（2）流程说明：
由配料站输送的已配好的炉料经皮带机进入环形加料机至炉顶料仓（至加料管进入电炉）经熔炼后的电石每小时出炉一次，在有牵引力设备的电石炉内冷却24小时经破筛机破碎，包装，计量入库。
（3）破碎机工艺流程图4-3
图4-3破碎机工艺流程图
4.4电石生产
4.4.1电石生产工艺要求及操作重点
（1）开炉的方法：
火烘炉焙烧电极约48小时，送点经行电烘炉。
约在48小时内炉况基本正常，操作简易行较为安全。
目前不少单位采用此法。
（2）电炉烘发：
在送点焙烧电极越18日，电炉功率达到1万千瓦后炉况开始转向正常，约在25日炉况基本正常。
电烘烤发国外大多数采用此法。
国内埃肯炉大多数厂家云采用此法，有关开炉及操作要点，详见电石生产工艺规章及操作规章。
（3）正常工艺条件
表4-2
指标
1石灰指标
CaO
≥92%
8-50mm
2碳素材料指标
≥84%
灰份
≤15%
S
P
≤0.05
5-25mm
3电极糊指标
固定
≥82%
≤4%
挥发分
14%
比电阻
50-60mm
真密度
1.88g/cm
体积密度
1.43g/cm
抗压强度
29MPa
延伸率
7.9%
4电气参数
二次电压
184-205V
19级-24级
二次电流
80000A
一次电流
420A
操作电阻
1-1.3毫欧
电炉功率
18-20.4MW
C3
9.3-10
小时产量
5.5-6.2T
5炉料配比
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