第一讲 密闭电石炉的先进性和电石的性质 1、密闭电石炉的先进性
1） 密闭炉盖——充分利用电石生产时产生的CO燃气，供气烧窑利用。 2） 采用组合是把持器——保证电极的压放稳定可靠、电极的良好焙烧、
节约铜材。
3） 炉气干法净化——即美化了环境，又利用了炉气。
4） 使用了优质的电极糊——降低了电极糊的单耗，减少了电极事故的发
生（配有对电极加热和冷却的风机）。
5） 采用空心电极——利用粉沫原料，降低生产成本。 6） 粉尘煅烧（粉尘中含有CN-）。 7） 计算机自动控制
A．自动配料；
B.电极自动控制（恒电阻、恒电流两种控制方式）
2、电石的物理、化学性质简介 1）化学名：碳化钙
工业名：电石（英文名：Calcium carbide） 分子式：CaC2 C 结构式：Ca C 分子量：64.10
2） 电石的物理性质 a、 外观
化学纯的碳化钙几乎是无色透明的晶体。极纯的碳化钙是天蓝色的大
晶体，颜色象淬火钢。工业电石是碳化钙和氧化钙以及其他杂质合成的混合物，根据杂质含量的不同呈黄色或黑色，含碳化钙较高时呈紫色。电石的新断面具有光泽，吸水后失去光泽呈灰白色。
b、密度
18℃时，纯电石的相对密度为2.22。工业电石的密度与其碳化钙的含量关系见表1。 CaC2含量％ 密度g/cm3 90 2.24 80 2.32 70 60 50 40 30 2.74 2.40 2.50 2.58 2.66
c、熔点
电石的熔点随电石中碳化钙含量的改变而改变，纯碳化钙的熔点为2300℃。碳化钙的含量在69％的混合物的熔点最低，为1750℃。碳化钙的含量继续减少时，熔点反而升高，后降到1800℃，此时混合物中碳化钙含量为35.6％。在此二个最低熔点（1750～1800℃）之间有一个最大值1980℃，它相当于含碳化钙52.5％的混合物。随着碳化钙含量继续减少（即低于35.6％）混合物的熔点又升高。见下图。
熔点℃ σ 影响电石熔点的因素不仅是石灰的含量，氧化铝、氧化硅和氧化镁等杂质也有影响。
d、 导电性
电石能导电，其导电性与电石的纯度和温度有关，碳化钙含量越高，导电性能越好；反之，碳化钙含量越低，导电性能越差。当碳化钙含量下降到70～65％间，其导电性能达到最低值，若碳化钙含量继续下降，则其导电性能复又上升，见图3。
3) 电石的化学性质
电石的化学性质很活泼，在适当温度下能与许多的气体、液体发生化学反应。
①碳化钙不仅能被液态的或气态的水所分解，而且也能被物理的或化学结合的水所分解。
在水过剩条件下，即将碳化钙浸于水中，反应依下式进行：
CaC2+H2O=Ca(OH)2+C2H2
被滴加水分解时，还发生如下反应：
CaC2＋Ca(OH)2=CaO+C2H2
吸收空气中水份而分解：
CaC2+H2O=CaO+C2H2
② 在没有任何水份条件下，将电石在氢气流中加热至2200℃以上时，就有相当量的乙炔发生：
CaC2＋H2＝Ca＋C2H2
当加热到2275℃时，所生成的钙开始升华。
③ 在高温下，干燥的氧气能氧化碳化钙而生成碳酸钙。
2CaC2+5O2=2CaCO3+2CO2
④ 粉状电石与氮气在加热条件下，反应生成氰氨化钙：
CaC2＋N2＝CaCN2＋C
⑤碳化钙能还原铅、锡、锌、铁、锰、镍、钴、铬、钼及钒的氧化物。 ⑥电石中夹杂的磷的化合物，当电石与水作用时，生成磷化氢混在乙炔中；所夹杂的硫的化合物，与水作用时，生成硫化氢，硫化氢在电石被水分解时，几乎完全被水吸收，可是在水量不足时，所生成的乙炔中就会有相当多的硫化氢，硫化氢与碳化钙反应，能象水一样地使它发生乙炔：
CaC2＋H2S＝CaS＋C2H2
4 )乙炔的物理性质
①乙炔的分子式：C2H2 结构式：H－C≡C－H 分子量：26
乙炔在常温和大气压下为无色气体，工业乙炔因含有杂质（特别是磷化氢）而有特殊的臭味。
②乙炔的密度随着温度和压力的变化而变化，当温度在20℃和压力为760毫米汞柱时，乙炔的密度为1.091kg/m3。 ③ 乙炔溶于水和酒精，极易溶于丙酮。在15℃和1大气压下1升丙酮可溶解乙炔25升，在15大气压下，1升丙酮可溶解乙炔为345升。 5 )乙炔的化学性质
①乙炔属于不饱和烃，不稳定，在一定条件下，较易发生分解爆炸，而且和与它能起反应的气体的混合物也会发生爆炸。
乙炔在高温高压下，具有分解爆炸的危险性。如压力为1.5表压以上的工业乙炔，在温度超过550℃时，则可能使全部乙炔发生分解爆炸。其反应式为：
C2H2＝2C＋H2＋16.75MJ
当温度低于500℃，有接触剂存在时，也可能发生爆炸。 ② 乙炔和与它能起反应的气体的混合物具有较强的爆炸能力。
乙炔与氧混合时，如将混合物加热至300℃以上，则乙炔在大气压下即行爆炸。
③乙炔与氯混合时，在日光作用下就会爆炸。
乙炔与氧混合物的爆炸范围为2.3％～93％（乙炔在氧气中的浓度）。 乙炔与空气混合物的爆炸范围为2.5％～81％（乙炔在空气中的浓度）。 ④当乙炔被某溶剂溶解时，乙炔的爆炸能力就降低。湿乙炔比干乙炔的爆炸能力低,随着湿度的增高而减小。当水蒸汽与乙炔之体积比为1：1.15时，通常不会发生爆炸。
⑤在高分解压力与温度，容器的尺寸很大或管道很长时，乙炔会发生爆震现象。爆震的传播速度为1800米/秒～3000米/秒，爆震时所发生的局部压力达到600大气压。
⑥当乙炔与铜盐、银盐及汞盐的水溶液相互作用时，能生成各种金属乙炔的沉淀物，此沉淀物具有爆炸性。
6)工业电石的组成
工业电石中碳化钙含量常为65％～90％，其余为杂质。如碳化钙含量为85.3％的电石，其大致组成如下：
碳化钙（CaC2） 85.3％ 氧化钙（CaO） 9.5％ 二氧化硅（SiO2） 2.1％ 氧化铁和氧化铝（Fa2O3+Al2O3） 1.45％ 氧化镁（MgO） 0.35％ 碳（C） 1.2％
7)电石的用途
电石的用途极为广泛，电石被水分解时生成乙炔，乙炔水合时制得最重要的乙炔衍生物――乙醛。乙醛是合成醋酸的重要原料。乙炔和醋酸缩合制取亚二基－二乙酸酯，进而分解后生成醋酸酐。这些都是制造医药、人造丝、电影胶片、塑料、工业合成树脂的重要原料。用乙炔生产聚氯乙烯已成为电石最重要的用途之一，目前电石法聚氯乙烯产量已达到聚氯乙烯总产量的70%以上，其电石理论消费量占电石总产量的75%。此外电石还用于生产偏二氯乙烯、三氯乙烯、四氯乙烯、1,4-丁二醇、聚乙烯醇等。 用高温分解乙炔可制得乙炔碳黑，乙炔还用于金属切割、焊接。
将粉状电石在1100℃～1200℃的高温下进行氮化，即生成氰氨化钙。60年代氰氨化钙在农业上广泛用作氮肥，70年代开始逐步转为工业用，为双氰胺、硫脲、氰盐熔合物的原料（氰熔体），而且也是制造黄血盐、赤血盐等的主要原料。
电石可直接用作钢铁工业的脱硫剂，生产优质钢。还可用于分析化学中作
为水分的测试剂、用于农业果树等经济作物处理剂，现在还有用于环保行 业用作废水的脱硫剂等。 8) 电石的包装
①电石的包装由腹膜编织袋制成。保证袋内干燥和无电石渣及其他杂物。 ②包装袋上应有牢固标志，其内容包括：生产厂名、厂址、产品名称。 ③包装袋内贴有合格证，由红、绿、黄三种色泽的商标分别表示：优等品、一等品、合格品。并标明净重以及按GB190第四类遇湿易燃物品规定的标志。
④每批出厂的电石应附有质量证明书，证明书内容包括：生产厂名称、产品名称、等级、粒度、重量、批号、生产日期等。 ⑤包装桶注有商标、注明防潮、防水等标志。
9)电石的贮存和运输
电石包装在干燥密闭的包装袋内。电石包装后存放在专用的仓库或防雨棚中，仓库应保持干燥，打开的或已损坏的电石袋不允许存放在仓库中。仓库必须有严格的防水、防火措施，严禁安装上下水管和采暖设备。仓库内禁止积存电石粉尘。 10) 电石的质量标准
电石产品执行GB10665-2004标准 电石质量要求： 指 标 优级品 一级品 合格品 发气量（20℃、101.3kPa）L/kg 305 285 255 ≥ 乙炔中磷化氢（V/V）% 0.06 0.08 ≤ 乙炔中硫化氢（V/V）% 0.10 ≤ 粒度（5mm～80mm）的质量85 分数 ≤ 筛下物（2.5mm以下）的质量5 分数 ≤ 指标名称 第二讲 生产电石的原料 2.2.1 生石灰：
生石灰的质量符合如下条件： CaO ≥ 90％ MgO ≤ 1.5％ 酸不溶物 ≤ 1.0% 生、过烧 ≤ 8%
粒度：5～50mm；粒度合格率≥ 90％ 2.2.2 冶金焦
冶金焦质量应符合Q/JHDS Y 01-2007。 粒度：3～25mm；粒度合格率≥ 90％
灰分 ≤14.0％ 挥发分 ≤2.0％
水 ≤1.0±2.0％ 硫 ≤0.5％ 磷 ≤0.04％ 焦末含量 ≤5％
2.2.3兰炭
兰炭质量应符合Q/JHDS Y 02-2007.
灰分 ≤11.0％ 挥发分 ≤5.0％ 水 ≤1.0％ 硫 ≤0.5％ 磷 ≤0.06％ 焦末含量 ≤5％ 2.2.4气焦
气焦质量应符合Q/JHDS Y 03-2007.
灰分 ≤11.0％ 挥发分 ≤5.0％ 水 ≤1.0％ 硫 ≤0.5％ 磷 ≤0.06％ 焦末含量 ≤5％ 2.2.5 电极糊
2.2.5.1开放炉电极糊质量应符合Q/JHDS Y 05-2007开放炉电极糊标准 灰分 ≤9.0％
挥发分 11.5％～15.5％ 抗压强度 ≥19.6MPa 电阻率 ≤90μΩm 体积密度 1.55g/cm3
密闭炉电极糊质量应符合Q/JHDS Y 05-2007密闭糊标准 灰分 ≤5.0％
挥发分 13.0％～15％ 抗压强度 ≥15.7MPa 电阻率 55～75μΩm 体积密度 1.55g/cm3; 2.2.5.2电炉对电极糊的要求
1）能耐高温，热膨胀系数要小； 2）具有较小的比电阻系数；
3）具有较小的气孔率（电极的氧化速度与此有关）； 4）具有较高的机械强度；
2.2.5.3挥发份高时，造成的不良后果 1）不易烧结，强度差，容易软断；
2）收缩性大，强度差，又可能发生硬断； 3）氧化快，增加点击消耗；
4）焙烧是易发生分层现象，故易造成硬断事故的发生；
5）压放电极时，要减小负荷，且负荷增升素的慢，影响电炉的产量； 2.2.5.4电极硬断的原因及处理方法
1）灰分过高； 2）停电次数多；
3）电极壳内落入灰尘； 4）停电时间长； 5）电极过长；
6）电极加热装置的送风量小。造成过烧 7）电极糊添加不及时；
2.2.5.5电极软断的原因及处理方法
1）电极糊所含的挥发物过多； 2）电极壳太薄；
3）电极壳的制作、焊接质量差； 4）电极压放过快；
5）压放电极后负荷增升速度过快； 6）电极糊架空；
7）电极糊添加无规律 ； 2.3 电石生产原理
2.3.1 电石的生成反应机理
炉料凭借电弧热和电阻热在1800℃～2200℃的高温下反应而制得碳化钙。电炉是获得高温的最好设备，而且能量非常集中。碳化钙的生成反应式如下：
CaO+3C=CaC2+CO－466kJ
实际上电石的生成反应过程是相当复杂的，在电石炉内不单是一个化学反应的场所，也是电磁感应和能量交换的场所。首先在反应区发生如下反应：
CaO＋C＝CaO·C（相互扩散态） CaO·C（相互扩散态）＝Ca（气态）＋CO
Ca（气态）＋2C＝CaC2
从反应区流下来的碳化钙和氧化钙在熔融状态下进行互熔和扩散作用，得到质量均匀的熔融物，并逐渐向下沉降：
mCaC2+nCaO=mCaC2·nCaO
此熔融物在高温条件下再进行熔炼：
mCaC2·nCaO=(m－1)CaC2·(n－2)CaO＋3Ca＋2CO
通过这个反应增加碳化钙的含量，并与上面沉降下来的低质量的碳化钙相混合而保持质量均一，这种质量决定于炉料配比。
电石的实际反应速度，不仅要由化学反应的速度来决定，而且还决定于石灰的渗透速度、焦炭的崩裂分散和扩散速度、焦炭的化学活性等。而影响氧化钙碳化反应速度的根本因素则是炉温的变化。 K＝Ae-E/RT
式中：K――反应速度常数；
A――常数；
E――反应的活化能（粗略估计为200kcal/mol）； R――气体常数，1.98kcal/mol·℃； T――反应温度
如果炉温从1900℃提高到2100℃，反应速度常数为 K1/K2＝eE/R（1/T0－1/T1）＝e200000/1.98(1/2173-1/2373)=e4.0=54.4
如果炉温从1800℃提高到2100℃，则反应速度常数为： K1/K2＝e200000/1.98(1/2073-1/2373)=e6.2=490
所以，炉温对反应速度的影响是十分巨大的。要想提高炉温，主要是靠生产高质量的电石，相应地也要提高电石炉的负荷。在这种情况下，炉膛内的电阻将会下降，电极不容易深入到适当的位置，甚至出现明弧操作，这就会降低各项技术经济指标。通常采用的办法为：适当提高电流电压比，使其能在电阻较低的情况下，仍然进行闭弧操作；掺用部分比电阻较大的碳素材料等。 电石的生成反应是一个吸热反应。为完成此反应，必须供给大量的热能。理论上生成一吨发气量为300 L/kg的电石，消耗于此反应的电能为：
10000.806466000＝1630kWh643600
式中：0.806――发气量为300L/kg的电石是碳化钙的百分含量； 3600――电热，即1kW.h电能完全转化为热能的数值（J/kW.h）
64――碳化钙的分子量。
2.3.2 副反应
生产中，在进行电石生成反应的同时，进行着如下副反应：
CaC2=Ca+2C-60.7kJ CaCO3＝CaO＋CO2-178kJ CO2＋C＝2CO-164kJ H2O＋C＝CO＋H2-166kJ Ca(OH)2=CaO+H2O-109kJ Ca2SiO4=2CaO＋SiO2-121kJ SiO2＋2C＝Si＋2CO-574kJ Fe2O3+3C=2Fe+3CO-452kJ Al2O3+3C=2Al+3CO-1218kJ MgO＋C＝Mg＋CO-486kJ
上述反应大部分是原料中带进的杂质所引起的。发生这些副反应时，不但要消耗碳材和电能，而且有碍电石生成的反应过程，对生产是十分有害的。 2.3.3 影响电石生产及消耗的因素 2.3.3.1 原料中杂质的影响
原料中的杂质主要包括氧化镁、氧化硅、氧化铁、氧化铝等。 当炉料在电炉内反应生成碳化钙的同时，各种杂质也进行反应：
SiO2+2C=Si+2CO-574kJ Fe2O3+3C=2Fe+3CO-452kJ Al2O3+3C=2Al+3CO-1218kJ MgO＋C＝Mg＋CO-486kJ
上述反应不仅消耗电能和碳材，而且影响操作，破坏炉底，特别是氧化镁在熔融区迅速还原成金属镁，而使熔融区成为一个强烈的高温还原区，镁蒸气从这个炽热的区域大量逸出时，其中一部分镁与一氧化碳立即起反应，生成氧化镁：
Mg＋CO＝MgO＋C＋489kJ
此时，由于反应放出强热形成高温，局部硬壳遭到破坏，使带有杂质（Si、Fe、Al、Mg）的液态电石侵蚀了炉底。
另一部镁上升到炉料表面，与一氧化碳或空气中的氧反应：
1Mg＋2O2＝MgO＋614kJ
当镁与氧反应时，放出大量的热，使料面结块，阻碍炉气排出，并产生支路电流。还破坏局部炉壳，甚至使熔灺遭到破坏，堵塞电石流出口。实践证明，石灰中氧化镁含量每增加1%，则功率发气量将下降10～15L/kW·h。
还有部分氧化镁在熔融区与氮反应，生成的氮化镁(Mg3N2)，使电石发粘，造成出炉困难。影响正常生产。
二氧化硅在电石炉中被焦炭还原成硅，一部分在炉内生成碳化硅，沉积于炉底，造成炉底升高。一部分与铁作用生成硅铁，硅铁会损坏炉壁铁壳，出炉时会损坏嘴和电石锅等。
氧化铝在电石炉内不能全部还原成铝，一部分混在电石里，降低了电石的质量，而大部分成为粘度很大的炉渣，沉积于炉底，使炉底升高，严重时，炉眼位置上移，造成电炉操作条件恶化。 氧化铁在电炉内与硅熔融成硅铁。
磷和硫在炉内分别与石灰中的氧化钙反应生成磷化钙和硫化钙混在电石中。磷化钙在制造乙炔气时混在乙炔中有引起自燃和爆炸的危险，硫化钙在乙炔气燃烧时，变成二氧化硫气体，对金属设备有腐蚀作用。
依据氧化物的反应热量平衡计算，平均每公斤氧化物还原需要耗热折电2.5kWh、耗焦0.32kg。如果炭材中灰分增加1%，按焦耗600kg/t计算，则影响电石电耗约600×1%×2.5＝15kWh/t；影响电石焦耗约600×1%×0.32＝1.92kg/t。平均每公斤氧化镁及氧化硅还原需要耗热折电为3kWh、耗焦为0.35kg。如果石灰中氧化镁及氧化硅含量增加1%，按电石石灰耗900kg/t计算，则影响电石电耗约900×1%×3＝27kWh/t，影响焦耗约900×1%×0.35＝3.15kg/t。
焦炭中灰分含量的升高对电石电耗及焦耗具有综合的影响。灰分高即会造成固定碳含量降低，在电石生产时必然会影响炉料的配比，进而影响到炉料的电阻，造成电极上抬、热损失增大。所以在实际生产中，因焦炭灰分升高而造成电石电耗、焦耗的上升值会远远高于以上的计算。据有关生产试验显示，焦炭中灰分每增加1%，电石电耗实际会上升达50～60kWh/t。 2.3.3.2炭素材料中水分的影响
假设焦炭投炉时为25℃，则每公斤水份由25℃上升到100℃需耗热314kJ，而水由100℃化为蒸汽需耗热2256.8kJ。假设有50%的水蒸汽直接由100℃加热到550℃逸出，则需耗热：
0.5×0.482×（550－100）×4.187＝454.1kJ 另外50%水蒸汽与碳作用：
H2O ＋ C ＝ CO ＋ H2－7300kJ/kgH2O 18 12 28 2 0.5 0.33 0.77 0.055 需耗热0.5×7300＝3650kJ
CO＋H2带出热为（0.77×0.259＋0.055×0.26）×（550－100）×4.187＝402.7kJ
这样每公斤水份影响电耗合计为：314＋2256.8＋454.1＋3650＋402.7＝7077.6kJ
折合电能：7077.6/3600＝1.97kWh
假如每吨电石的焦耗为600kg，则焦炭中水份每1%，即影响电耗增加： 600×1%×1.97＝11.8kWh
同时如果焦炭平均含碳量为84%，则碳素与每公斤水分反应增加的焦耗为0.33/0.84＝0.39kg，则焦炭中水份每1%，即影响电石焦耗增加： 600×1%×0.39＝2.3kg
2.3.3.3炭材中挥发份对电石电耗的影响
炭素材料中挥发份对电石生产的危害也是不容忽视的，实践证明，挥发份在炉内有10～15%被分解和碳化，使碳素材料的效率降低。若炭素原料中的挥发份增加1%，则生产每吨电石多耗电3～5kWh/t。另外，挥发份靠近反应区，形成半融粘结状，使反应区物料下落困难，容易引起喷料现象，使热量损失增加。对于开放炉，使炉面火焰增长，操作环境恶化。 2.3.3.4石灰生过烧的影响
大块石灰石中心部位来不及分解就被卸出窑来，这个夹心实际是碳酸钙。在电石炉内这部分碳酸钙要进一步分解成石灰，然后与碳反应生成电石，分解碳酸钙需要热量，这个热量要由电能来提供，这就增加了电耗。此外，还要影响炉料配比，打乱了电炉的正常生产秩序。
按碳酸钙分解反应式：CaCO3=CaO+CO2－1779.5kJ/kgCaCO3计算，每公斤碳酸钙分解后，生成0.44公斤CO2，这些生成的CO2中约有75%左右还会跟碳作用生成CO：CO2＋C＝2CO－3919kJ/kgCO2，需要耗热为3919×0.75×0.44＝1293.3kJ，
根据热量衡算，最终生成的CO2和CO随炉气逸出时带走热量为210kJ。则每公斤碳酸钙在电石炉内分解所耗热折电为约0.91kWh，耗焦为0.11kg。如果按电石石灰耗900kg/t计算，石灰中生烧增加1%，则影响电石电耗900×1%×0.91＝8.19 kWh/t，影响焦耗约900×1%×0.11＝0.99kg/t。
过烧石灰坚硬致密，比重大，反应接触面减小，活性差，影响产品质量和产量。
2.3.3.5 粉化石灰的影响
石灰在生产和贮存的过程中，吸入空气和碳材中的水份而产生一部分氢氧化钙，氢氧化钙在电炉内发生如下反应：
Ca(OH)2=CaO+H2O－109kJ H2O+C=CO+H2－166kJ
在电石生产过程中，粉化石灰不但要多消耗电能和炭素原料，而且还要影响电石操作。炉料中的粉末含量较多时，容易使电极附近料层结成硬壳，产生棚料现象。棚料有两种害处：一是降低炉料自由下落的速度，减少投料量，使电石炉减产；二是阻碍炉气自由排出，增大炉内压力，最后发生喷料和塌料等现象，影响电石炉正常操作。
按照氢氧化钙在炉内反应式进行衡算，每公斤石灰风化后投炉反应，将需要消耗热量4911.5kJ，折电为1.36kWh，需耗焦炭0.21kg。如按电石石灰耗900kg/t计算，石灰风化1%，则影响电石电耗900×1%×1.36＝12.24 kWh/t，影响焦耗约900×1%×0.21＝1.89kg/t。 2.3.3.6 原料粒度的影响
石灰粒度过大，接触面积小，反应速度慢；粒度过小，炉料透气性不好，影响炉气的排出，不仅影响操作，而且有碍于反应往生成电石的方向进行。 碳材粒度的不同，其电阻相差很大。一般是粒度越小，电阻越大，在电炉上操作时，电极易深入炉内，对电炉操作有利。但粒度过小，则透气性差，容易使炉料结块，电炉操作反而不利。
ρ结＝ρ本rac(b)p
根据层堆粒状焦炭电阻测试实验结果，粒状焦炭的名义结构电阻为粒状焦炭的本征电阻与接触电阻之和，可以近似地用下列公式表示： 式中：r－焦粒的当量直径，cm；
p－层堆粒状焦炭所承受的负荷，MPa；
a、b、c－与焦粒几何形状有关的经验常数。
这样，影响粒状焦炭结构电阻的诸多因素就可以分别由焦炭的本征电阻和接触电阻所表现出来。焦炭的本征电阻与温度的变化密切相关，温度越高，其本征电阻越小。而粒径的大小、几何形状、粒度分布和焦层上压力的变化，则会改变堆层粒状焦炭的接触电阻。如果认为焦炭几何形状、粒度分布及焦层上
ρ结＝ρ本ρ接压力固定不变，仅考察焦炭粒度变化对接触电阻的影响，则焦炭粒径越大，其接触电阻越小。
对于不等径焦炭的粒度分布的影响，通常焦炭的密堆程度越大，则其接触电阻越小。
碳素原料粒度与电阻的关系见表:
粒度(mm) 0～3 3～10 10～15 15～20 20～25 电阻(Ω) 18 10 6.6 6.1 5 粒度(mm) 0～3 3～10 10～15 15～20 20～25 ％ 10 70 15 5 混合粒度 ％ 25 63 10 2 ％ 5 40 35 15 5 单一粒度 电阻(Ω) 7.25 9.10 6.00
2.3.3.7 碳素原料粉末的影响
碳素原料粉末对电石生产有很大影响；
粉末多了以后，炉料透气性不好，电石生成过程中产生的一氧化碳气体不能顺利排出，减慢了电石生成反应的速度。
炉料透气性不好，使炉压增大，容易发生喷料和塌料现象。结果使大量生料下落到熔池，使电极周围和熔池区域料层结构发生变化，炉料不是有序地连续发生变化，逐步沉降下去，而是突然有大量生料漏入熔池，造成电极上升，对炉温和电石炉内的反应的连续性产生很坏的影响，产品质量易降低。同时易造成人身伤害。
粉末多的时候，许多粉末被炉气带走，炉料的配比就不准了。粉末在料层中容易结成硬壳，电极附近产生支路电流，造成电极上升。
2.3.3.8 炉料配比的影响
石灰和碳素原料构成电炉炉料。炉料配比正确与否，对电石炉操作有很大影响。
通常高配比炉料生产电石，可以得到发气量高的产品，但炉料比电阻小，操作比较困难；低配比炉料生产电石，炉料比电阻较大，电极易深入炉内，电炉比较好操作，但生产出的电石发气量相对较低。 a.炉料比电阻与炉料中焦炭配比有如下近似关系：
ρ＝193000·X-1.75
式中：ρ－混合炉料的比电阻，Ω·mm2/m；
X－每百公斤石灰配用的焦炭的公斤量；
可以看出，X越大则ρ越小；反之，X越小则ρ越大。如果炉料配比为90%，炉料的比电阻为73.4Ω·mm2/m；而炉料配比为70%时，炉料比电阻为113.9Ω·mm2/m。可以看出随着炉料配比的下降，其比电阻则明显上升。
b.炉料配比的计算 理论配比：
电石生成反应式 CaO+3C==CaC2＋CO 56 36 64 100％ 100％ 100％
按照上式计算，理论上制得一吨纯电石需要消耗纯氧化钙和纯碳：
1000kg纯电石所需的纯氧化钙＝100056＝875kg64
1000kg纯电石所需的纯碳＝100036＝563kg64
563纯炉料配比＝100＝64.3875
上式说明生产纯电石的炉料配比是纯石灰100kg需要纯碳64.3kg。实际上工业电石炉不可能采用纯原料，也不可能生产纯电石。因此，在生产中通常以下列经验公式计算炉料配比：
X＝（3CCaO100CBF)/(100 ABDE)CaC2CaC2
式中：A――石灰中所含的氧化钙（CaO％）； B――电石成分（CaC2％）；
C――碳素原料中所含的固定碳（C％）； D――电石中游离氧化钙的含量（见表8）； E――投炉石灰损失量（kg）；
F――投炉碳素原料的损失量（kg）。 X――炉料干基配比 炉料湿基配比为：
X（湿）＝X/（1－水份）
2.3.3.9 碳材组份的影响
电石生产通常使用的大宗碳素原料有兰炭焦；无烟煤、石油焦三种。就反应活性来说，石油焦最好，兰炭次之，无烟煤最差；比电阻是石油最大，无烟煤次之，兰炭最小。综合各种因素，配合使用兰炭和石油焦生产电石效果好。
但是在 兰炭中掺加石油焦的缺点也是比较明显的，石油焦本身强度较差，经过破碎后粒度较小，大多为粉末，投入炉内有较多量进入到除尘系统造成浪费。同时由于石油焦含有较高的挥发份，在炉内电极周围，易与石灰等形成半混融的硬块，电阻较小，造成支路电流过大，需要频繁地排除这些硬块，否则会影响电石炉的正常生产。
一些新型的炭素材料，如兰炭、气焦等，无论是其反应活性，还是其比电阻都比较适于电石的生产，而被电石生产行业广泛应用。但是兰炭和气焦在组份上有时不太稳定，也会对电石生产造成一定的影响。
2.3.3.10提高操作负荷对电耗的影响
操作功率提高时，如炉料电阻大，能使电极深入，则电耗将会明显降低。一方面由于功率因数提高，另一方面最主要的由于每小时冷却水带出热、炉体及料面热损失却不明显增加，因而产量提高，因此分配到每吨电石的单位电耗则相应降低。据资料，对30000kVA的电石炉，操作功率提高500kw，单位电石冷却水可少耗热折电26.2kwh、料面辐射热损失减少折电9 kwh、炉体热损失减少折电1.3 kwh。故功率提高500 kW，合计降低电石电耗为36.5 kwh，在实际生产中电石电耗下降约50 kwh/t左右。
2.3.3.11停电时间长短对电石电耗的影响
在电石生产中，电炉的运转率越高，相对地热损失就越少。提高电炉运转率，就必须减少停电次数，缩短停电时间。每当电炉停电时，尤其是长时间停电，致使炉温大幅度下降，再启动炉子时，就容易使各部件因接触不良而起弧刺火，烧损设备。并往往因此造成恶性循环，损失大量的热能。停电时，因为炉温下降，反应停止，没有产量，而炉体、料面及冷却水却照样有热损失，虽然比平时少，但还是有消耗，而送电时这部分热损失造成的温度降低，还是要靠电能升回来。所以还是造成了电能的浪费。这部分电能可以按经验公式估算：
423.9×t/(24-t)
式中：t－停电时间，h。
按此计算，如停电4小时，造成当时电石单位电耗上升84.8 kwh/t；如停电8小时，则造成当时电石单位电耗上升212 kwh/t。
停电时间越长热损失就越大，当停电时间超过24小时以上时，由于炉温大幅度下降，电能消耗更多。在长时间停炉后重新启动炉子时，还容易引发电极事故以及出炉困难等问题。
2.3.3.12电石发气量对电耗的影响
所生产的电石发气量对电石生产的电消耗也有较大的影响。电石发气量高，其熔点高，需要的炉内温度必然就高，所以其热损失也大，相应的电耗就越高。据有关厂所作的专门的生产试验及数理统计，电石发气量每提高10L/kg，大约每吨电石要多消耗电68.2kwh。
2.3.3.13自然功率因数对电耗的影响 电石炉的有功功率P＝3UICOSυ 式中：P―有功功率kW；
U―电炉变压器二次电压V； I―二次电流A；
COSφ―功率因数
IP3Ucosφ
当P＝19500kW，U=180V条件时
COSφ=0.75时，I＝19500/1.73×180×0.75＝83493A COSφ=0.87时，I＝19500/1.73×180×0.87＝71977A
即在同样的功率下运行，功率因数越低，需要的电极电流越大。 按有功功率损失ΔP损＝I2R损计算，
ΔP损1/ΔP损2＝（I1/I2）2＝（83493/71977）2＝1.346
当电石炉输入功率为19500kw，功率因数为0.87时，假设短网上损失的有功功率为1600w左右，则功率因数为0.75时，短网上损失的有功功率达到1600×1.346＝2154kw，即0.75功率因数时比0.87功率因数时在短网上就要多消耗2154－1600＝554kwh的电能。
提高功率因数的关键在于控制操作电阻，而操作电阻控制的关键在于控制炉料电阻，提高炉料电阻的方法有：炉料的粒度小一些、选用比电阻较大的炭材、适当控制料面温度、定期清除硬块。
目前有部分电石生产企业采用了电力电容器并联补偿装置，将功率因数提高到0.92～0.94，不但减少电网大量无功损耗，还提高了电石炉有功功率。根据有关资料，采用功率补偿后，电石炉电石产量提高10%以上，单位电石电耗下降1～3%。
2.3.3.14明弧操作的影响
在开放式或半开放式电石炉生产中，由于电极工作端长度不够，或者不能深入，电极浮在料层上面，电弧使料浅料层中的石灰分解冲出料面，形成明弧。明弧操作的危害非常大，不仅破坏料层结构，打乱反应过程，降低产品质量，而且还损失大量的热能。
根据石灰分解反应，分解1公斤纯石灰需要电能3.13kwh。实际测定在电石炉正常生产时有5～7%左右的石灰分解，而在明弧操作时远远高于这个数值。如果按明弧时石灰分解7%计算，每生产1吨电石则会有60多公斤石灰分解，需额外消耗电能200kwh/t左右。
同时由于明弧操作时料面温度大幅度升高，造成辐射热损失大幅增加。明弧造成的热辐射损失可用下式粗略估算：
T4Te4Q明弧＝ετ4.96100100
式中：Q明弧－每平方米辐射面积每小时明弧热量损失，kcal；
ετ－辐射系数，设为0.5； T－明弧温度，设为2500℃； Te－周围温度，设为600℃。 按上式计算：
250046004Q明弧＝0.54.96100100
＝965536kcal/m2·h
如果按电石炉每相电极辐射面积1.5m2计算，假设三相电极每炉明弧10分钟，则明弧热量损失为：
3×1.5×965536×10÷60＝724152kcal
折合电能724152/860＝842kwh
如果小时电石产量为5.5吨，则每吨电石要多损失电能153kwh/t。
密闭电石炉由于是连续性投料，电石炉始终处于闭弧操作状态，但在有时为了处理炉况，或在新开炉、长时间停炉大修前有短时间的处理炉料，出现短时间闭料、开弧现象，时间长短根据炉况，经验确定。
2.3.4 电炉变压器的要求
采用性能优良的电炉变压器，选择合适的电气参数对电石的生产有着极为重要的意义。
电石生产对电炉变压器的要求是：
⑴. 电石炉变压器应具有较合适的电气参数。电石炉变压器的主要参数的二次侧电压、二次侧电流和与各级电压相对应的功率。
电石生产中为了电弧燃烧的平衡和生产操作的安全，必须采用较低的二次电压和较大的二次电流。
⑵. 要求电炉变压器有较高的变压比和短路阻抗。电能在输送过程中会产生线路损耗，为降低线路损耗，采用较高的一次电压，而电石炉生产中采用较低的二次电压，所以要求变压器有较高的变压比。相应的具有较高的短路阻抗百分数。
⑶. 具有多级的电压分接开关。在电石生产工艺过程中，往往由于各种条件发生变化，使工艺条件不稳定。如电源电压大幅度波动、炉料电阻波动、炉
底积渣层发生变化以及电极发生事故等等。在这些情况下，电气参数也应随着改变，以适应新的情况。因此要求电炉变压器必须具有可调节的多级二次电压，这种调节是通过特殊的电压分接开关来实现的。
⑷. 要有坚固的机械强度，使其能够在送电时经受得住瞬时的过电流，能承受在下放电极或加料、塌料时出现的冲击性过负荷和短路应力。
⑸. 具有加强的绝缘强度。为防止操作过电压和遭受雷击时大气过电压等原因，造成变压器的损坏和操作人员的人身安全事故，电炉变压器应具有加强的电气绝缘强度。
⑹. 高压绕组端头引出。高压线的端头每相都引出，其目的是：充分利用绕组的容量，使绕组的布置和电磁场更均匀，削弱三次谐波的影响，在负荷不对称时，以免产生单相磁通，为了绕组引线方便，散热均匀，电炉变压器初级一般都接成三角形，只有在新开炉或炉子不正常的情况下，才改为星形接法，降低电压和负荷，以利于更好操作。
⑺. 低压绕组引出。电炉变压器低压绕组每相头尾都要引出箱盖，一般从箱顶引出时，应该交叉引出所有并连绕组的端头。这样引出可以充分利用绕组的容量，降低二次母线上的电阻损耗和电压损失。交叉引出可使二次母线交叉排列，以降低其电抗，提高功率因数，将二次绕组通过电级接成三角形时，还可以减少引出端附近和母线附近铁磁体中的损耗。
⑻. 具有良好的冷却措施。变压器的损耗都以热的形式出现。电炉变压器除需散发正常的损耗热量，还需承受工艺操作过载所引起的过热。这些热量必须予以散出，使得线圈和铁芯最热点的温度保持一定的数值以下，以求达到预期的使用期限。因此，必须采取良好的冷却措施。
2.3.4.1 我厂电石炉采用单相有载调压变压器。 型号 HCDSPZ－11000/35 容量 11000kVA
额定电压 35000/205V 额定电流 314/53600A 相数 单项 频率 50HZ
冷却器 YSLCO 0.6-200 联接组标号 liO
电流互感器技术数据 型号 电流比 用途 接线端子 LR-35 600/5 测量 1K11 , 1K12 LR-35 600/5 测量 1K21, 1K22 调压方式 有载电动调压 冷却方式 OFWF
分额定接容量 指示 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 11000 10814 10612 10410 10208 10005 9803 9601 9398 9196 8994 8792 8589 8387 8185 7983
容量、电压、电流组合表 输入侧 输出侧 电电接电压电流A 接压流A 线KV 线KV 端端子 子 243 45270 239 45980 236 16720 232 47480 228 48260 314 224 49070 220 49910 217 50780 213 51680 1A 209 52610 2a 205 309 202 1X 2x 303 198 35 297 194 53660 292 190 286 187 280 183 274 179 269 175 263 171 257 168 251 164 245 160 240 156 234 153 228 149 三次侧 电压V 电流A 10088 9312 8536 7760 6984 6208 5432 4656 3880 3104 2328 1552 776 0 -776 -1552 -2328 -3104 -3880 -4656 -5432 -6208 -6984 -7760 -8536 -9312 220 223 227 231 234 238 242 247 251 255 261 -10088 此变压器采用全平接缝壳式铁心结构，阻抗低，损耗低，结构紧凑，重量轻，占地面积小，具有优良的抗雷电冲击能力，机械强度高，过负荷能力强，一般可过负荷20％，检修方便。
2.3.5 炉料配比的计算
炉料配比，通常以100公斤石灰配合多少公斤碳素材料来表示。 电石生成反应：
CaO＋3C CaC2+CO 56 3×12 64 按上式计算，理论上制得一吨电石需消耗氧化钙：
100056＝875kg64
27 7780 222 145 需消耗纯碳：
100036＝563kg64 纯炉料配比＝563100%＝64.3%875
上式说明100公斤纯石灰完成生成电石需配入64.3公斤纯碳。实际上工业电石炉不可能采用纯原料，也不可能生产纯电石，因此实际生产中计算炉料配比必须原料中的杂质含量，以及在生产过程中物料损失等因素，由生产实践得出经验公式：
炉料配比＝56.3CBF87.5ABED1-
式中：A――石灰中氧化钙含量 B――电石中碳化钙含量
C――碳素原料中固定碳含量 D――电石中游离氧化钙含量 E――投炉石灰损失量
F――投炉碳素原料损失量68.84 据我厂情况：
A＝90.0% B=78.73% C=84% D=13.12%
E=4% F=3.6%
炉料配比＝56.3 0.840.78730.03668.84%87.50.90.78730.13120.02
上述求得为碳素材料无水份的配比，称为干基配比，密闭炉用焦炭含水量
为1％，考虑碳素材料带水时：
炉料配比＝————＝————＝69.45
即：石灰：焦炭＝69.45 2.3.6 电石炉电气参数、几何参数的选择和计算方法 2.3.6.1 电石炉变压器容量的确定 电石炉变压器容量的计算方法如下：
PsAQ8760a1a2a3a4cosφ
式中：Ps――变压器额定容量，kVA； A――电炉年生产能力，t/a；
Q――单位标准电石产品所需的电能，kW.h/t； a1――定期检修时间系数（0.985）；
a2――中修时间系数（0.98）； a3――大修时间系数（0.94）； a4――设备容量利用系数（0.95）； cosφ――功率因数，因变压器容量而变化。也可用简便通用公式计算： A＝Ps·K
式中：A――电炉生产能力，t/a； Ps――变压器额定容量，kVA；
K――平均系数，即电炉年生产能力与变压器额定容量之比。通常大型炉为1.6，中小型炉为1.8。 2.3.6.2 变压器二次电压的确定
为使电石炉平稳而安全地运行，电石炉变压器应具有较低的二次电压。 电炉变压器二次电压的计算方法如下：
U2Ku·Ps13
式中：
U2――变压器二次电压，V； Ku――变压器电压系数；
Ps――变压器额定容量；kVA。
电炉变压器额定容量与电压系数的关系见表。 变压器电压系变压器容电压系变压器容电压系数 容量kVA 1800 3000 5000 8000 9000 数 5.80 5.85 5.90 6.00 6.05 13量kVA 10000 12000 14000 16500 18000 数 6.10 6.13 6.16 6.20 6.23 量kVA 20000 25000 30000 35000 40000 6.26 6.40 6.53 6.60 6.70 我厂变压器容量为30000kVA，选择电压系数6.53，则：
U26.533000200V3
电石炉变压器的二次电流的计算 计算公式为：
I2Ps·10003U
式中：I2――变压器的二次电流，A； Ps――变压器的定额容量，kVA； U2――变压器的二次电压，V。 我厂变压器的二次电流为：
I2300001000＝85325A1.732203
2.3.6.3 电极直径的计算
在电石炉几何参数中，电极直径最为重要，其他参数都通过它来确定。 电极直径首先决定于电极电流密度，而电极所允许的电流密度与所使用的电极糊质量有关。
根据经验，电极电流密度通常如下选择：
5000kVA以下，取电极电流密度为8.3 A/cm2～8.5A/cm2； 6000 kVA～15000kVA，取7.8 A/cm2～8.0A/cm2； 16500 kVA～40000kVA，取7.0 A/cm2～7.6A/cm2。 电极直径可以按下式计算： De＝4.3×S
0.324max
式中：De――电极直径，cm；
Smax――变压器最大额定视在功率，kVA。 也可用电极电流密度和二次电流来计算：
0.5I2De1.1280.5I
式中：De――电极直径，cm；
I2――变压器最大二次额定电流，A； I△――电极电流密度，A/cm2。 2.3.6.4 电极同心圆直径的计算
电极同心圆的直径即为三相电极中心点所围成的圆的直径。它决定了三相电极位置。电极同心圆直径是由电极直径、电流电压比、电极间距、电位梯度、电石反应区电能密度等所决定，而首先决定于电极直径。 计算公式如下：
Dc＝Kc·De
式中：Dc――电极同心圆直径，cm； Kc――电极同心圆系数。
通常，Kc值选为2.7～3.0。一般选2.7为宜。 2.3.6.5 电石炉炉膛内径的计算 可用下式计算：
Di＝Kie·De
式中：Di――炉膛内径，cm；
Kie――炉膛内径系数，（5.5～6.5）； De――电极直径，cm。
2.3.6.6 电石炉炉膛深度的计算 可用下式计算：
H＝Kh·De
式中：H――炉膛深度，cm； Kh――炉膛深度系数，（2.3）； De――电极直径，cm。
2.3.6.7电气参数及几何参数选择的讨论 a.电流电压比
电石炉容量不同，其最佳电流电压比不同，一般来说电石炉容量越大，其最佳电流电压比也越大。可用公式计算：（I2/U2）最佳＝KgPs0.25 式中：Kg――流压比系数，一般取31～33.6 （I2/U2）最佳＝KgPs0.25＝33.6×230000.25＝414
对于同容量的电石炉，其电流电压比大，会使电极容易深入炉料而闭弧生产，热效率较高。但电流电压比过大，电极插入炉料应会太深，减少熔池的高度和体积而降低产量，同时易烧坏炉底。这时功率因数和电效率也较低。在电流电压比设计过小时，可以采用提高负荷生产的方法来适当提高电流电压比。 b.电极直径
电极直径决定于电极的电流密度，而允许的电流密度与所使用的电极糊质量相关。电极的电流密度选得过大，则电极直径过小，会增加电极的电阻电耗，电极容易因过焙烧而硬断，也会缩小电石炉熔池；电极电流密度选得过小，则电极直径过大，虽然能扩大熔池，还可减少电极电阻电耗，但电极不易深入炉
料，且会增加热损耗而降低热效率，电极焙烧不足易软断，电弧温度也会降低，对生产不利。所以，必须选用合适的电极电流密度和电极直径。 c.电极同心圆
合理的同心圆直径是闭弧生产、优质高产低消耗的条件。电极同心圆是由电极直径、电流电压比、电极间距、电位、电石反应区电能密度等所决定的，而首先是取决于电极直径。同心圆选得过大，三相熔池容易不通，出炉困难，易翻液体，中心区热量不集中，温度不高，难以得到高质量的电石；同心圆选得过小，三角区易重叠，热量过于集中，炉料站不住，热量损失大，产量不高，电耗高。 d.炉膛内径
炉膛内径太小，炉墙易损，炉膛内径太大，则会增加电石炉的建筑面积，增加投资，也会使短网长度增加，增大电耗，降低电效率，同时也易增加出炉的难度。 e.炉膛深度
炉膛深度太浅，炉料层太薄，蓄热困难，表面散热损失大，不但会降低电石产量，且电极离炉底过近，电弧燃烧过于集中，易损坏炉底，也会迫使电极上升，较难闭弧生产。炉膛太深，不仅会减少电石反应区的电能密度，降低电石质量，且会使出炉困难。 2.4工艺流程简述
2.4.1 密闭电石炉工艺流程：
合格的石灰,焦炭进入配料站日料仓，根据设定配比经振动给料机分别进入称量斗，依据料斗限位，按照先后顺序，经振动给料机、皮带运输机混合后进入环型料仓，石灰、焦炭在高温条件下进行反应生成液体电石，料管内的混合料依靠自重连续进入炉内电极周围。
电石炉内熔炼好的液体电石，定期排出，经流料嘴流入出炉小车上的电石锅。用牵引机拉进冷却房，经5吨行车吊下冷却、空锅倒出、由卷扬机拉回炉口待下一炉出炉。
电石炉炉气经引气管送入炉气净化系统，经除尘降温后，温度达到220～260℃，含尘量50㎎/m3以下。电石炉的循环冷却软化水回水，经循环水回水管送至热水池，由热水泵将热水池内的热水抽至冷却塔，冷却后的水进入冷水池，然后通过冷水泵将冷水池内的水送至电石炉。
在冷却厂房冷却好的电石，用双梁天车吊入破碎平台，经600×900鄂式破碎机破碎合格后经皮带输送机进入成品仓，包装后按级别入库。或散装直接装车电石砣售出。
对pvc使用的电石，按要求粒度破碎后，供pvc使用。 2.5 工艺控制指标
炉料配比：石灰：焦炭 100：58～70（干基） 兰炭粒度3～25mm ＞90% 兰炭水份 ≤1%
石灰粒度5～40mm ＞90%
电极工作端长度 ≤2200～2400mm 炉气温度 400～800℃ 炉压 -10Pa～10Pa 炉气中氢气的含量： ≤2.5％
糊柱高度度 3.5～4.0m 电极糊块度 ＜100mm
循环冷却水分配器压力： 0.3～0.35MPa 循环冷却水出口温度： ≤50℃ 循环冷却水入口温度： ≤36℃ 压缩空气压力 ≥0.5MPa 液压系统最大工作压力 11MPa 油温 ＜65℃
溢流阀设定压力 7.5～8.5MPa
出炉次数： 6～8炉/班(间隔60min) 出炉时间 ＜25分钟 电石冷却时间： ＞90分钟
拔插板时间 ＞15分钟 电石锅内冷却时间 ＞100分钟 2.5.1成品工艺控制指标
电石优级品 ≥305L/kg 一级品 ≥285L/kg 合格品 ≥275L/kg 电石冷却时间 ≥24小时 粒度：PVC ≤50mm
商品 ：待定
1mm以下筛下物 ≤3%
设备保护氮压力 150 Pa～250Pa 2.5.2循环水系统工艺控制指标
冷水泵出口压力 0.4～0.5MPa 热水泵出口压力 0.08～0.1MPa 泵温 ＜75℃
水池水位 -0.5～-0.8米 浓缩倍数 2.5～3.5
总磷 6×10-6～8×10-6 余氯 0.5×10-6～1×10-6 2.6 产品、中间产品及原材料检验要求 名称 项目 取样地点 检测次数 检验者 全分析 炭素材料 水分 粒度 全分析 全分析 发气量 五种气体 石灰 电极糊 电石 炉气 2、
堆场 投炉 堆场 投炉 料仓 料仓 堆场 炉前电石锅 净气管 一次/批 一次/二天 一次/批 一次/班 一次/三天 一次/班 一次/批 一次/炉 一次/班 质监中心 质监中心 质监中心 质监中心 质监中心 质监中心 质监中心 质监中心 自动连续
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