原料對電石生產的影響探析

魏新民，劉 晨，郝 博

（中鹽內蒙古化工股份有限公司，內蒙古 阿拉善 750336）

電石化學名稱是碳化鈣。工業上一般使用電爐熔煉法，將石灰石和炭材原料按一定配比加入電石爐內，在電極端部周圍的高溫區可使具有較大活性的熔融態石灰和焦炭發生相互作用，生成電石。然而由于原材料質量不同，生產的產品質量不盡相同，對電石生產的工藝調整要求也不同。只有嚴格控制原材料的質量，對工藝執行情況及時調整，才能保證電石爐的穩定運行及得到高品質的電石產品，進而降低電石的生產成本。因此，電石冶煉爐生產過程中原材料的質量對電石生產尤為重要。

1 石灰石品質的影響

例如，某廠在電石生產過程中，對石灰石的指標控制要求見表1。

表1 石灰石控制指標Tab.1 Control indicators of limestone %

不同區域所分布的石灰石礦石的質量不同，一般情況下碳酸鈣含量越高，氧化鎂等雜質越少，煅燒后氧化鈣的含量越高；反之，碳酸鈣含量越低，氧化鎂等雜質越多，煅燒后氧化鈣的含量越低。

圖1、圖2 分別為2023 年某廠的電石產量、電石爐負荷與入廠氧化鎂指標對比。

圖1 產量與入廠氧化鎂指標對比Fig.1 Comparison of production and incoming MgO indicators

圖2 負荷與入廠氧化鎂指標對比Fig.2 Comparison of load and incoming MgO indicators

通過圖1 產量與入廠氧化鎂的數據對比及圖2負荷與入廠氧化鎂指標對比可以看出，氧化鎂基本上與產量及負荷呈反比趨勢。由圖1、圖2可以看出：

（1）2023-03-07～03-19，石灰石氧化鎂整體較穩定，且呈下降趨勢，平均氧化鎂0.49%；而產量、負荷整體趨于穩定上升趨勢，平均產量187.9 t/d，平均負荷25 239 kW。

（2）2023-02-20 開始，石灰石氧化鎂開始波動，逐漸上升，負荷開始下降，產量隨之下降，到2023-04-02，氧化鎂上升到1.1%，負荷降到24 202 kW，產量也降到了163.16 t。到2023-04-25，期間氧化鎂上升下降波動較為頻繁，負荷、產量也隨之變化幅度較大。在2023-03-20～04-26 期間，平均氧化鎂0.70%，平均負荷24 903 kW，平均日產量184.3 t/d。

（3）2023-04-27～05-12，石灰石氧化鎂逐步趨于穩定，負荷、產量開始成穩定上升態勢，平均氧化鎂0.60%，平均負荷24 922 kW，平均產量188.92 t/d。

（4）2023-05-13～06-09，石灰石氧化鎂先上升后波動幅度大，負荷、產量也明顯下降，之后隨氧化鎂的波動而波動，在此期間，平均氧化鎂0.79%，平均負荷24 482 kW，平均產量184.55 t/d。

表2為二氧化硅與電石產量的對比表。

表2 二氧化硅與產量對比表Tab.2 Comparison between silica and production

由表2 可知，石灰石中的二氧化硅含量也會影響生產。首先，二氧化硅影響石灰石的煅燒，二氧化硅是不分解物質，在石灰石中影響熱量分布；其次，二氧化硅會在電石反應過程中被還原為硅，會消耗炭材，促使電耗上升，配比降低，同時一部分在爐內生成碳化硅，沉積在爐底，使爐底上抬，爐底溫度降低，影響電石爐況，還會降低電石發氣量，一部分與鐵反應生成硅鐵，硅鐵會破壞爐墻，在出爐過程中也會破壞爐嘴及電石鍋等設備。

綜上所述，石灰石在電石冶煉過程中，石灰的雜質較多，對電石生產十分有害，當石灰與炭材在電石爐內反應生成電石時，各種雜質也參與反應，這些副反應在電石爐中不但多消耗電能，降低爐溫，而且多消耗炭材，降低爐料配比。副反應如下：

石灰氧化鎂過高，氧化鎂在電石爐內熔融區還原成金屬鎂，鎂蒸汽上升到爐料表面與CO 或O2反應，放出大量的熱，使料面形成紅料結塊，支路電流升高，阻礙爐氣排出，導致爐壓升高，沖破爐蓋密封設施，爐蓋冒火現象增多，易燒損爐蓋膠管引發漏水等，從而使得電石爐負荷產生波動，無法高負荷運行；氧化鎂與碳發生反應，消耗一部分碳，導致爐料配比降低。因為這些副反應放出大量的熱，爐氣溫度升高易導致爐氣輸送系統堵灰，造成熔池上移，降低爐底溫度，從而導致電石出爐困難。

同時鎂與爐氣中的氮氣發生反應生成氮化鎂，致使電石發黏，在熔池內反應流動時容易聚集沉入爐底，引起質量不均勻，出爐時隨液態電石流出，影響出爐流速，導致出爐困難、爐內料面沉降效果變差，電極位置升高，消耗加快，打亂電極焙燒程序，增加電極系統故障的風險，運行電流易出現波動，電極頻繁升降引發爐內持續塌料，破壞料層結構，影響電石爐做功效率，導致電石產量下降。

2 炭材品質的影響

炭材控制指標見表3。

表3 炭材控制指標Tab.3 Control indicators of charcoal material %

在電石冶煉過程中，各項碳素原料的成分均對電石生產有一定影響。碳素原料中的固定碳越低，電石發氣量越低，同時對電石的反應溫度產生影響，拉低爐溫。同時固定碳低，參加反應的部分相對少，不僅影響電石的產量，也會使炭材的消耗加劇。

由圖3、圖4 可以看出2023 年炭材固定碳與冷樣質量、電石產量基本上成正比趨勢。由于在電石生成反應中主要是炭材中固定碳參與反應，故炭材固定碳含量是決定電石反應的重要因素。炭材中其他的一些指標也會對生產系統產生一定影響，例如炭材中的揮發分對電石生產也有較大的影響。炭材中的揮發分含量每增加1%，則生產1 t 電石需多消耗電能2.3～3.5 kW·h。若揮發分靠近反應區，會形成半融黏結狀，使反應區物料下落困難，容易引起噴料現象，使熱損失增加。揮發分中含有氧，在電石爐內與溫度極高的燒結電極反應，增加電極消耗。揮發分在爐內有10%～15%被碳化，使碳素原料的效率降低，配比不準，而且揮發分超標會影響烘干系統和爐氣后處理系統。其次是炭材中的灰分，灰分全部由氧化物組成，在電石爐內生產電石的同時，灰分中的氧化物也會被還原，既消耗了電能又消耗碳素，而且還原后的雜質仍然混在電石中，降低了電石的質量?；曳趾扛?，會導致電耗增大，實踐證明，爐料每增加1%的灰分要多消耗電能50～60 kW·h，灰分的主要成分是二氧化硅，而二氧化硅在爐底被碳素材料還原成硅，在爐內生成碳化硅沉積于爐底，導致爐底上抬，對出爐有一定影響。

圖3 冷樣質量與炭材固定碳指標對比Fig.3 Comparison of cold sample quality and fixed carbon Index of charcoal material

圖4 電石產量與炭材固定碳指標對比Fig.4 Comparison of carbide production and fixed carbon index of charcoal material

3 穩定原料的對策

（1）嚴格控制石灰石的鈣鎂及二氧化硅指標。

（2）保證炭材品質。要考慮固定碳含量、粒度、水分、揮發分、灰分含量，也要保證炭材的均勻度。

（3）嚴格把控入廠環節，到貨嚴格取樣分析，對有疑問的原料重新檢測，對不合格或達不到使用標準的原料嚴格執行退貨制度。

（4）在石灰煅燒及炭材烘干時，要嚴格控制石灰生燒率，合理控制煅燒溫度和時間，合理控制倉位料位，避免放置時間過長。不合格生石灰及時通過進系統前的皮帶機尾下料口排出，降低對系統的影響。合理控制入爐生石灰粒度，嚴格控制石灰粉末量；炭材要按工藝指標要求嚴格控制炭材的選擇、上料、儲存、篩分、烘干，嚴格控制入爐炭材水分，使用封閉料場儲存炭材，減少風雨天氣以及鏟車上料碾壓對炭材造成的影響，儲存炭材按廠家分類堆放，合理搭配，穩定入爐炭材的固定碳含量，同時嚴格控制熱風爐尾氣溫度。

4 結語

原料的品質高低直接決定電石生產的穩定性和安全性，也直接影響企業的經濟效益。唯有對原材料嚴格精心把控，才能在電石生產的源頭降低電石生產質量的波動，相對降低消耗，實現穩產、高產、安全生產的目標。為此，電石生產過程中必須嚴格控制原料指標，保證電石爐的穩定運行，推進電石廠高質量發展。