新疆天業(yè)(集團(tuán))有限公司(以下簡(jiǎn)稱“新疆天業(yè)”)是我國(guó)電石乙炔法聚氯乙烯生產(chǎn)的龍頭企業(yè)，近年來(lái)企業(yè)在電石的清潔生產(chǎn)方面做了大量的工作，企業(yè)通過(guò)不斷的創(chuàng)新，2009 年率先開(kāi)發(fā)了40 000KVA 大型密閉式電石爐生產(chǎn)技術(shù);2011 年，針對(duì)電石爐氣凈化技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)了爐氣作為碳一化工原料的綜合利用;近期又針對(duì)電石爐除塵灰與爐渣輸送及綜合利用的難題展開(kāi)研究，最終實(shí)現(xiàn)了電石爐除塵灰的全密閉式輸送及兩種廢渣的高值化利用。新疆天業(yè)通過(guò)多年來(lái)在電石領(lǐng)域的不斷探索與研究，取得了一定的成績(jī)，并總結(jié)出了一套適用于大型密閉電石爐的開(kāi)爐方法。

　　電極的焙燒

　　在整個(gè)電石爐設(shè)備中，電極就是電石爐的心臟。在電石生產(chǎn)中電流通過(guò)電極輸入爐內(nèi)，產(chǎn)生電弧進(jìn)行冶煉。因此在電石爐開(kāi)爐階段電極的焙燒占據(jù)至關(guān)重要的地位，電石焙燒質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到電石爐是否能夠投入正常生產(chǎn)，開(kāi)爐是否順利。

　　1.1 電極糊的燒結(jié)過(guò)程

　　電極糊的燒結(jié)過(guò)程也就是電極的焙燒過(guò)程，電極糊的燒結(jié)過(guò)程是隨著電石爐內(nèi)的溫度逐漸升高，電極糊內(nèi)的煤瀝青不斷熔化、分解、排出和碳化的過(guò)程。其電極糊的燒結(jié)過(guò)程主要分為以下三個(gè)階段[1]。

　　第一階段：低溫軟化階段。電極糊的軟化溫度為74~78℃，隨著電石爐內(nèi)溫度升高，電極糊不斷軟化，當(dāng)爐內(nèi)溫度上升至200℃左右，電極糊內(nèi)部的煤瀝青全部軟化，由固體狀態(tài)熔化成塑性狀態(tài)，其中的水分和低沸點(diǎn)的成分開(kāi)始揮發(fā)，此階段沒(méi)有明顯的化學(xué)變化。

　　第二階段：劇烈變化階段。當(dāng)爐內(nèi)溫度為200~700℃之間時(shí)，此階段作為粘結(jié)劑的煤瀝青全部分解，開(kāi)始?xì)饣罅颗懦鰮]發(fā)分，煤瀝青的剩余物質(zhì)已被半碳化或者碳化，電極糊有塑性狀態(tài)變化為固體狀態(tài)。

　　第三階段：高溫?zé)Y(jié)階段。當(dāng)爐內(nèi)溫度達(dá)到800℃以上，此階段只有少量的殘余揮發(fā)分排出，電極開(kāi)始進(jìn)一步燒結(jié)，導(dǎo)電性大大增加，成為堅(jiān)硬的整體，電極達(dá)到完全燒結(jié)的溫度900~1 000℃。焙燒電極時(shí)電極糊揮發(fā)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)與溫度的關(guān)系如圖1表示：

　　1.2 焙燒后電極的性能要求

　　電極具有較小的電阻率;焙燒后的電極的電阻率較小，就能夠有效減少電極自身發(fā)熱，從而降低無(wú)效電能損耗，減低噸電石電耗，同時(shí)還會(huì)降低由于電極筒“過(guò)負(fù)荷”而引起的“軟斷”故障的頻次。電極具有較高的機(jī)械強(qiáng)度;在電石爐生產(chǎn)過(guò)程中，由于電極處于高溫熔池的極端環(huán)境中，除了要克服自身的重量外，還要抵抗來(lái)自熔池中的電石或者原材料的沖刷與侵蝕以及物料的崩塌擠壓，保證了電石不因機(jī)械設(shè)備與電器設(shè)備符合的影響而造成電極折斷。[2]

　　電極具有較好的抗氧化性;電石爐在生產(chǎn)過(guò)程中，電極的工作端頭需要不斷消耗，除了要不斷的下放電極，以資補(bǔ)充外，還要求電極具有較小的氣孔率，具有良好的抗氧化性，以減緩高溫狀態(tài)下電極的氧化消耗速度。

　　電石爐開(kāi)爐方法簡(jiǎn)介

　　電石爐開(kāi)爐是電石爐連續(xù)生產(chǎn)工作的開(kāi)始，新建、大修的電石爐都要經(jīng)歷開(kāi)爐的過(guò)程，開(kāi)爐是電石爐生產(chǎn)中極為重要的大事，直接影響電石爐使用壽命。開(kāi)爐成功率的高低受到許多因素的影響，而開(kāi)爐方法卻是其中重要的因素之一。開(kāi)爐是否順利直接影響著開(kāi)爐后長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行與指標(biāo)的進(jìn)步，因此有效合理的開(kāi)爐方式是確保開(kāi)爐后爐況正常運(yùn)行的關(guān)鍵。

　　2.1 傳統(tǒng)電石爐開(kāi)爐方法

　　傳統(tǒng)的電石爐開(kāi)爐方法是兩步法，第一步是先對(duì)未投料的爐內(nèi)內(nèi)進(jìn)行加熱，第二步則是投料后進(jìn)行首期冶煉。該開(kāi)爐方法是先進(jìn)行木烘，木烘結(jié)束后將爐內(nèi)柴炭推向爐內(nèi)四周，將電極下放至適當(dāng)部位，再送電下降電極使之與爐內(nèi)柴炭接觸讓其起弧，待負(fù)荷上升至一定值穩(wěn)定后，將爐內(nèi)投入一定量的混合料進(jìn)行冶煉，但投入的料中焦炭的比例要小于正常配料 50~60%。冶煉按正常連續(xù)加料埋弧作業(yè)方法操作，冶煉最初階段爐溫較低，隨著冶煉過(guò)程中電流緩慢上升爐溫相應(yīng)提高，同時(shí)爐襯砌體隨之干燥、爐底、爐壁、碳磚縫隙中的電極糊焦化。當(dāng)冶煉 6h 后停電，然后選擇適合該電壓級(jí)數(shù)以提高爐溫進(jìn)行冶煉。

　　上述開(kāi)爐方法在烘爐結(jié)束后，需要向爐內(nèi)投入大量的混合爐料進(jìn)行冶煉，由于是空爐一次性投料量大，且投料是在高溫下進(jìn)行的，這種投料操作勞動(dòng)強(qiáng)度大、危險(xiǎn)性高，所投入的混合爐料在爐內(nèi)分布極不規(guī)則，堆積形態(tài)的隨機(jī)性強(qiáng)，導(dǎo)致在電石爐開(kāi)爐過(guò)程中形成的出流道及熔池的隨機(jī)性增大，大大降低了電石的生產(chǎn)效率。由于分為兩步法開(kāi)爐，存在開(kāi)爐時(shí)間長(zhǎng)、能源消耗高、勞動(dòng)強(qiáng)度大等問(wèn)題。

　　2.2 一步法開(kāi)爐方法

　　一步法開(kāi)爐方法在傳統(tǒng)開(kāi)爐方法的基礎(chǔ)上做了大的改進(jìn)，不再單獨(dú)對(duì)電石爐進(jìn)行烘爐處理，而是將烘爐處理和對(duì)電石的冶煉合為一體。首先將電石爐體內(nèi)底部鋪設(shè)一層焦炭，再在焦炭層爐體內(nèi)地面的中央位置鋪設(shè)木材堆與出流道，放置成品導(dǎo)電柱，導(dǎo)電柱的位置與電極位置相對(duì)應(yīng)，最后向電石爐體內(nèi)裝入焦炭與石灰的混合料，將木材堆和出流道全部覆蓋。最后向電石爐電極供電，使木材堆和出流道在原料覆蓋層下全部碳化，并使位于原料覆蓋層下部的原料熔化并冶煉，待冶煉完成后使用吹氧工序打開(kāi)電石爐出爐口，將冶煉完成的電石排出，整個(gè)開(kāi)爐過(guò)程全部結(jié)束。[4]

　　上述開(kāi)爐方法不再單獨(dú)對(duì)電石爐爐體進(jìn)行烘爐處理，而是將烘爐和電石的首批冶煉合為一體，有效減少了電石爐的開(kāi)爐時(shí)間。同時(shí)在電石爐開(kāi)爐初期爐內(nèi)鋪設(shè)的出流道，也提高了電石爐的首次開(kāi)爐的成功率。但是在開(kāi)爐期間，爐內(nèi)溫度的逐漸升高，木材被燃燒碳化，在冶煉過(guò)程中碳化后的木材被作為有益的成分消耗掉，木柴堆鋪設(shè)的出流道會(huì)逐漸消失;同時(shí)隨著爐料的不斷加入，料層的塌陷會(huì)使出流道堵塞不連續(xù)或者完全消失，因此上述方法并未能徹底解決電石爐開(kāi)爐期間出爐困難的溫度，隨著電石爐容量的不斷增大，存在的問(wèn)題愈加明顯。

　　2.3 新疆天業(yè)電石爐開(kāi)爐方法

　　目前新疆天業(yè)擁有200萬(wàn)t/y的電石生產(chǎn)能力，其中40 500KVA密閉式電石就有26臺(tái)，新疆天業(yè)憑借多年的電石生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出一套快速、節(jié)能、低成本的電石爐開(kāi)爐方法。

　　2.3.1 電極筒的制作

　　新建電石爐開(kāi)爐時(shí)需要預(yù)先焙燒電極，制作三個(gè)盆底尺寸為直徑1100mm、高度500mm，并且用厚鋼板焊接封閉電極端頭，在底盆內(nèi)裝入電極糊后與現(xiàn)有的電極筒對(duì)接。并在盆底側(cè)面開(kāi)設(shè)直徑為3~4mm 的均勻小孔，且孔與孔之間的距離不小于200mm[5]。

　　2.3.2 電石爐裝爐

　　首先在電石爐內(nèi)三相電極與出爐口相對(duì)應(yīng)的位置分別砌筑三個(gè)內(nèi)徑為200mm的電石溢流通道，在通道內(nèi)放置一根直徑與通道內(nèi)徑相符的圓木，圓木的一段延伸至出爐口外，圓木與出爐口之間的空隙用黃泥與電極糊粉末的拌合物進(jìn)行密封。其次，在電石爐內(nèi)與電極相對(duì)應(yīng)的位置放置三個(gè)直徑大于電極直徑的圓柱筒，并在圓柱筒內(nèi)加滿焦炭至頂端呈倒錐形狀，使其形成導(dǎo)電柱，并在三個(gè)導(dǎo)電柱之間依次用圓鋼焊接固定使其呈三角形狀。最后，電石爐底部依次鋪設(shè)一層碳素材料和一層焦炭與石灰的混合料，使?fàn)t內(nèi)混合料層分布呈現(xiàn)碟子型。

　　2.3.3 送電開(kāi)爐

　　調(diào)整電極端頭距導(dǎo)電柱的距離，保證電極端頭與導(dǎo)電柱分離，且三相電極端頭與導(dǎo)電柱的距離相等，并將電石爐變壓器的一次側(cè)接線改接為星形接法，給電石爐升溫和焙燒電極。送電后通過(guò)逐步下降三相電極，產(chǎn)生電極電流并將電極電流穩(wěn)定在0~2KA，穩(wěn)定運(yùn)行一段時(shí)間后，逐漸提升電極電流和變壓器檔位，運(yùn)行35h左右將電極電流提升至82KA，變壓器檔位提升至30檔，此時(shí)完成電石爐首次出爐工序，出爐期間電極電流繼續(xù)保持82KA穩(wěn)定運(yùn)行;完成出爐后電極電流在82KA穩(wěn)定運(yùn)行30min左右后，將變壓器的一次側(cè)接線改接為三角形接法。角接送電后將電極電流控制并穩(wěn)定在 45KA，穩(wěn)定運(yùn)行2h左右，開(kāi)始逐漸增加電極電流，當(dāng)電極電流運(yùn)行至 58KA 開(kāi)始逐漸提升檔位，在提升檔位時(shí)不允許下降電極增加電極電流，當(dāng)電極電流增長(zhǎng)到92KA時(shí)整個(gè)送電提升過(guò)程結(jié)束，轉(zhuǎn)入正常生產(chǎn)，完成整個(gè)開(kāi)爐過(guò)程。

　　應(yīng)用效果

　　在電極筒底部焊接錐形底盆，且在底盆側(cè)面開(kāi)設(shè)直徑為3~4mm的均勻小孔，孔與孔之間的距離不小于 200mm;在電極焙燒過(guò)程中，由于電極糊中含有一定量的揮發(fā)分，在電極焙燒階段電極糊隨著溫度的升高揮發(fā)分逐漸逸出，此時(shí)開(kāi)設(shè)的小孔能夠及時(shí)排出揮發(fā)分，有利于電極的焙燒，有效減少電極事故。

　　在電石爐內(nèi)砌筑的拱形通道，結(jié)構(gòu)結(jié)實(shí)，不會(huì)因電石爐開(kāi)爐期間發(fā)生料層塌陷、漏料等現(xiàn)象而堵塞通道，可形成穩(wěn)定的溢流通道;在通道被放置的圓木隨著爐內(nèi)溫度的升高逐漸碳化，由于開(kāi)爐期間出爐口溫度相對(duì)較低仍然以圓木形式存在，在電石爐首次出爐時(shí)只需拔出圓木，出爐口將會(huì)打開(kāi);徹底取消了出爐吹氧的工序，消除了電石爐出爐吹眼過(guò)程中存在的安全隱患，解決了電石爐首次開(kāi)爐眼困難的問(wèn)題，縮短了電石爐開(kāi)爐時(shí)間，有效減少了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了電石爐開(kāi)爐的成功率。

　　一般在電石爐開(kāi)爐時(shí)將完成首次出爐視為完成整個(gè)開(kāi)爐過(guò)程;這時(shí)電石爐中料層結(jié)構(gòu)層次不夠分明，熔池內(nèi)和熔池內(nèi)壁仍有大量的半成品存在，爐內(nèi)還未形成穩(wěn)定的熔池，如果此時(shí)直接將電石爐投入正常生產(chǎn)中，則易出現(xiàn)電極不能深入爐料，爐眼上升等問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致幾天都出不了爐。但是新疆天業(yè)研究的開(kāi)爐方法，完成首次出爐后，繼續(xù)采用逐步提升與穩(wěn)定控制相結(jié)合的控制方式操作電石爐，使電石爐內(nèi)形成層次分明的料層結(jié)構(gòu)，最上層是預(yù)熱料層，其下依次為紅料層、粘結(jié)層、半成品層、熔池和液態(tài)產(chǎn)品層;使其形成穩(wěn)定的熔池后，再按照正常操作方法進(jìn)行操作，是電石爐產(chǎn)量很快就能達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。

　　經(jīng)濟(jì)性分析

　　以40 000KVA密閉式電石爐為例，采用原有的開(kāi)爐方法時(shí)，開(kāi)爐需要12~15d左右，耗電量達(dá)到80萬(wàn)度左右，新疆天業(yè)采用現(xiàn)有開(kāi)爐方法時(shí)，開(kāi)爐只需要72h左右，耗電量為25~28kwh。完成一次開(kāi)爐可節(jié)約電能 52kwh，電價(jià) 1 度按 0.3 元計(jì)算，可節(jié)約15.6 萬(wàn)元，同時(shí)可使電石爐能夠提前投入生產(chǎn)運(yùn)行，達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，其經(jīng)濟(jì)效益顯著。

　　結(jié) 束 語(yǔ)

　　該開(kāi)爐方法自用于大型密閉電石爐開(kāi)爐以來(lái)，有效解決了電石爐開(kāi)爐耗時(shí)較長(zhǎng)、能源消耗大、開(kāi)爐成本高、電極事故多發(fā)等問(wèn)題，提供一種電石爐的快速開(kāi)爐方法，該方法具有操作簡(jiǎn)單、安全環(huán)保、開(kāi)爐成功率高、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

　　參考文獻(xiàn)：

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　　[4]孫孟君 .礦熱電爐的一步法開(kāi)爐方法：

　　[5]熊謨遠(yuǎn) .電石生產(chǎn)及其深加工產(chǎn)品