密闭式电石炉冶炼工艺过程及基本反应
企业电石炉系统由33000kVA固定式密闭电石炉及其辅助装置构成。三相Φ1350自焙电极通过水冷短网和绕线结头由三台单相11000kVA变压器供电。炉料由料管随炉内消耗靠重力向炉内自动供料。电机壳及电极糊随消耗定时加装。反应生成的电石由三个炉口之一出炉入电石锅，由卷扬机拉出，出炉口用开口设备电弧打开。炉气在电石炉正常时可供气烧石灰窑煅烧石灰。冷却水由动力车间提供。本文主要针对电石炉的冶炼工艺进行分析介绍，并结合企业的实际工艺情况对电石炉的操作内容进行介绍[1]。
密闭式电石炉冶炼基本过程分析
1.1 电石炉冶炼的工艺过程
(1)配料。正常工作时自动进行，非正常工作时现场手动进行。炉料配比：碳素原料/生石灰炉前配比可由原料质量、产品要求及炉况等需要，调整计算机程序。
(2)装料。炉料经称量、运输设备装至四层环形料仓，通过料仓及下料管送至电石炉中，随炉料消耗靠重力连续加料。
(3)操作。电石炉操作可按电极电阻操作，也可按电极电流操作。良好的操作决定于炉内热度的保持，最佳热度由操作电流和电压条件决定，电炉熔池的温度以保持在2000〜2200℃为宜。炉内反应主要发生在电极端头周围的熔池内，熔池壁和炉衬间的炉料起主要耐温绝热作用。对入炉原料的成分、粒度、湿度和配比按有关规定，定期检查，必要时增加频次，以免造成炉料波动造成的电极电流/电阻波动，影响电石炉稳定运行、电极消耗过快和电石质量不稳定。电极端头至炉底距离的期望值为1.3〜1.5m,其最佳距离要根据自身工艺条件，由经验确定[2]。
(4)电极调节。电极调节由升降油缸移动电极而实现。电极调节应与变压器的电压级选择相结合，以获得理想的电极头位置和电石炉负荷。本电石炉采用自焙电极。电极柱由充满电极糊的电极壳组成，新开炉电极端头焊有启动电机壳。电极壳可传输大部分电极电流。电极调节方式为：以电极电流或操作电阻为标准，由操作电脑点动及操作柜旋钮手动操作。
(5)炉气的主要成分及性质。密闭的电石炉在其运行过程当中所产生化学反应工艺气体不会泄露到大气当中，同时密闭电石炉外部大气中的气体也不会进入到炉内。密闭电石炉内部经过化学反应之后所产生的都是有害气体，这些有害气体主要是:CO、CO2、H2、CH4等。电石炉运行之后所产生的这些有害混合气体如果暴露到空气中就会发生爆炸。因此，必须做好密闭电石炉的维护工作。炉气的主要成分是CO。CO有毒、易爆。厂房内要保持通风良好。
(6)电石的排出。原始开炉和大修后开炉，负荷低，酌情用氧气吹眼，遵守用氧安全规定。正常出炉尽可能不用氧气吹眼，可根据流速用钢钎带眼，带钢钎时深捅浅带，使电石顺利流出。
1.2 电石炉内存在的基本反应过程
电石炉内最基本的反应就是电石的制备主反应，即在高温条件下，氧化钙和碳源生成电石和一氧化碳。除此主反应之外，还存在一系列的副反应。熔池内反应复杂，无法对每个反应进行逐一分析。
1.3 反应炉内的料层结构分析
正常运行条件下，电石炉内的体系处于动态平衡，电石炉自上而下可以细分为预热层、扩散层、反应层和熔融层，另外最底层为积渣层。
预热层：预热层又被称为生料层，此区域的温度范围在500〜1200℃之间，由于加入的新料首先进入该区域，主要物质为合成原料。炉气经过此区域后，预热炉料。原料在较低的温度下开始反应，表现为生烧分解，挥发分解，水煤气生成等。
扩散层：此区域的温度范围在1200〜1800℃之间，此位置的主要成分为炉料、含有少量电石的熔融红料，此区域主要进行氧化钙与碳源的相互扩散。熔池下方升上来的气体(主要为一氧化碳)扰动物料，促使钙蒸汽与低温物质相互结合，形成CaOC中间物质，再进一步进入氧化钙和碳的孔隙内进行扩散。另外生烧反应形成的二氧化碳、原料中的氧化镁等物质的还原反应也在此区域进行。
反应层：此区域的温度范围在1800〜2100℃之间，主要进行氧化钙与碳源的反应过程，反应层被扩散层进行覆盖，且处于电极端头下面的区域，温度相对较高。此部分生石灰、焦炭及半成品的熔融物质多以疏松状态存在，原料的状态为焦炭分散在共熔物的混合体上，组成不均一。
熔融层：此区域的温度范围在2000〜2100℃之间，主要是保持氧化钙与碳的继续反应，在不断地稀释与浓缩的变化中保持一定的电石质量。
积渣层：该层区域位置位于熔融层的最低部位，因原料中存在一些杂质，如碳化硅、硅化铁等，电石炉运行一段时间后，积渣层的杂质含量将会积累，因此在经过一段时间后需要对其进行清理。
密闭电石炉熔炼过程机理
电石炉内的熔炼过程按照状态的不同可以细分6个阶段，分别如下：物料进入电石炉后首先在预热层进行预热，此阶段的温度较低，石灰和焦炭主要呈现相分离阶段(I)，随着物料的下沉逐渐进入扩散层和反应层，由于靠近电极的端部，此位置的温度较高，氧化钙开始出现熔融状态，熔融的碳化钙与周围的碳开始生成中间物质CaOC(Ⅱ)，随着位置的不断下降，温度进一步提升，中间物质CaOC开始解离出钙蒸汽，钙蒸汽与碳源接触则生成碳化钙(Ⅲ)，生成碳化钙的同时，反应产生一分子的一氧化碳物质，一氧化碳气体则对体系开始进行扰动，在此作用下，会进一步产生氧化钙熔体(Ⅳ)，此时将会重复上述过程，不断生成碳化钙和一氧化碳(V)，直至反应达到稳定，形成氧化钙和碳化钙的共融体(Ⅵ)，在熔池中沉积，形成熔融层。
密闭电石炉的运行探讨
(1)原料中杂质含量不得超过质量控制指标。
(2)生产中不得有水进入炉内。通水设备因故有损，不得呈线状漏水。
(3)在电炉检修后及延长停炉后，电炉物料表面的水石灰必须清除以后方可送电开炉生产。
(4)如果怀疑漏水，停电检查期间，电极不得上下移动。
(5)出炉工及炉前工作人员必须穿戴好规定的劳动防护用品。
(6)必须保持整个电炉的气密性在设计范围内，防止CO气体泄漏造成中毒事故，定期检测四层电极区空气中CO浓度及其他可疑区CO浓度，采取措施，确保安全生产指标。
结语