电石炉的电气化学

第二节熔池
• 一、电弧作用区
• 通常当电石炉通电后，碳素电极通过炉料产生强 大的电流，使电极端头的气体起电离作用，并却 离子化极为活跃。电离后的气体就形成了一个导 体，在电极一端至炉料间产生电弧。
• 由于电炉所用原料质量不同，电弧电压、电弧电 流强度和电弧长度各有不同。一般焦炭比无烟煤 和石油焦易于发生电弧。（无烟煤和石油焦的比 电阻大一些）大部分电弧发生于电极端头。一般 是发生于电极靠炉心侧的电极外圆附近，随电流 电压的增大，向电极的外侧移动。
• 实际上计算：在短网压降未知时，因为电极和炉 底是接成“Y”形的，所以可用变压器二次线电压 除以 3 代替电极至炉底中心点的电压，用变压器 二次线电流代替电极电流来估算，可以保证相对 的准确性。实际上，长期操作电石炉的生产人员 习惯用变压器的二次线电流与二次线电压之比来 估算，也是相对准确的。
电流电压比对生产的指导意义
电极直径
• 电极直径决定于电极电流密度，电极横截 面积最大电能强度，电极运动电阻等。首 先取决于电极电流密度，而允许的电流密 度与所使用的电极弧质量有关。
电极同心圆直径Hale Waihona Puke Baidu
电石炉的电气—几何参数
• 电石炉的电气—几何参数：电极的运动电 阻、电极电能强度、电极间电位梯度、电 石反应区电能强度、炉底平均电能密度和 炉膛平均电能密度等。
熔池半径的计算
电石炉的参数
• 一、电石炉的电气参数：电炉变压器容量、二次 电压、二次电流、电流电压比。
• 1、电石炉变压器容量的大小是根据所需年产量， 电石单位耗电量，电石炉功率因数，变压器利用 率的当前水平，每年生产天数等决定的。
• 2、电炉变压器的二次电压： • 3、电石炉变压器的二次电流：根据变压器的额定
电弧作用区
• 就是电弧发出的高温所能作用到的区域。 通常也叫熔池或坩埚。这个区域位置在电 极端头的下面直到炉底。
• 电极下面的电弧作用区包括电弧区、反应 区、熔融区。
熔池
• 电极下面的电弧作用区称为熔池， 其直径以D表示。三个电极下面的 熔池是相连的，把这个互相连接起 来的熔池叫做理想的炉膛内径，用 DB表示。
电石炉电极的运动电阻
• 电极的运动电阻：电极端头至炉底中心点电压除以电极电 流，再乘以电极周长，即电极端头至炉底中心点的等效电 阻乘以电极周长。Re.m=Ue×∏×De/Ie
• 电极运动电阻的物理意义：对于同一电极直径来说，如果 使用较小的电流电压比，也就是运动电阻较大，则电极要 向上运动；如果使用较大的电流电压比运行，电极的运动 电阻较小，电极就要向下运动。对于同一电流电压比来说， 电极直径越大，电极运动电阻越大，电极就要向上运动， 电极直径越小，电极运动电阻越小，电极就要向下运动。 为了能使电极维持在适当位置上，就必须使电流电压比与 电极直径合理配合。经生产实践的综合归纳，电极运动电 阻以0.4—0.6欧.厘米为佳。
降低电弧强度的原因
• 通常在电石炉中尽量降低电弧的强度，因 为电弧温度可达4000℃,这样高的温度对电 石反应，要引起热损失的增加，并多消耗 电极。
• 降低电弧强度的方法：改变炉料使其难以 发生电弧；清理炉料料面，使电极与较冷 的疏松炉料接触；加新的炉料；正常排出 一氧化碳气体，降低操作电压和调整电极 位置。
电石炉电极的电流强度
• 电极电能强度是在电极横截面积上，每单 位面积所通过的电功率。单位为千瓦/米2
电石炉的几何参数
• 电石炉的几何参数：电极直径、电极同心圆直径、炉膛内 径、炉膛深度等。
• 各几何参数对生产的意义：只有当电极直径选择合理时， 才能使电极得到合理焙烧，并能维持电极在适宜的工作位 置。只有当电极同心圆直径合理时，才能使三相熔池互相 流通，又能适当抑制支路电流；既能使电极处在合适位置， 又能确保电石反应区的电能高度集中，以达到高温，确保 优质高产。只有选择合理的炉膛内径，才能即保护炉底电 能强度，炉内熔池电能密度，以获取优质产品，又不会明 显地缩短炉龄，保证电石炉安全运行。只有选择合理的炉 膛深度，才能保证较高的热效率和合理的熔池尺寸，从而 确保电石炉安全生产。
• 重点：小型变压器往往采用一种原则或混合使用 一次来设计，而大型电炉变压器往往采用二种原 则多次混合使用，以尽量获取变压器容量变换为 等差级数。
电石炉的电流电压比
• 理论上定义：电极上的电流和电极端头至炉底中 心点电压之比。
• 电流电压比可以反映的生产现象：电石反应区体 积的大小，和电极是否能够深入炉料而闭弧生产。
电石炉的电气化学
第一节概述
• 电石是在电炉内用电能转变成的热能把炉料加热 到反应温度，而使碳素原料的碳与生石灰的钙化 合而成的。
• 熔池的电阻是炉子的最重要参数。影响这个参数 的因素很多，如熔池中物料的电阻系数，熔池的 几何尺寸，电极的数量和尺寸，以及电极在熔池 中的位置等。
• 大电流通过熔池，使熔池处于磁场强度很高的电 磁场中，磁场强度则影响功率在熔池中的分布。
视在功率和前面已经计算出来的二次常用额定电 压值，就可以求出二次线电流的额定值。即 I2=Ps×1000 /U2×3
设计电石炉变压器的原则
• 一、等容量：即当二次电压低时，二次电流就大 一些，当二次电压高时，二次电流小些，但每级 视在功率不变；
• 二、等电流：即当二次电压变化时，二次电流不 变，每级视在功率则随着二次电压的提高而增大。
• 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，热效率高。但电流 电压比过大，电极插入炉料就会太深，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。实践证明，热效率 对总效率的影响比电效率更大。所以正确的操作 方法应该是提高炉料比电阻，在确保电极能适当 插入炉料而闭弧生产的条件下，适当的选用稍高 的二次电压，使电流电压比不过大。在较高的热 效率条件下，同时得到较高的电效率，从而使电 炉的总效率达到最高。