Разработать технологию получения карбида кальция в печах мощностью 100 МВА

           При работе на смеси антрацита с коксом приходится предварительно производить подсушивание последнего. Кокс вследствие своей пористости содержит всегда значительное количество влаги, что при смешении с известью способствует гашению последней. В этом случае увеличивается количество пыли в шихте, и работа карбидной печи ухудшается. Пыль затрудняет выход окиси углерода, образующейся при сплавлении материалов в печи, а также увеличивает расход извести, так как она уносится из печи вместе с горячими газами и не участвует в реакции. Для подсушивания кокса пользуются вращающимися сушильными барабанами.

Дробление извести, антрацита  и кокса производят в щековых  дробилках типа Блека или в  вальцовых дробилках (вальцах). При  дроблении в вальцах пользуются иногда одной дробилкой с двумя  парами вальцов, в которой происходит одновременно и дробление и смешивание материалов.

В последнем случае сырые  материалы предварительно взвешиваются для составления смеси необходимой  пропорции и высыпаются в воронку  над вальцовой дробилкой. Из этой воронки они при помощи питателя подаются в вальцовую дробилку. При такой системе дробления известь и антрацит получаются в кусках одинаковой величины.

Если известь и антрацит дробятся в отдельности, то обычно устанавливаются  или две щековые, или две вальцевые  дробилки— одна для дробления извести, а другая для антрацита и кокса. В случае раздельного дробления легче регулировать величину кусков каждого из сырых материалов, в результате чего можно получить шихту, содержащую крупные кускй извести и более мелкие куски антрацита и кокса. В этом случае представляется возможным перед дробилкой извести поставить сито для отсева известковой пыли. После отсева шихта будет содержать меньше пыли и, следовательно, электропечь будет работать в лучших условиях.

   Составление шихты  производят в следующем порядке. Известь и углеродистые материалы взвешивают на весах. Взвешенные материалы через приемные бункера поступают на щековые дробилки.

            При раздельном дроблении извести  и углеродистых материалов взвешивание  их производится обычно после дробления. Дробленые материалы поднимаются в отдельности специальными элеваторами в бункера. Взвешивание их производится в этом случае с помощью автоматических весов, установленных под бункерами. После весов материалы направляются в общий бункер, из которого они подаются к карбидным печам. Процесс смешивания сырых материалов осуществляется в этом случае во время их транспортирования к электропечам.

 

 

 

1.4 Схема производства карбида кальция

   Схема производства  карбида кальция представлена  на рисунке 3 [1]. Данная схема применялась, ранее, на печах малой мощности.

Известняк и топливо  для его обжига поступают на заводы и хранятся в открытых складах, а  антрацит и кокс - в складах закрытого  типа.

 

Рисунок 3 – Схема производства карбида кальция

При обжиге известняка в пересыпных шахтных печах используют в качестве топлива кокс или антрацитную мелочь, а при обжиге генераторными газами – каменный уголь.

Известняк и топливо подаются в известковобжиговые печи. Полученную из печи известь направляют в отделение подготовки шихты; туда же поступают антрацит и кокс.

В отделение подготовки шихты известь и углеродистое сырье загружают в автоматические весы 1 и 2. После взвешивания сырые  материалы подаются  питателям 3 в вальцовую дробилку, в которой  они дробятся и одновременно смешиваются. Полученная шихта перемещается ковшевым элеватором 5 на ленточный транспортер 6.

На некоторых заводах  дробление сырых материалов производится отдельно. Это обеспечивается получение  углеродистых материалов и извести  в кусках необходимой величины.

Дробленные материалы  поднимаются ковшовым элеватором 5 в бункеры, на которых на автоматических весах  отвешивают требуемое количество, и подают на транспортер 6. Транспортером 6 шихта сбрасывается на стальной ленточный  конвейер 7 для распределения по бункерам 8, установленным над карбидными печами. Во время перемещения сырые материалы смешиваются. Сбрасывание шихты с транспортера 7 в соответствующий бункер производится специальным устройством. Из бункера шихта загружается в печи 10 и по спускным течкам, нижние концы которых перемещаются между электродами 9.

По электротехническим преимуществам, наиболее рациональным для выплавки карбида кальция  является закрытая печь с круглой ванной и расположением электродов по вершинам равностороннего треугольника (рис.4) [7].

Сплавление шихты происходит в электропечи. Электрическая энергия  высокого напряжение подается к трансформатору 11 от подстанции, трансформируется  в нем на низкое напряжение  и  передается по шинам к электродам 9 печи. Электроды, подвешенные на тросах, поднимаются и опускаются с помощью электрических лебедок.

Полученный в печи карбид кальция периодически выпускается  в изложницы, в которых он застывает. Застывшие карбидные блоки поступают  в отделения охлаждения и дробления. Здесь блоки карбида кальция вытаскивают из изложниц с помощью электрического крана, взвешивают и устанавливают на специальную решетку для дальнейшего охлаждения в течение 20 – 24 часов.  Охлажденные карбидные блоки поднимают вместе с решетками мостовым краном и устанавливают на площадку дробилок; с решетки сбрасывают в щековую дробилку 12 для предварительного дробления. После этого карбид

Рисунок 4 - Печь для выплавки карбида кальция.

/ — бункер: 2—питатель; 3 — свод; 4 — загрузочная площадка; 5 — ледка; 6 — вагонетка; 7— разливочная площадка; 8 — фундамент; 9— угольные блоки; 10 — кожух; 11 — футеровка; 12—короткая сеть; 13 — рама; 14 — электроды; 15— гидроподъемник; 16 — несущие цилиндры; 17 — патрон; 18 — трансформатор.

поступает во вторую щековую  дробилку 13, где разбивается на более мелкие куски. Дробление карбида может происходить и в дробилках другого типа.

Дробленный карбид кальция  ковшевым элеватором 14 и ленточным  транспортером подается в отделение  сортировки и упаковки или отделение  размола карбида, если последний предназначается для производства цианамида кальция. В отделение сортировки карбид пропускается через электромагнитный сепаратор 15 для отделения кусков ферросилиция. Затем его сортируют в двух барабанах 16 и 17. Куски карбида кальция, разделенные по сортам, ссыпают в бункеры 18, из которых они загружаются в железные барабаны.

Карбид кальция, упакованный  в барабаны, подается на склад готовой  продукции по подвесной дороге или  в вагонетках.

В настоящее время  на мощных и сверхмощных печах технология претерпела большие изменения. Сейчас подача шихты материалов автоматизирована полностью, подается по конвейерам, поступают материалы в большом количестве. Изложницы по объемам достигают до 10 тонн.

 

2. Расчет материального и теплового баланса плавки карбида кальция

2.1Материальный  баланс плавки карбида кальция

Предварительный расчет количества и состава продуктов  плавки

Расчет материального  баланса производится на 100кг извести согласно методике [3, 4]. Химический состав сырьевых материалов приведен таблице 1. Распределение компонентов между продуктами плавки по данным [4] приведено в таблице 2.

Таблица 1 – Состав исходных материалов согласно ТУ 95-21-78 [2]

Наименование материалов	Содержание компонентов, %										Источник
	Влага на рабочую массу, Wr	Зола на рабочую массу, Аr	Летучие на горючую массу, Vr	CaO	SiO2	Fe2O3	Al2O3	Сr	СО2	Сумма, %
Известь	0,50	-	-	91,5	2,20	2,20	1,10	-	2,50	100	[2]
Бурый уголь	5	11,5	41,75	-	-	-	-	41,75	-	100	[2]
Зола угля	-	-	-	42,7	30	11,9	15,4	-	-	100	[2]
Электродная масса	-	7	13	-	-	-	-	80		100	[2]
Зола электродной массы	-	-	-	7	48	17,7	26	-		100	[2]

 

Таблица 2 – Распределение компонентов между продуктами плавки, % [4]

Продукт плавки	Компоненты шихты
	Ca	Si	Fe	Al
в карбид	Ca(CaC2)=75 Ca(CaO)=21,9	Si(SiC)=10 Si(SiO2)=10	Fe(FeO)=10	Al(Al2O3)=20
в ферросплав	0,1	60	90	60
в газ	3	20SiOг	-	Al(Al2O3)=20Al2Oг

 

 

 

 

 

2.1.1 Расчет количества восстановителя

Расчет  необходимого количества углерода

Реакции, протекающие  в ванне печи при выплавке карбида  кальция, и расчет количества углерода, необходимого для осуществления этих реакций, приведены в таблице 3.

Таблица 3 – Расчет количества углерода, необходимого для восстановления оксидов извести

Реакции	Количество углерода, кг
CaO + 3C = CaC2 + CO	91,5∙0,75∙ = 44,1
CaO + C = Caж,г + CO	91,5∙0,01∙ = 0,0198
SiO2 + 3C = SiC + 2CO	2,20∙0,10∙ = 0,132
SiO2 + 2C = Siж + 2CO	2,20∙0,60∙ = 0,528
SiO2 + C = SiOг + CO	2,20∙0,20∙ = 0,088
Al2O3 + 3C = 2Al + 3CO	1,10∙0,60∙ = 0,233
Al2O3 + 2C = Al2O + 2CO	1,10∙0,20∙ = 0,052
Fe2O3 + 3C = 2Fe+ 3CO	2,20∙0,90∙ = 0, 4455
Fe2O3 + C = 2FeO+ CO	2,20∙0,10∙ = 0,0 165
Итого	46,215кг

 

Расчет  активного углерода в буром угле

Под активным углеродом  понимается углерод восстановителя, остающийся после восстановления оксидов  собственной золы. Распределение компонентов при восстановлении оксидов золы принимаем аналогичным, как и для извести.

На восстановление оксидов  золы и влаги 100кг бурого угля потребуется  углерода (реакции, протекающие при  восстановлении оксидов золы восстановителя, и расчет количества необходимого для этого углерода приведены в таблице 4).

Таблица 4 – Расчет количество углерода на восстановление золы угля

Реакции	Количество углерода
CaO + 3C = CaC2 + CO	11,5∙0,427∙0,75∙ = 2,37
CaO + C = Caж,г + CO	11,5∙0,427∙0,01∙ = 0,01
SiO2 + 3C = SiC + 2CO	11,5∙0,13∙0,10∙ = 0,207
SiO2 + 2C = Siж + 2CO	11,5∙0,3∙0,60∙ = 0,828
SiO2 + C = SiOг + CO	11,5∙0,3∙0,20∙ = 0,138
Al2O3 + 3C = 2Al + 3CO	11,5∙0,154∙0,60∙ = 0,375
Al2O3 + 2C = Al2O + 2CO	11,5∙0,154∙0,20∙ = 0,083
Fe2O3 + 3C = 2Fe+ 3CO	11,5∙0,119∙0,90∙ = 0,2 77
Fe2O3 + C = 2FeO+ CO	11,5∙0,119∙0,15∙ =0,0103
Итого	4,321кг

 

Отсюда следует, что  активного углерода в буром угле:

41,75 – 4,321 = 37,43 %.

Расчет  активного углерода электродной  массы

  На восстановление оксидов золы 100кг электродной массы потребуется углерода (расчетные данные приведены в таблице 5).

Таблица 5 – Расчет количества углерода на восстановлении золы электродной массы

Реакции	Количество углерода
CaO + 3C = CaC2 + CO	7∙0,075∙0,76∙ = 0,26
CaO + C = Caж,г + CO	7∙0,07∙0,01∙ = 0,01
SiO2 + 3C = SiC + 2CO	7∙0,48∙0,10∙ = 0,2
SiO2 + 2C = Siж + 2CO	7∙0,48∙0,60∙ = 0,8
SiO2 + C = SiOг + CO	7∙0,48∙0,20∙ = 0,1
Al2O3 + 3C = 2Al + 3CO	7∙0,26∙0,60∙ = 0,4
Al2O3 + 2C = Al2O + 2CO	7∙0,26∙0,20∙ = 0,1
Fe2O3 + 3C = 2Fe+ 3CO	7∙0,177∙0,90∙ = 0,2 5
Fe2O3 + C = 2FeO+ CO	7∙0,177∙0,10∙ =0,01
Итого	2,13кг