矿热炉电石生产工艺、入炉深度与电气理论、电流电压控制等参数的探讨

矿热炉电石生产工艺、入炉深度

与电气理论、电流电压控制等参数的探讨

一、关于电极入炉深度：

电石炉电极入炉深度，始终是电石生产行业所关注的的核

心话题，电石厂也去过许多电石企业进行学习，同时也对电极

入炉深度的问题进行探讨米酒制作方法 ，大部分企业都认为电极入炉深度应

控制在10奥古斯都凯撒 00mm以上，而且作为工艺参数进行严格控制。

但电极入炉1000mm以上的理论依据从何而来?

经过查阅电石生产资料与文献，很多都会提及电极入炉，

但没有明确具体的数值，仅在资料中发现两处描述:

第一段描述为：

炉子主要用电阻熔炼，为此，电极头应保持在炉料面以下

1100-1300毫米。操作过程中，通过经验会得出更精确的数字。

第二段描述为：

为了保持炉子工作良好和平稳，电极渗透性良好，并且所

有电极都要相同。

这可以通过测量从电极头到炉底的距离来控制，度量应按

需要时进行，但至少每隔一天度量一次。

电极头和炉底之间的最佳距离要求为1.1-1.3米，但可按

经验确定。

看似两段描述的数据相互矛盾，但仔细推敲，第一段描述

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中明确指出电极头在炉料面以下1100-1300毫米，电石炉料柱

距离炉壳上沿距离为430mm左右，入料深度较入炉深度多

430mm，如果料柱烧损，则入料深度与入炉深度的差值会更大。

第二段关于电极入炉的描述，是写在电石炉启动阶段，入

炉深度的描述与电石炉实际启动阶段的入炉深度一致。

对于27000KVA电石炉来说，电石炉炉膛深度为2650mm，

底部铺300mm碳，底焦上放置启动缸，其高度为1500mm，内部

填满焦炭，三相电极正是座在启动缸顶部，所以此时电极入炉

850mm，在送电后星接电压较低，为了尽快提高炉底温度，必

须将电极下降400mm左右，此时电极端头距炉底1400mm,但随

着电石炉负荷的提升，电压、电流会逐渐增大，电极势必会上

升，电极上升的程度也要视炉料电阻的大小，根据以往生产过

程，一般会上升800mm以上，这也是电石炉启动必须要经历的

过程，也就是说在正常生产时，电极入炉会在450mm左右，这

里说的入炉深度是以炉壳上沿为基准进行描述的，如考虑料柱

高于炉壳上沿及料柱烧损情况，入料深度为880-1300mm,与资

料中描述差距不大。

即使这样，“入炉深度”这个指标也给电石生产带来极大

的困惑，经过目前文献的查找并没有直接提及“电极入炉深度”

这个名词，也没有给出明确的指标，所以此“指标”还有待继

续研究和讨论。

二、关于电石炉电气理论：

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矿热炉的电气基本原理类似于灯泡的原理。电通过一白露诗句 种具

有电阻的介质传送。

根据定律，电能可以转变为热能，但电石炉电阻不是欧姆

电阻，除电阻外，负荷也有电感和电容。

因此，在电阻和电感串联的电路中，既有能量的消耗又有

能量的转换。

阻抗Z，电阻R,感抗X之间的关系，可以用图1来表示：

图1、阻抗三角形

在电阻电路中，电源输出的能量全部被电阻消耗。也就是

说，电阻吸收有功功率。

在电感电路中，电感不消耗能量，在电感和电源之间进行

着能量的互换，即电感吸收无功功率。

在电阻和电感串联的电路中，既有能量的消耗又有能量的

转换，所以既有有功功率P，又有无功功率Q，它们与视在功

率S之间可以用图2表示。

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图2、功率三角形

功率因数，在电阻和电感串联的电路中，有功功率的大小

不仅和电压、电流的大小有关，而且还和它们之间的相位差(即

功率因数COS))有关。

从功率三角形也可以看出，有功功率P和视在功率S的比

值等于功率因数cos中。功率因数较低的负荷工作需要较多

的无功功率。

譬如，电灯、电炉、电熨斗之类的功率因数cos=1，说明

它们只消耗有功功率。

异步电动机的功率因数比较低，一般在0.7-0.85左右，

说明它们需要一定数量的无功功率。

因此，对于发电厂来说，就必须在输出有功功率的同时也

输出无功功率。

在输出的总功率中，有功功率和无功功率各占多少，不是

决定于发电机，而是取决于负荷流脑疫苗不良反应 的需要，即取决于负荷的功率

因数。

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三、关于电石炉电流电压控制：

关于电流和电压的控制，经过实践，电石炉电流电压控制

直接影响电石炉运行状况，但电石炉电流电压如何控制才算合

适?

资料给出了工程列线图，如图3所示，列线图依据R=P/3I

公式进行绘制，辅助计算公式：

图3、125500KVA电石炉工程列线图

电石炉运行中的每一个点都可以在图中对应，目前是我们

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操作的最根本依据。

当电石炉电压等于恒功率电压时(181V),刚好是直线和曲

线的交点，当视在功率达到25500KVA时，电石炉操作电阻0.82,

有功功率15800KW,电极电流81.8KA，电极电压181V。

当电石炉电压低于恒功率电压时(181V),这条曲线是一条

直线，呈恒电流状态，即电石炉视在功率达到25500KVA时，

随着电石炉操作电阻(功率因数)的增加，电极电流不变都是

81.8KA,电石炉有功功率逐渐增大，电极电压逐渐增大，C3值

逐渐增大;

当电石炉电压高于恒功率电压时(181V)，是一条曲线，呈

恒视在功率状态，即电石炉视在功率达到25500KVA时，随着

电石炉操作电阻(功率因数)的增加，电石炉有功功率逐渐增

大，电极电压逐渐升高，电极电流逐渐降低，C3值逐渐减小。

视在功率达到25500KVA时，电石炉操作电阻越大，则电

石炉有功功率就越高，电极电压也越大，电极电流越小。

随着电石炉有功功率的升高，电极电流越来越低，主要是

目的在于要增大电极电压，因为电极电压越高，电石炉熔池就

越大，而熔池扩大对应的效果就是电石炉况稳定性的提高。

电石炉所引进的C3值，其公式含有近反义词的成语 为电流与功率的三分之二

次方的比值(I/P3/2),C3值越低，则反映出的炉况越好，从公

式推出，电极电流不可过高，会使C3值升高。

四、关于电石过热与相平衡图：

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电石炉在电热装置中的分类应属于电阻电弧炉，它不仅仅

依靠电流通过电阻发出的热量来加热炉料，还要依靠电弧的放

热来获取更高的热量。

电石生产需要这部分热量来进行反应，但输入过多的热量

也会给生产带来一系列的不良影响。

图6-1为不同纯度电石的液相线温度，含80%CaC2的液相

线温度约为2050℃,为保持物料的液体状态，温度应高于此温

度，否则物料将开始凝固，而输入过多能量所产生的过热，温

度远高于液相线的液体温度，也会对生产造成一系列负面影

响。

图4、CaC2-CaO相平衡图

实际电石生产中，生产原料无法精炼提纯，原料中大量杂

质被带入电石中，所以电石工业产品并非是CaC2和CaO的混

合物，而是以CaC2为主的多种物质(包括MgO、A12O3、SiO2

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等)的混合物，混合物原子排列规则不像单一物质的原子排列

那么均匀、有序，所以更容易受到温度作用。

因此混合物的液相线温度比单一物质熔点都要低。所以电

石实际液相线温度要比图4中的温度更低一些，根据经验，使

用兰炭固定碳在84%，石灰CaO在90%相图应为图5所示：

图5、实际生产中的CaC2-CaO相平衡图

理解相平衡图，对电石生产起到一定的指导作用。电石生

产中需要一定的过热来使电石保持液态，但一旦输入的过热能

量过多，就会产生一系列的负面影响；

例如：电石的粘度会降低，流动性变好，导致出炉堵不住

眼，喷溅，流地;电石过热，焰口(电极周围吃料口)会扩大，

也是炉气温度升高的主要原因。同时电石过热会伴随副反应：

CaO+2CaC₂—3Ca↑+2CO↑；

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CaC₂—C学习资料下载 a↑+C；

反应式中Ca是以单质气态形式存在，同时还会产生大量

CO气体，气体只能透过料层将已经生成的电石带出料面以上，

就会发生翻电石现象。

发生喷塌料事故也是同样道理，就是过热引起气体集中爆

发。

结合相平衡图，为什么说电石质量低的时候容易翻电石，

例如图5中CaC2质量在69%左右，对应发气量应为26大书法家 0L/Kg，

发气量较低，此时对应的液相线温度仅为1750℃，如果我们按

照过去的理念，按照同一水平的能量输入，就会更容易使电石

过热，造成翻电石的现象，然而在发生翻电石时，我们多数会

将原因归结为反应温度不足，从而降低炉次续积炉温，这样不

但不会缓解翻电石问题，反而会造成翻电石恶化，这就是电石

在低质量的条件下，翻电石问题反反复复无法转入正常生产的

原因。

过量输入能量或不及时出炉，能量不平衡所导致的过热，

百害无利，如何解决过热问题，是科学指导我们降低故障、事

故，降低电能消耗的有效途径。

根据公式△Q=IR△t,我们可以视炉料电阻不变，那么过

热的能量即和电流强度、加热时间有关，一方面降低电流可以

有效减少过热，另外就是加热时间，虽然电石炉需要连续生产，

这就说明加热时间不可中断，但我们可以控制出炉频次，控制

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合理的出炉频次，也是减少过热的途径之一。

五、关于电石炉产能提升：

电石厂共有12台电石炉，每台电石炉采用三台单相变压

器供电，单台变压器容量为9000KVA，共90003=27000KVA；

12台电石炉总负荷为27000KVA12=324000KVA。

电石炉用电由220KV两台主变供电，每台变压器接带6台

电石炉负荷，每台主变压器额定38.5KV电压时负荷为

180000KVA,两台变压器38.5K怎么制作新年贺卡 V电压时总负荷为360000KVA，

35KV电压时为1638002=327600KVA,电石厂12台电石炉额定

总需求负荷为27000KVA12=324000KVA。

按照表2设计要求电石炉变压器制造时可超额定负荷20%

长期运行，但是实际运行时，电石炉总负荷324000KVA超20%

为388800KVA，已经超过变压器的额定负荷，显然主变压器设

计时并未考虑电石炉变压器设计负荷要求，因此在原设计中，

电石炉总负荷限制在额定负荷324000KVA以下。

表2、主变分支回路的实际参数和目前的运行参数

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优化前，单台变压器额定负荷9000KVA(超额定负荷20%能

长期运行)，一次电流257A(相电流)，角接运行时额定线电流

为2571.732=445A,三台电石炉满负荷电流为4453=1335A，

从上表中可以看出，分支电流报警值为1300A，额定电流为

1350A。

三台电石炉满负荷运行时电流1335A大于供电分支设定报

警值1300A,小于设计电流值1350A。

受供电设备额定负荷的影响，实际运行中，每台电石炉只

能运行在27000KVA以下，考虑到电石炉操作电流引起的三相

不平衡，电石炉负荷实际达不到额定的27000KVA。

主变的限制，已成为电石炉负荷提升的一个制约点;另外

一点，电石炉变压器运行时功率因数0.95，档位达到3档甚至

2档运行，变压器在负荷不超27000KVA，有功功率最高可提高

到25650KW,这时，变压器已基本达到上限，这是制约电石炉负

荷提升的另一个原因，两方面制约了电石炉负荷的进一步提

升。

电石提升产能，必然要利用现有的条件，提升档位，开满

负荷，以输入更多的能量来提升产量，但如何提升负荷正是需

要我们现今研究解决的问题。

根据公式P=UIcos,提升负荷势必要从提升电压、提升电

流、提升功率因数三个方面来进行考虑，在之前的内容中已经

提到，电石炉并非纯电阻炉，需要一部分感性负载,所以功率

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因数不能提升到很高的水平，而电流方面，由于工艺和系统的

限制，目前控制在72000A左右，提升空间也不大，所以提升

电压是实现产能提升的关键突破点。

根据公式P=UIcos反算，若电流按照72000A控制，功率

因数保持在0.95,将有功功率提升至27000KW，则电压应提升

至228V,将有功功率提升至30000Kw,则电压应提升至253V。

然而系统存在一部分压降损失，经过测量，变压器和短网

压降损失为15V左右。

这部分压降损失暂时无法解决，所以实际电压要提高到更

高的水平(有功功率27000Kw,则电压应提升至243V,有功功率

30000Kw，则电压应提升至268V)，所以电石产能的提升，需要

从以下两方面着手：

一方面对电石炉变压器参数实施优化，着手提升二次电

压，提高电效率，降低电压损耗，减少无功损耗，在不改变现

有供电设备的前提下，提升电石炉变压器的带载能力，是解决

变压器制约负荷提升的一项重要举措。

另一方面，近阶段筹划新建变电站，将主变容量提升，提

升电石炉变压器一次侧电压，也是提升二次电压，提升产量的

有效途径。

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