СаСО3 → СаО + СО2 ↑
По мере образования смеси СаО + СаС2 её теплопроводность и электропроводность увеличивается и образуется зона плавления ΙΙ:
СаС2тв + СаОтв → СаС2ж + СаОж
Образовавшийся расплав обладает достаточной подвижностью и стекает ниже зоны печи. Этой подвижностью не обладает углеродсодержащий материал. Его плотность меньше плотности расплава и поэтому он всплывает, т.е. вытесняется в верхнюю зону расплава.
В эту зону с шихтой непрерывно поступают новые порции углеродсодержащего материала. В результате образуется зона, богатая углеродом – зона ΙΙΙ.
Из всех зон печи углеродистая обладает максимальной электрической проводимостью, что обусловлено как содержанием кокса, так и наличием проводящего расплава, создающего контакт между частицами кокса.
В зоне ΙΙΙ происходят основные химические реакции и превращение электричества в теплоту:
(СаС2 + СаО)ж +3Ств→2 СаС2ж + СО ↑
Так как углеродистая зона обеспечивает контакт между электродом и подом печи, торцы электродов должны находиться на уровне начала углеродистой зоны ΙΙΙ. Если они расположены выше уровня зоны, электрический контакт нарушается. Опускание их ниже уровня зоны приведет к падению электросопротивления и росту тока. Величина же последнего лимитируется мощностью трансформатора.
Зона ΙV – зона чистого расплава и зона V – зона ферросилиция являются отстойными, в них основной процесс, т.е. восстановление уже не идет. Но в этих зонах возможны различные побочные процессы, а частности, разложение продуктов реакции. Усиление этих процессов вызывается перегревом ΙV – й зоны и задержкой сливов карбида кальция из печи. Разложение карбида кальция происходит по следующим механизмам:
СаС2 + 2СаО → 3Сапар + 2СО ↑
СаС2 → Сапар + 2С
Поднимаюсь в более холодные зоны, продукты разложения снова вступают в реакцию с образованием СаС2.
При задержках сливов зона ΙV может иметь значительные размеры, а образовавшиеся в результате разложения газообразные продукты могут повлечь за собой вскипание расплава и выброс его из печи.
4.3.3. Влияние примесей в сырьё на процесс карбидообразования.
Примеси, содержащиеся в извести и коксе, отрицательно влияют на процесс получения карбида кальция. Основные примеси, содержащиеся в шихте: СаСО3, MgO, SiO2, Н2О, Р, S, Fe2O3, Al2O3.
Наиболее нежелательная побочная реакция – восстановление окислов железа и кремния по уравнению:
Fe2O3 + 2SiO2 + 7С → 2FeSi + 7СО ↑
Вследствие большой разности удельных весов расплавленного карбида и ферросилиция, ферросилиций осаждается на подине печи. Большое количество ферросилиция при сливе карбида кальция приводят к разрушению деталей сливного лотка и охлаждающего барабана.
Окись магния при температуре 18000С восстанавливается по реакции:
MgO + С → Mgпар + СО↑
Парообразный магний, возгоняясь в верхние зоны, реагирует с окисью углерода с образованием окиси магния:
Mgпар↑ + СО ↑ → MgO + С
С точки зрения дополнительного расхода электроэнергии и кокса нежелательны также примеси СаСО3, Н2О, Al2O3
СаСО3 + С → СаО + СО2 ↑
Н2О + С → Н2↑ + СО↑
2Al2O3 + 9С → Al4С3 + 6СО↑
Фосфор и сера переходят в карбид кальция в виде фосфидов и сульфидов, которые при получении ацетилена из карбида гидролизуются с образованием сероводорода и фосфористого водорода. Указанные примеси в ацетилене ухудшают его состав.
4.4. Охлаждение, кристаллизация, сортировка и упаковка карбида кальция
4.4.1. Особенности проведения процесса кристаллизации карбида кальция
Из карбидной печи карбид кальция сливается с температурой 1800÷23000С. Исследования показали, что, начиная с 4000С, карбид кальция активно взаимодействует с кислородом воздуха, образуя СаО и СО2; выше 6000С – с СО2, СО, Н2; выше 8000С происходит активное азотирование карбида кальция с образованием цианамида кальция; а выше 11000С – взаимодействие со всеми техническими газами. С парами воды карбид кальция взаимодействует при любой температуре. Все перечисленные взаимодействия неизменно ведут к ухудшению качества карбида кальция, снижению его литража.
Основными технологическими приемами для снижения потерь литража карбида кальция в процессе его охлаждения и дробления являются:
- снижение поверхности контакта расплавленного карбида кальция с атмосферой;
- быстрое охлаждение карбида кальция до температур, которые лежат ниже температур его взаимодействия с окружающей средой;
- уменьшение поверхности закристаллизовавшегося карбида кальция.
Снижение поверхности контакта горячего карбида с кислородом воздуха достигается путем создания инертной атмосферы в охлаждающем барабане, а также во всем закрытом оборудовании корпусов 154 «Д,Е». Инертный газ содержит в своем составе углекислый газ, способствующий образованию на поверхности кусков карбида кальция корки карбоната кальция, что в значительной мере уменьшает потери литража при транспортировке и хранении.
4.4.2. Описание процесса сортировки, транспортировки и упаковки карбида кальция.
Раздробленный и охлажденный карбид кальция через выгрузное устройство в конце барабана, имеющее решетку с размерами 100*100 мм по течке, снабженной решеткой для улавливания кусков штаиг и секторными затворами, поступает в один из элеваторов. На элеваторах установлены взрывные асбестовые мембраны.
Элеватором карбид загружается в промежуточный бункер ,установленный над весовым бункером. Из этого бункера карбид кальция подается в весовой бункер. Оба бункера продуваются ингазом. Величина взвешиваемой порции – (2000±50)кг.
Из весового бункера карбид кальция по системе точек с перекидными клапанами направляется в бункера хранения. Сортировка карбида кальция по литражу производится путем изменения положения перекидных клапанов перед бункерами.
Из бункеров хранения карбид кальция через загрузочные устройства подается на ленточный транспортёр, который передает карбид в корпус 154 «Е». С ленточного транспортера карбид кальция через пересыпной бункер по системе течек подаётся в элеватор, из которого по течке поступает в барабанный грохот, где разделяется по грануляции на две фракции 0÷25 мм и 25÷80 мм и собирается в бункерах.
Карбид кальция грануляции 0÷25 мм из бункера по течке поступает на наклонный ленточный транспортёр корпуса 401, где используется для получения ацетилена в генераторах.
Карбид кальция грануляции 25÷80 мм из бункера поступает по упаковочной течке в стальные барабаны. Полное заполнение барабана ведется при помощи вибратора, установленного под одной из секций рольганга. Заполненный барабан направляется на движущуюся часть рольганга пневмоцилиндром.
Далее на рольганге барабан закрывается крышкой, которая герметично закрывается специальным закаточным устройством, и направляется на склад. На складе с помощью электропогрузчика барабаны развозятся и формируются партиями.
4.5.Очистка реакционного газа
Реакционный газ образуется в ванне карбидной печи в результате реакции карбидообразования и состоит из суммы газов СО, Н2 ,СО2 ,О2 ,N2, NО2
Для отбора реакционного газа из ванны карбидной печи, его охлаждения и очистки смонтирована установка очистки реакционного газа, работающая по принципу мокрой очистки. Из ванны печи газ поступает в газоулавливающие воронки соединенные со специальными водоохлаждаемыми газоящиками. Из газоящиков газ поступает в прямоточные скрубберы. Через форсунки производится орошение скрубберов водой с целью охлаждения газа и предварительной очистки его от пыли.
Из прямоточного скруббера газ по соединительному газоходу поступает в противоточные скрубберы, также орошаемые водой через форсунки. Противоточные скрубберы каждой пары соединены общим коллектором сырого газа, по которому газ направляется в скрубберы - пылеотделитель. Из скруббера – пылеотделителя газ по газопроводу поступает в аппарат. Внутрь газопровода через форсунки подаётся вода. Слив воды с газопровода перед аппаратом производится через гидродозатор – утку в кессон сточных вод. Из аппарата реакционный газ через гидродозатор поступает в дезинтегратор. На ротор дезинтегратора через специальные форсунки подаётся оборотная вода. Дезинтегратор выполняет двойную роль: создаёт в системе необходимый вакуум и производит тонкую очистку газа «СО».
Очищенный в дезинтеграторе газ через каплеотбойник, где происходит его очистка от брызг воды, направляется в гидродозатор. Гидродозатор имеет три секции, две из которых связаны с соответствующими каплеотбойниками, а третья имеет выход реакционного газа во влагоотделитель, заполненный насадкой из керамических колец. И далее через расширительную камеру и огнепреградитель реакционный газ может идти по двум направлениям: в ствол факела или на утилизацию в топку парового котла корпуса 154 «В» для получения пара.
4.6. Очистка сточных вод
Загрязненная вода после очистки реакционного газа сливается из аппаратов системы очистки газа в кессон. Туда же сбрасывается шлам от ацетиленовых генераторов, промывные и продувочные воды с паровых котлов установки получения пара.
Для улучшения процесса коагулирования и отделения взвешенных частиц может использоваться известковое молоко из расчета 5-7 дм3 на 1 м3 сточных вод. Образовавшаяся в кессоне суспензия насосом подаётся в отстойник ,где происходит коагуляция частиц и их осаждение.
Осветленная вода из отстойника по переливной линии поступает в сборник осветлённой воды, откуда насосом поступает на систему очистки реакционного газа.