【正文】 后，碳素電極通過(guò)爐料產(chǎn)生強(qiáng)大的電流，使電極端頭間空氣起電離作用，并且離子化極為活躍。電離后的空氣就形成一個(gè)導(dǎo)體，在電極一端至爐料間產(chǎn)生電弧。 由于電爐所用原料質(zhì)量的不同， 電弧電壓、電弧電流睡電弧長(zhǎng)度各有不同。一般焦炭比無(wú)煙煤和石油焦易于發(fā)生電弧。大部分電弧發(fā)生于電極的端頭。一般是發(fā)生在電極靠爐心側(cè)的電極外圓附近，隨電流電壓的增大，而向電極的外側(cè)移動(dòng)。 在電石爐操作時(shí)，可以從電氣設(shè)備的振動(dòng)聲以及電弧在電極尖端燃燒所發(fā)出的聲音來(lái)判斷 其變化情況。通常在電石爐中盡量降低電弧的強(qiáng)度，因?yàn)殡娀囟瓤蛇_(dá) 4000℃，這樣高的溫度對(duì)電石反應(yīng)，要引起熱損失的增加，并多消耗電極。降低電弧強(qiáng)度的方法是：改變爐料使其難于發(fā)生電??；清理爐料料面；使電極與爐料接觸；加新的爐料；正常排出一氧化碳?xì)怏w；降低 操作電壓及提升電極等。 49．電石爐內(nèi)的電流的分布 三相電石爐中的電流分布是比較復(fù)雜的。由于爐料電阻的大小、電弧電壓的高低和電弧電流的強(qiáng)弱在不斷地變化，所以電流的分布也是在不停地變化。圖 28概略地示出了三相電石爐中可能存在的電流回路。 aa 是流經(jīng)反應(yīng)層和熔融層的電流回路， bb 是經(jīng)過(guò)反應(yīng)層而不通過(guò)熔融層的電流回路， cc 是經(jīng)過(guò)爐料相互擴(kuò)散層的電流回路， dd是通過(guò)爐料預(yù)熱層的電流回路。 從電石生產(chǎn)的特性來(lái)看，以 a b c d的順序?qū)﹄娛a(chǎn)更為有利。也就是說(shuō)電流自電極尖端通第 28 頁(yè) 共 117 頁(yè) 過(guò)電弧區(qū)，反應(yīng)層，熔 融區(qū)到爐底，再流向另一個(gè)電極。但也不能排斥 b、 c、 d 的流向。通常我們習(xí)慣地把 dd流向的電流回路叫做支路電流。 cc流向的電流回路也接近于支路電流。這是很難用量的關(guān)系來(lái)區(qū)別的。不過(guò)，這里要強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)，支路電流是電石生產(chǎn)者不太歡迎的。 通過(guò)實(shí)踐證明，電石爐內(nèi)存在一定數(shù)量的電阻，且電弧的“燃燒”具有一定的穩(wěn)定程度。所以在電石爐內(nèi)能量的分配也是比較穩(wěn)定的。根據(jù)剖析，在電石爐中釋放在電弧中的電能約占 40%左右，釋放在爐料（包括半熔融物）中的電能大致與此相同，而在熔融體中釋放的電能約為總能量的 20%。 電弧作用區(qū)就是電弧發(fā)出的高溫所能作用的區(qū)域。通常也叫做熔池或坩堝。這個(gè)區(qū)域位置在電極端頭的下面直到爐底。根據(jù)資料記載和多年來(lái)清爐經(jīng)驗(yàn)分析。電極下邊的電弧作用區(qū)包括電弧區(qū)、反應(yīng)區(qū)和熔融區(qū)。 如圖 29 所示。電弧作用區(qū)是一個(gè)橢圓形的半球體。電極端頭至爐底的距離（ L）就是這個(gè)球體的半徑。電弧作用區(qū)包括電弧區(qū)、反應(yīng)區(qū)和熔融區(qū)，其中電弧區(qū)和反應(yīng)區(qū)的高度之各為 2/3L，熔融區(qū)的高度為1/3L。這個(gè)半球體與爐底 A、 B兩點(diǎn)相接，圓弧 A⌒ B就是熔池的壁。 AO或 BO是熔池半徑（ rm） ，熔池半徑可大于 L，也可小于 L，但最好是等于 L。 圖 30 表示熔池的圓周相接觸。在這種情況下，電極中心距 C 等于熔池的直徑 D，而電極中心距 C 和爐膛內(nèi)徑 DB與熔池直徑 D之間的關(guān)系由下式求出： DB=2(H+C/2)=2(C/2cos30176。＋ C/2)= (1) D=C=DB/ (2) 若電極中心距 C 等于熔池直徑 D，則三個(gè)熔池之間形成了不太理想的“死角”。熱量不夠集中，容易造成三相不暢通。在正常生產(chǎn) 時(shí)，這個(gè)熔池半徑嫌小了一些。 圖 31表示三個(gè)熔池這樣互相重疊，在這種情況下： C= D+de (3) 2 DB＝ 2（ C－ de/2+H） =2(Cde/2+C/2/cos30176。 )= (4) 由于三個(gè)熔池相互重疊，在爐膛中心形成過(guò)份集中的熱區(qū)。降低了電極之間的電阻，支路電流增大，電極不易深入爐膛，反面不利于電石生產(chǎn)。所以說(shuō)熔池半徑太大對(duì)電爐操作也是十分不 利的， 圖 32表示三個(gè)熔池的圓周交于一點(diǎn)，即爐膛圓心。在這種情況下： C = 2Hcos30176。 = Dcos30176。 = (5) 第 29 頁(yè) 共 117 頁(yè) DB = 2D = (6) 當(dāng)三個(gè)熔池的圓周交于爐膛的圓心，促使電極之間互相流通，熱量比較集中，而又不過(guò)份集中。這樣的熔池是比較理想的。 51．熔池半徑 前面已經(jīng)講過(guò)，熔池半徑是由爐膛直徑?jīng)Q定的。而且從圖 32 中已經(jīng)找到比較合適的比值。即DB=2D=。 這個(gè)數(shù)值可以說(shuō)在設(shè)計(jì)時(shí)已充分考慮。 不過(guò)在實(shí)際生產(chǎn)中，熔池的大小是由電能決定的。所以還需要從實(shí)際使用功率求熔池半徑。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)得到以下計(jì)算公式： Rm=√ PT/3л PU = √ PT/ PU (7) 式中： Rm――熔池半徑（厘米）； PT－－電爐有功功率（千瓦）； PU――熔池內(nèi)單位面積上的功率強(qiáng)度（ /厘米 2）。 現(xiàn)舉一個(gè)例子說(shuō)明一下。某廠變壓器容量為 8000千伏安，實(shí)際使用功率為 7000千瓦，求熔池半徑？ 已知： PT＝ 7000千 瓦 PU＝ / 厘米 2 代入公式（ 7）中 Rm=√ PT/ PU =√ 179。 7000/ =88厘米 求得熔池半徑為 88厘米。 今列舉幾個(gè)不同容量的電爐的熔池半徑與電極中心距離的關(guān)系于表 6中。 從上列數(shù)據(jù)可以看出，用兩種不同的方法求得的熔池半徑略有不同，但相差較小。這些數(shù)據(jù)都大于電極中心距的一半，說(shuō)明熔池圓周是相交的。 熔池半徑與電極中心距離的關(guān)系 表 6 變壓器容量 （千伏安） 實(shí)際使用功率 （千瓦） 熔池半徑（ r1） （厘米） 熔 池半徑（ r2） （厘米） 電極中心距離 （厘米） 8000 16500 40000 7000 14600 28000 88 128 178 95 135 175 165 235 305 注：① r1系由使用功率求得。 ② r2系由電極同心圓直徑推算而得。 第 30 頁(yè) 共 117 頁(yè) 從熔池半徑的計(jì)算可以使我們理解一個(gè)問(wèn)題，就是在正常生產(chǎn)中，電爐負(fù)荷越滿載運(yùn)行，爐內(nèi)越暢通。反之，若電爐運(yùn)行負(fù)荷低，則電爐不易暢通。此時(shí)補(bǔ)救的辦法是將郵爐間隔時(shí)間延長(zhǎng)一些，在熔池內(nèi)多積存一些熔融電石，用熔融電石的高溫使其互相溝通。尤其是在新開爐的電爐上 ，更容易體會(huì)到這一點(diǎn)。 開放爐就是在電石爐上沒(méi)有蓋上爐蓋，爐內(nèi)排出來(lái)的一氧化碳?xì)怏w在料央上燃燒，產(chǎn)生的火焰隨同粉塵一起向外四散。這樣的電石爐就叫做開放爐。 最初的開放爐容易很小，大約在 100～ 300 千伏安左右，是單相間歇工電石爐（圖 33）。這種爐子是一個(gè)裝在小車上的鋼槽。槽底部是爐底（ 1），作為下部電極，通常由一個(gè)碳素電極或電極糊搗固而成。第二個(gè)電極（ 2）懸掛在槽的上面。把裝有爐槽的小車送到電極恰好深入爐內(nèi)之位置。從變壓器引出來(lái)的兩根母線，一根與上部電極連接，另根與下部電極連接。當(dāng)電極和爐底間 通過(guò)電流時(shí)形成電弧，發(fā)出熱量冶煉電石。料是從料斗 （ 3）加進(jìn)去的。電石煉好后，將電極提起，運(yùn)走小車，使其冷卻，在騰出位置處裝上同樣的小車重復(fù)操作。間歇式的爐子熱量損失很大，因此是不經(jīng)濟(jì)的。間歇式電爐操作困難，因?yàn)闋t底作為一相電極，而當(dāng)爐內(nèi)充滿已生成的電石時(shí)，對(duì)電流的流動(dòng)造成很大的阻力。 后來(lái)進(jìn)一步改進(jìn)間歇式爐而制成組式爐（圖 34）。爐子上面懸掛兩個(gè)可移動(dòng)的電極，由兩個(gè)電極間所發(fā)生的電弧放出熱量，操作時(shí)電極逐漸升高，在爐內(nèi)由下而上生成電石。組式爐也裝在活動(dòng)的小車上，電石滿后就運(yùn)走冷卻。也有的組式爐電極固定不動(dòng)。 當(dāng)生成電石過(guò)程中，爐槽和爐體一起慢慢放下。間歇爐和組式爐的結(jié)構(gòu)都是單相，其容量不超過(guò) 1000 千伏安。由于容量小，操作不完善，原料熔融不完全，損失熱量大，耗電量非常高，每噸電石耗電為 6000 千瓦小時(shí)。其后又研究出構(gòu)造上更完善的連續(xù)式單相爐（圖 35）。這種爐子原料從上部加入，在電弧作用區(qū)生成電石，電石增多后，放入專用的鍋?zhàn)又?。電石在鍋?zhàn)又欣鋮s，而電石爐可繼續(xù)操作。直到 1905～ 1906 年，才開始設(shè)計(jì)建造具有三根電極的圓型開放式三相電爐。在開始建造時(shí)，曾發(fā)生過(guò)許多困難，工人操作時(shí)很緊張。由于導(dǎo)電母線又粗又長(zhǎng)，電流 通過(guò)時(shí)發(fā)生相當(dāng)大的感 電阻，電極在燃燒時(shí)也不能均勻地消耗。隨著工業(yè)的發(fā)展，電石爐不斷得到改進(jìn)。自從三十年代自燒式電極研究成功后，電極直徑得到擴(kuò)大，電極 的延續(xù)方法也更趨合理，因此三相圓型開放式電石爐的容量迅速發(fā)展到 20220千伏安，設(shè)備上也得到了較為完善的改進(jìn)。在電石工業(yè)發(fā)展史上才結(jié)束了第一個(gè)發(fā)展階段。 全國(guó)各電石工廠開放爐的工藝流程由于設(shè)備的不同而不完全一樣。今列舉一臺(tái)中等容量的開放型電石第 31 頁(yè) 共 117 頁(yè) 爐的工藝流程，使讀者對(duì)開放爐得到進(jìn)一步的了解（圖 36）。 符合電石爐要求的生石灰和焦炭分別運(yùn)至貯斗（ 1），用自動(dòng)秤（ 2） 按規(guī)定配比進(jìn)行配料，爐料由皮帶輸送機(jī)或吊車運(yùn)至電石爐料倉(cāng)（ 3）內(nèi)，經(jīng)過(guò)料管（ 4）向電爐（ 5）內(nèi)投料。 35000伏（或 10000伏）高壓電經(jīng)過(guò)電爐變壓器（ 6）變成低壓后，經(jīng)過(guò)短網(wǎng)（ 7），軟銅線（ 8），導(dǎo)電銅管和導(dǎo)電板（顎板）導(dǎo)入電極（ 9）。電極由升降卷?yè)P(yáng)機(jī)（ 10）帶動(dòng)，經(jīng)過(guò)電極電弧熱和爐料電阻熱使?fàn)t料反應(yīng)生成電石。電石生成后，定時(shí)出爐，放至電石鍋（ 11）中，由電動(dòng)牽引車將載運(yùn)電石鍋的小車（ 12）拖到冷卻室。經(jīng)過(guò)冷卻后，用大吊車（ 13）將電石塊吊至冷卻平臺(tái)（ 14）上，冷卻 8～ 16 小時(shí)左右，然后再用吊車將電石塊 吊至顎式破碎機(jī)（ 15）進(jìn)行破碎，破碎后的電石塊經(jīng)過(guò)斗式提升機(jī)（ 16）送至電石貯斗（ 17）中貯存。然后再根據(jù)需要進(jìn)行裝桶或用其他運(yùn)輸工具送出。 前面已經(jīng)講過(guò)，開放式電石爐的容量最大不超過(guò) 20220 千伏安，而且不能利用一氧化碳?xì)怏w。所以要想增大電石爐的容量并回收一氧化碳?xì)怏w，加以綜合利用，就需要制取一氧化碳?xì)怏w。在開放爐上放置吸氣罩，把爐內(nèi)生成的一氧化碳?xì)怏w抽出一部分，剩余的一部分仍在爐面上燃燒，這樣的電石爐就叫做半密閉爐。由于能抽出一部分爐氣，減少了爐央上的燃燒熱量，所以電爐的容量可增加到 40000 千伏安，實(shí)際操作時(shí)，平均功率能達(dá)到 30000 千瓦左右。電石爐容量增加了，對(duì)大型有機(jī)合成工廠創(chuàng)造了有利的條件。這在電石工業(yè)發(fā)展史上可稱第二個(gè)階段。 最初建成的三相半密閉爐為圓型，電極按等邊三角形放置。由于吸氣罩和爐氣洗滌設(shè)備環(huán)繞電爐，對(duì)爐面上和爐下的操作都不方便。后來(lái)經(jīng)過(guò)不斷地研究改進(jìn)，把圓型爐改為長(zhǎng)方型爐，三根電極按一直線排列，在電極之間放置吸氣罩，爐氣凈化設(shè)備放在爐后壁，出爐口放在爐前壁，并采用冷卻筒代替冷卻鍋，這樣一來(lái)，爐子的操作就方便了。這樣的電爐只能安裝一個(gè)出料口，所以對(duì)出爐技術(shù)要求較高。 現(xiàn) 舉一臺(tái)容量為 40000 千伏安，電極按一直線排列的三相長(zhǎng)方型半密閉電石爐為例（圖 37），供給讀者參考。 將石灰自料罐（ 10）運(yùn)至破碎機(jī)（ 2）進(jìn)行破碎，破碎后之石灰經(jīng)提升機(jī)和固定篩篩分之后，進(jìn)入貯斗（ 3）。合格的焦炭則裝入貯斗（ 6）中。石灰和焦炭經(jīng)過(guò)自動(dòng)秤（ 4）稱量配好爐料后 ，再經(jīng)過(guò)鏈斗輸送機(jī)（ 7）送至爐料料倉(cāng)（ 8），然后定時(shí)用搖擺加料器（ 9）將爐料加入電爐（ 10）內(nèi)。搖擺加料器是用氣動(dòng)裝置推動(dòng)的。 35000 伏高壓電經(jīng)過(guò)電石爐變壓器（ 11）變成低壓后，經(jīng)過(guò)水冷式銅管母線（ 12）、軟銅線、導(dǎo)電銅第 32 頁(yè) 共 117 頁(yè) 管和導(dǎo)電板導(dǎo) 入電極（ 13）。因?yàn)檫@種母線可承受較大的電流密度，故可節(jié)省大量的銅材。電極的升降 是用油壓升降機(jī)（ 14）帶動(dòng)。壓力的來(lái)源是由油壓設(shè)備（ 15）供給。爐料經(jīng)電熱加熱而生成電石。 爐內(nèi)各相電極間放置有吸氣罩（ 16），用以抽出一部分爐內(nèi)反應(yīng)生成的一氧化碳?xì)怏w，并經(jīng)過(guò)爐氣凈化設(shè)備（ 17）加以凈化。 電石爐出爐口是用燒穿裝置（ 19）燒穿的。燒穿裝置的電源是由電石爐變壓器的一相或?qū)Ｓ玫臒┳儔浩鞴╇姟? 出爐時(shí)，熔融電石從眼流出來(lái)，經(jīng)過(guò)流料槽（爐嘴）進(jìn)入冷卻筒（ 18），在這里進(jìn)行冷卻和破碎。由冷卻筒尾卸出來(lái)的電石塊（ 80 毫 米以下）用提升機(jī)（ 20），送入貯斗（ 21）中貯存。最后用皮帶輸送機(jī)（ 22）送往包裝工段或乙炔發(fā)生站。 近年來(lái)由于密閉電石爐在我我如雨后春筍般出現(xiàn)，所以這種半密閉電石爐在技術(shù)上更加顯得陳舊，逐漸趨向于淘汰。 密閉爐就是在開放爐上蓋上一個(gè)爐蓋，將爐內(nèi)產(chǎn)生的一氧化碳?xì)怏w用抽出設(shè)備抽出。由于蓋上爐蓋，隔絕了空氣，所以料面上不發(fā)生燃燒現(xiàn)象。這樣的爐子就叫做密閉爐。密閉爐是半密閉爐的進(jìn)一步發(fā)展，而且比半密閉爐更趨完善。這種爐子有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： （ 1）由于一氧化碳?xì)怏w全部被抽出，爐面上不發(fā)生燃燒火焰，所以電 爐功率可以得到發(fā)展。目前已經(jīng)出現(xiàn)了 35000～ 40000千伏安的大容量密閉電石爐，這是近二十年來(lái)電石工業(yè)的一個(gè)大發(fā)展。 （ 2）蓋上爐蓋以后，可用各種儀表來(lái)操縱電石爐，不但使電石生產(chǎn)工藝流程更趨合理，而且機(jī)械化和程序控制程度較高。 （ 3）密閉爐的另一個(gè)特點(diǎn)是蓋上爐蓋以后，在電石爐周圍沒(méi)有火焰和粉塵，大大地改善了勞動(dòng)條件。 （ 4）爐蓋上裝有料管，爐料自動(dòng)下落，用不著人工加料。 （ 5）爐面設(shè)備由于不受高溫影響而延長(zhǎng)了使用期限。