Спосіб одержання карбіду кальція

Изобретение относится к ферросплавной промышленности, а именно к получению карбида кальция, применяемого в металлургии. Известен способ плавки карбида кальция в дуговых электрических печах 3-фазно-го тока с линейным и треугольным расположением электродов, выбранный в качестве прототипа [1]. Верхние электроды представляют собой самоспекающиеся электроды. Технология производства карбида кальция состоит в следующем: известняк со склада направляют на известково-обжигательные печи, в которых из него получают негашенную известь. Обжиг известняка производят коксом, каменным углем или антрацитом при температуре 1000-1100°С. Полученную известь направляют в отделение подготовки шихты, куда подвозят также кокс или уголь. Затем, производят дробление сырьевых материалов на куски определенной величины и смешение их при соотношении масс извести и кокса (или угля) 1,55. Дробленные материалы загружают в печь. Температура плавки не превышает 2500°С. Полученный в печи карбид кальция выпускают в чугунные изложницы, в которых он остывает. Общие затраты энергии на обжиг извести и выплавку карбида составляет 6000-6500 кВт ч/т. При этом способе не удается достичь температуры 3000-3500°С, требуемой для получения карбида кальция высокого качества во всех точках рабочего пространства. Поэтому этим способом можно получить только карбид кальция с содержанием извести до 24% и других примесей до 6%, поскольку карбид кальция именно такого •состава имеет сравнительно низкую температуру плавления. Объем ацетилена/ выделяемый из одного килограмма карбида кальция, полученного традиционным способом в лучшем случае не превышает 285 л. (часть карбида кальция при заливке в изложницы реагирует с влагой, имеющейся в воздухе). Основной задачей предлагаемого способа является усовершенствование способа производства карбида кальция, включающего обжиг известняка и плавление получившейся в результате обжига извести с коксом или углем за счет одновременного обжига известняка и плавления извести с коксом или углем при плазменно-дуговом нагреве, что позволяет снизить расход электроэнергии, а выбранное соотношение масс известняка и кокса (или угля)(1,7-1,8) обеспечивает объем зоны, в которой протекает реакция и равномерную по всей зоне температуру 3000-4000°С, которая требуется, что позволяет повысить качество карбида кальция и выход из него ацетилена. Поставленная задача достигается тем, что в способе производства карбида кальция, включающем обжиг известняка и плавление получившейся в результате обжига извести с коксом или углем, обжиг известняка и плавление извести с коксом или углем производят одновременно плазменно-дуговым нагревом при соотношении известняка и кокса или угля1,7—1.8. Использование плазменно-дугового нагрева по сравнению с традиционными источниками тепла обеспечивает одновременный обжиг известняка под воздействием энергии плазмы, генерируемой в ПДН (плазменно-дуговом нагревателе) за счет газов, идущих через слой шихты вверх и плавление извести. Это дает возможность уменьшить расходы электроэнергии (исключив обжиг известняка в отдельной печи) с 6500 кВт*ч/т до 4500 кВт ч/т. Выбранное соотношение масс известняка и кокса или угля (1,7-1,8) позволяет обеспечить равномерную по всей зоне плавления температуру в диапазоне 3000-4000°С, а так же большой объем зоны реакции, которые необходимы для получения качественного карбида кальция. Если выбранное соотношение составляет 1,6, то уменьшается температура плавления извести с коксом или углем до 2500°С. В результате увеличивается количество извести и др. примесей в готовом карбиде кальция, что снижает качество карбида кальция и соответственно уменьшается выход ацетилена. Если выбранное соотношение масс известняка и кокса и угля составляет 1,9, то сильно увеличиваются расходы электроэнергии, температура плавления извести с коксом достигает 4000°С. При такой температуре реакция образования карбида кальция смещается в обратную сторону: т. е; выход карбида кальция не увеличивается, а наоборот уменьшается, а следовательно уменьшается и выход получаемого из него ацетилена. Сущность изобретения заключается в следующем: Шихтовые материалы известняк и кокс или уголь в соотношении 1,7-1,8 загружают в тигель плазменнодуговой печи, оборудованной плазменно-дуговым нагревателем (ПДН), установленным по центру тигля. В ПДН возбуждается дуговой разряд, который горит под слоем шихты. Под воздействием энергии плазмы, генерируемой в ПДН, происходит одновременно обжиг известняка, отходящими вверх через слой шихты газами, образование извести, плавление извести и реакция взаимодействия ее с коксом или углем. Расплав карбида кальция накапливается в донной части тигля, а шихта постепенно спускается в зону дугового разряда. По мере сплавления шихты и опускания ее вниз, подъема уровня расплава, ПДН поднимается вверх, а на поверхности слоя шихты из бункера подается новая порция и процесс продолжается непрерывно. Возможность поддерживать высокую температуру во всем объеме рабочей зоны печи и в расплаве карбида кальция, которую дает плазменный нагрев, обеспечивает получение карбида кальция при соотношении масс известняка и кокса или угля 1,7-1,8, что в свою очередь позволяет выплавлять карбид кальция с низким содержанием извести. Конкретный пример осуществления способа. Способ производства карбида кальция в плазменно-дуговой печи прошел испытания в ИЭС им. Е. О. Патона АН Украины на плазменно-дуговой печи, оборудованной графитовым тиглем диаметром 300 мм и высотой 500 мм. По центру тигля был установлен плазменно-дуговой нагреватель (ПДН) мощностью до 300 кВт, который монтировался на механизме, обеспечивающем перемещение ПДН вдоль вертикальной оси. До начала процесса наружный электрод ПДН опускался на уровень 5-10 мм от дна тигля и на всю высоту тигля в зазор между ПДН и стенкой засыпалась шихта, состоящая из известняка и кокса в соотношении, которое варьировалось в пределах 1,6-1.9. Над поверхностью шихты имелся бункер, из которого в тигель непрерывно подавалась шихта по мере ее плавления в рабочей зоне. Печь закрывалась герметично и возбуждалась дуга. Устанавливалась сила тока дуги 3 кА. По мере плавления шихты и накопления на дне тигля расплава карбида кальция, ПДН поднимался, причем расстояние между поверхностью расплава карбида кальция и торцом наружного электрода поддерживалось в пределах 30-40 мм. Скорость выплавки карбида кальция при силе тока дуги 3 кА и напряжении 55 В составляла 25-30 КГ/ч. По достижении уровня расплава карбида кальция 150 мм от дна тигля, подача шихты из бункера прекращалась и оставшаяся в зазоре между стенкой тигля и ПДН шихта расплавлялась. После расплавления всей шихты перемещение ПДН вверх прекращалось, поверхность расплава нагревалась ПДН в течение 1-2 мин для того, чтобы в расплаве не осталось не прореагировавших компонентов шихты, и ПДН выключался. Полученный слиток карбида кальция после остывания извлекался из тигля. Аналогичным образом, т. е. на той же печи и на тех же режимах проводились испытания, при этом в печь загружалась шихта, состоящая из известняка и угля. Соотношение масс известняка и угля варьировали в пределах 1,6-1.9. Результаты экспериментов по выплавке карбида кальция представлены в таблице. Примеры 2, 3, 4 и 7, 8, 9 составлены в соответствии с заявляемым изобретением. Испытания этих составов показали, что расход электроэнергии уменьшается на 1000— 1500 . к'Вгч/т, количество примесей уменьшается в 10 р., а, следовательно увеличивается и выход годного. В примерах 1, 5, 6, 10 отражены соотношения между известью и коксом или известью и углем, выходящие за заявляемые, т. е. 1,6; 1,9. Большой расход электроэнергии 6000-6500 кВт.ч/т и большое количество примесей 15-20% позволяет сделать вывод о правильности выбранных пределов соотношения между известью и коксом или известью и углем. Как видно из результатов испытаний при производстве карбида кальция по предложенному способу выход ацетилена из одного килограмма карбида кальция увеличивается на 8-14%, а экономия электроэнергии составляет 13-30%. Карбид кальция может широко использоваться в металлургии и химической промышленности.