Спосіб одержання карбіда кальція

Настоящее изобретение относится к химическому производству, а более конкретно - к способу получения карбида кальция путем плазменно-дугового нагрева. В качестве прототипа взят способ выплавки карбида кальция в специальных печах с самоспекающимися электродами (1]. Данный способ заключается в том, что шихтовые материалы, состоящие на извести, полученной предварительным обжигом известняка, и кокса (или угля), нагревают и плавят тремя электродами с большой площадью поперечного сечения. Питание дуг осуществляется по трехфазовой схеме. При этом способе недостатки, присущие процессу выплавки карбида кальция в дуговых электропечах, устраняются лишь частично. Углеродная масса самоспекающихся электродов принимает участие в реакции образования карбида кальция, расход электродов колеблется в широких пределах, достигая 300 кг на тонну. Ввиду конструктивных и технологических особенностей режим выплавки карбида кальция ведут либо в дуговом режиме при очень короткой длине дуг, либо в электрошлаковом режиме, а потому и при сравнительно низкой среднемассовой температуре в зоне плавки шихты и нагрева расплава (не более 230010, что позволяет выплавить карбид кальция только сравнительно низкого качества-с содержанием извести не менее 20%. Получить же чистый карбид кальция, имеющий температуру плавления 2433К при существующем способе плавки и среднемассовой температуре плавильного пространства 2300К невозможно. Из сказанного следует, что выплавка карбида кальция существующим способом ведется при отношении среднемассовой температуры плавильного пространства к температуре плавления производимого продукта в пределах 1.1-1.2. Наличие в карбиде кальция большого количества извести приводит к тому, что выход ацетилена из одного килограмма карбида кальция колеблется в пределах 220-280 литров. Эта величина значительно меньше теоретически возможной (350 л). В основу изобретения положена задача усовершенствовать способ получения карбида кальция путем применения плазмы, генерируемой в плазменно-дуговом нагревателе, установленном в печи, для обжига и плавления шихты, состоящей из известняка и кокса или угля и регулирования соотношения среднемассовой температуры плазмы к температуре плавления карбида кальция, что позволяет обеспечить равномерный нагрев расплава шихты по всему объему зоны, в которой протекает реакция образования карбида кальция и равномерную по всей зоне температуру, и за счет этого получить карбид кальция с низким содержанием примесей и выходом ацетилена, близким к теоретическому с экономией электроэнергии. Данная задача решается тем, что в способе получения карбида кальция, включающем обжиг известняка и плавление его с коксом или углам, обжиг и плавление шихты осуществляют одновременно посредством плазмы, генерируемой в плазменно-дуговом нагревателе, установленном в печи, а соотношение среднемассовой температуры плазмы к температуре плавления карбида кальция регулируют в пределах 2.32.8. Предлагаемым способом совмещают одновременно две стадии получения карбида кальция: предварительный обжиг известняка, осуществляемый по известной технологии в специальной печи, в результате которого получают негашеную известь и восстановление извести углеродом путем сплавления ее с коксом или углем в рудотермической или дуговой печах, что снижает расходы электроэнергии и сокращает время на получение карбида кальция. Согласно изобретения в качестве нагревателя шихтовых материалов используют плазму, генерируемую в плазменно-дуговом нагревателе. Использование плазменно-дугового нагрева по сравнению с источником теппз. описанного в прототипе, обеспечивает большой объем зоны, в которой протекает реакция образования карбида кальция и равномерную температуру расплава по всему объему не менее 2500-2700 К. Такую температуру поддерживают за счет регулирования соотношения среднемассовой температуры плазмы к температуре плавления карбида кальция в пределах 2.3-2.8. Именно при температуре нагрева расплава на менее 2500-2700К получают карбид кальция с низким содержанием примесей не более 1%. А это. в свою очередь, обеспечивает выход ацетилена с одного килограмма карбида кальция 320-335 л., т.е. близкий к теоретическому. При этом экономия электроэнергии для получения одного килограмма карбида кальция составляет не менее 1%. При соотношении среднемассовой температуры плазмы -Тем к температуре плавления карбида кальция Тпл менее 2.3 не удается достичь температуры расплава 2500-2700 К и, следовательно, не удается получить карбид кальция с низким содержанием примесей, в частности, извести. При соотношении среднемассовой температуры плазмы -Тем к температуре плавления карбида кальция Тпл более 2.8 резко возрастает расход электроэнергии для получения карбида кальция, а также перегрев футеровки и повышается ее износ. Предлагаемый способ заключается в следующем. Процесс получения карбида кальция проходит в плазменно-дуговой печи, представляющей собой герметическую камеру, футерованную внутри огнеупорным материалом, имеющую плавильное пространство. В центре крышки камеры вмонтирован плазменно-дуговой нагреватель (ПДН) с полыми электродами, установленными коаксиально друг относительно друга. Шихту - известняк и кокс или уголь загружают между плазменно-дуговым нагревателем и футерованной стенкой печи. Включают источник питания и производят запуск дуги. Силу тока дуги регулируют до требуемой температуры. Возбужденный в ПДН дуговой разряд горит под слоем шихты. Регулирование длины столбов дуги достигается с помощью коаксиально расположенных электродов путем изменения расстояния между торцами электродов, а также между торцами электродов и нагреваемым объектом. Под воздействием энергии плазмы одновременно обжигают известняк, отходящими через слой шихты газами с образованием извести и плавят известь с коксом или углем. По мере сплавления шихты и опускания ее вниз, подъема уровня расплава ПДН поднимается вверх, а на поверхность слоя шихты подается новая порция и процесс продолжается непрерывно. Техническая сущность изобретения поясняется на примерах выполнения. Рассмотрим конкретные примеры осуществления способа, в которых по соотношению среднемассовой температуры плазмы к температуре плавления карбида кальция Тсм/Тпл устанавливали силу тока дуги, напряжение дуги и температуру расплава. Соотношение Тсм/Тпл варьировали в пределах 2.3-2.8 в соответствии с изобретением и в пределах 1.5 и 3,0, которые соответствовали запредельным соотношениям среднемассовой температуры плазмы к температуре плавления карбида кальция (см.таблицу). Пример 1. Предложенный способ получения карбида кальция прошел проверку в Институте электросварки им. Е.О. Пато-на АН Украины на плазменно-дуговой печи ОБ 1501. Печь представляла собой герметичную камеру, футерованную внутри огнеупорным материалом с диаметром плавильного пространства 450 мм. В центре крышки монтировался ПДН с полыми электродами, установленными коаксиально друг относительно друга. В начале процесса ПДН опускали до дна ванны и в пространство между ПДН и футерованной стенкой печи засыпали шихту, состоящую из известняка и кокса или угля в соотношении 1.7 - 1.8. Включали источник питания и производили запуск дуги ПДН посредством касания электродов между собой с последующим их разведением. Процесс выплавки карбида кальция вели при следующих режимах: Тсм/Тпл - отношение среднемассовой температуры плазмы к температуре плавления карбида кальция равном 1.5 менее нижнего предела 2.3 в пределах 2.3-2.8, сила тока дуги -3,3 кА. нг~ пряжении дуги -52 В. При таком режиме температура расплава составила 2300 К, известь в карбиде кальция - 20%, выход ацетилена - 265 л. Пример 2. Процесс выплавки карбида кальция вели при нижнем пределе соотношения среднемассовой температуры плазмы к температуре плавления карбида кальция равном 2.3 в пределах 2.3-2,8, силе тока -4,0 кА, напряжении дуги - 55В. При этом температура расплава составила 2500 К, известь в карбиде кальция 2%, выход ацетилена - 320 л. Пример 3. Процесс выплавки карбида кальция вели при оптимальном соотношении среднемассовой температуры плазмы к температуре плавления карбида кальция равном 2.6 в пределах 2.3-2,8, сила тока -5,7 кА, напряжении дуги - 58 В. Температур j расплава составила 2600 К, известь в карбиде кальция - 1 %, выход ацетилена - 335 л. Пример 4. Процесс выплавки карбида кальция вели при верхнем пределе соотношения средмемассовой температуру плазмы к температуре плавления карбид» кальция равном 2,8 в пределах 2.3-2.8, ална тока 6.6 кА, напряжении дуга 60 В. Температура расплава составила' 2670К, известь на карбиде кальция - 1%, выход ацетилена -335 л. Пример 5. Процесс выплавки карбида кальция вели при соотношение среднемассовой температуры плазмы к температуре плавления карбида кальция равном 3.0, более верхнего предела 2,8 в пределах 2,3-2 1, силе тока 8,0 кА, напряжении дуги 65В. Температура расплава составила 2800К, известь в карбиде кальция - 15%, выход ацетилегя - 270 л. Как видно из результатов проверки, осуществление предложенного способа получения карбида кальция путем плазменно-дуговая нагрева обеспечивает повышение качества продукта и выхода ацетилена из него.