Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania weglika wapnia z wapna, zwanego równiez materialem bialym, i nosnika weglowego, okreslanego równiez jako material czarny, w zamknietym piecu elektrotermicz¬ nym o sprawnosci powyzej 20 MW, którego elektrody sa umieszczone symetrycznie w naroznikach trójkata równobocznego.Piece elektrotermiczne sa uzywane w calym swiecie od wielu dziesiatków lat. Poczatek stanowilo elektro¬ termiczne wytwarzanie weglika wapnia. W ciagu wielu dziesiatków lat uzywano pieców o mniejszej sprawnosci; powstajace gazy spalaly sie na powierzchni wsadu. Reakcja i wsad znajdowaly sie pod stala kontrola wizualna.Manualna ingerencja w celu skorygowania nieprawidlowosci byla mozliwa natychmiast podczas eksploataqi, tak ze nie bylo trzeba przykladac bardzo rygorystycznej skali do jakosci skladników wsadu.Od okolo 25 lat opracowuje sie piece, które ze wzgledu na ochrone srodowiska sa calkowicie zamkniete i z przyczyn ekonomicznych moga miec bardzo znacznie wyzsza sprawnosc. Obecnie jest wiec zupelnie mozliwa eksploatacja zamknietych pieców o sprawnosci do 75 MW.Opracowanie tych nowoczesnych wielkich pieców bylo zwiazane z pewnymi trudnosciami. Poniewaz bez¬ posrednie oddzialywanie na zjawiska w piecu nie bylo juz mozliwe, trzeba bylo przede wszystkim stawiac wyzsze wymagania dla skladu wsadowego. Musial on byc taki, aby mozliwa byla nieprzerwana eksploatacja przynajmniej w ciagu kilku dni, zanim przez ingerencje mechaniczna zostaly usuniete zbrylenia, zuzle itd.Wszystko to uleglo jeszcze utrudnieniu, poniewaz wskutek znacznego wzrostu poboru mocy zwiekszyla sie wrazliwosc na nieodpowiedni wsad.Wraz ze zwiekszaniem pieców elektroredukcyjnych przepuszczalnosc gazu warstwy wsadu pokrywajacej kotly reakcyjne i wymiana ciepla miedzy gazem i wsadem staje sie w rosnacej mierze kryterium dla skutecznej eksploatacji tych pieców. Przy nierównomiernym odgazowaniu tych kotlów wychodza z przerwami bardzo gora¬ ce gazy piecowe, co prowadzi do szkód przy kolpaku piecowym, przy oprawach elektrod i ewentualnie przy elektrofiltrach odpylajacych.Okazalo sie przy tym równiez, ze trudnosci te wzrastajajeszcze, jesli zamiast normalnych gatunków koksu hutniczego stosuje sie zle reaktywne nosniki weglowe, jakimi sa zwykle antracyt, koks naftowy i/albo wegiel chudy.2 125 382 W celu polepszenia przepuszczalnosci gazu wsadu i tym samym wymiany ciepla miedzy gazem i wsadem starano sie dlatego dotychczas o mozliwie waskie spektrum ziarna wsadu o pewnej najmniejszej wielkosci ziarna, w szczególnosci nosnika weglowego.Nosnik weglowy stosowano dlatego przewaznie wuziamieniu 10—20 mm. Czesci pyliste, to znaczy uziar- nienia ponizej 6 mm, trzeba bylo uprzednio odsiac od wsadu (Ullmanns Enzyklopadie der technischen Chemie, tom 5, wydanie 3,1954, Urban i Schwaizenberg, str. 30—33).Z tej przyczyny próbowano juz stosowac drobnoziarniste skladniki wsadu wprowadzane przez elektrody wydrazone w procesach elektrotermicznych (opis patentowy Stanów Zjednoczonydi Ameryki nr 2.996.360).Ilosc materialu drobnoziarnistego, jaka mozna w ten sposób stosowac, jest jednak ograniczona, poniewaz co prawda najpierw ze zwiekszajacym sie wprowadzaniem substancji stalej pizez wydrazone elektrody wystepuja korzysci dla eksploatacji pieca, takie jak zmniejszenie wypalania elektrod na jednostke czasu, elektrody zanurza¬ ne gleboko we wsadzie, jednakze poczawszy od pewnego punktu dalsze zwiekszanie tego wprowadzania substan¬ cji stalej prowadzi do radykalnego pogorszenia stanu pieca.Odnosnie skladu chemicznego w odniesieniu do materialu czarnego stawiano miedzy innymi zadanie, ze nie powinien on praktycznie zawierac skladników lotnycli. W praktycznej eksploatacji stosuje sie dlatego w zamknietych piecach przemyslowych przewaznie koks.Oczywiscie próbowano juz stosowac równiez inne materialy czarne, przede wszystkim antracyt i koks naftowy. Praktyczna eksploatacja zamknietych pieców przemyslowych wykazala jednak, ze zastosowanie tych materialów z powodu zawartosci skladników lotnych, jak równiez z powodu innych wlasciwosci, nastreczalo powazne trudnosci. Wsród specjalistów powstal dlatego poglad, ze do wsadu mozna w tych przypadkach doda¬ wac tylko niewielka czesc antracytu, koksu naftowego albo wegla chudego (maksymalnie do okolo 25% materia¬ lu czarnego, przy czym dane procentowe w niniejszym tekscie nalezy rozumiec zawsze jako procenty wagowe), jesli nie chce sie doprowadzic do trwalego zaklócenia eksploatacji Bylo to mozliwe tylko w przypadku dobrze pracujacych pieców. Dodawanie antracytu, koksu naftowego albo wegla chudego przerywano natychmiast, gdy wystepowaly trudnosci.W celu wytworzenia mas elektrodowych kalcynowano wprawdzie od dawna antracyt i koks naftowy, jednak ten kalcynowany material jest nieprzydatny do zastosowania w elektrotermicznych piecach redukcyj¬ nych, juz z powodu zbyt wysokiej przewodnosci elektrycznej. Jednak równiez zdolnosc reakcyjna tych produk¬ tów kalcynowania jest pogorszona, przez co podwyzszaja sie temperatury w piecu. Uprzywilejowane wskutek tego reakcje uboczne powoduja szybkie zazuzlowanie wsadu.Nieoczekiwanie stwierdzono obecnie, ze mozliwe jest równiez w zamknietych piecach elektrotermicznych o sprawnosci wiekszej niz 20 MW, których elektrody sa umieszczone symetrycznie w naroznikach trójkata równobocznego, stosowanie w duzym rozmiarze antracytu, koksu naftowego oddzielnie albo w mieszaninie ze soba.Mozna mianowicie stosowac co najmniej 40% zastosowanego ogólem we wsadzie piecowym skladnika weglowego w postaci nosnika weglowego zlozonego z antracytu, koksu naftowego i/albo wegla chudego, jesli ten nosnik weglowy o pierwotnej zawartosci skladników lotnych wiekszej niz 5,0% zostal poddany termiczne} obróbce wstepnej w podwyzszonej temperaturze tak dlugo, az wykazuje resztkowa zawartosc skladników lotnych wynoszaca mniej niz 5,0%, korzystnie 1-3%, a nastepnie ten nosiik weglowy rozdziela sie na frakcje o wielkosci ziarna 3—10 mm z jednej strony i wiekszej niz 10 do 25 mm z drugiej strony i frakcja o mniejszych wielkosciach ziarna zasila ae centralny zakres, znajdujacy sie miedzy elektrodami i frakcja o wiekszych uziarnie- niach zasila sie zewnetrzny zakres powierzchni wsadu w piecu, który znajduje sie poza trójkatem utworzonym przez elektrody.Korzystnie prowadzi sie przy tym termiczna obróbke wstepna w temperaturze poniza 1000°C, w szczegól¬ nosci w temperaturze 600-800°C, przy czym czas obróbki jest jak wiadomo tym krótszy, im wyzaa jest temperatura, i odwrotnie jest tym dluzszy, im nizsza jest temperatura.Okazalo sie równiez korzystne doprowadzanie do pieca jednoczesnie do 25% zastosowanego ogólem we wsadzie piecowym skladnika weglowego w postaci pylu koksowego przez wydrazone elektrody, przy czym pyl koksowy moze zawierac do 50% pylu antracytowego.Dalsze rozbudowanie sposobu wedlug wynalazku polega na tym, ze we wsadzie stosuje sie ogólem sklad¬ nik weglowy, który obok poddanego obróbce wstepnej wedlug wynalazku nosnika weglowego zawiera do 60% mieszaniny, która sklada sie z koksu z jednej strony oraz nieobrabianego antracytu, koksu naftowego i/albo wegfa chudego z drugiej strony w stosunku 1:1.Mozliwe jest równiez stosowanie we wsadzie ogólem skladnika weglowego, który obok poddanego obróbce wstepnej wedlug wynalazku nosnika weglowego zawiera do 30% nietraktowanego antracytu, koksu naftowego125382 3 i/albo wegla chudego, albo mozna nawet stosowac taki skladnik weglowy, który sklada sie do 100% z nosnika weglowego, poddanego obróbce wstepnej wedlug wynalazku.Celowo ustala sie stosunek wagowy materialu czarnego do bialego w ogólnym wsadzie na okolo 1:1,5 do 1,6, tak ze otrzymuje sie karbid, który w reakcji z woda dostarcza 280—3001 acetylenu/kg. Jednak mozliwe sa równiez inne sposoby eksploatacji pieca.Nastepujace przyklady objasniaja blizej nowy sposób, nie ograniczajac wynalazku do tresci tych przykla¬ dów.Przyklad I. Antracyt o nastepujacych parametrach: uziarnienie 6—30 mm; woda 6,3%; popiól 12,4%; lotne weglowodory 9,8%. opór elektryczny w temperaturze 20°C 107 ftcm, ogrzewa sie w piecu ruro¬ wym z ogrzewaniem posrednim bez dostepu powietrza w ciagu okolo 1,5 godziny w temperaturze 850°C. Po tym suchy antracyt zawiera jeszcze 1,9% lotnych weglowodorów i ma opór elektryczny 0,8 x 102 S2cm. Z tego materialu wysiewa sie nastepnie dwie frakcje o uziarnieniu 3—10 mm i 10—22 mm.Tymi dwoma frakcjami zasila sie piec karbidowy o zamknietej budowie o poborze mocy maksymalnie 55 MW, a mianowicie bardziej mialkie uziarnienie do centralnego zakresu pieca, znajdujacego sie miedzy elektro¬ dami, grubse uziarnienie do zakresu zewnetrznego (peryferyjnego). Mieszanine z wapnem ustala sie wszedzie równomiernie w stosunku 1 czesc antracytu do okolo 1,6 czesci wapna.Piec karbidowy jest wyposazony w wydrazone elektrody. Przez nie wdmuchuje sie mieszanine normalnego mialu koksowego (uziarnienie 0—6 mm) i drobno zmielone wapno w stosunku 1:1,6, która wynosi okolo 15% calego wsadu. Piec mozna w ten sposób eksploatowac bez zarzutu.Bilans 8 godzin eksploatacji dal nastepujacy wynik: Zuzycie: 351000KWh (^- 44MWh/h), 56 t antracytu, 101 mialu koksowego, 90 t wapna palonego w brylach, 15 t wapna drobno zmielonego, produkcja: 1101 karbidu z 2931 C2 H2 /kg.Czas eksploatacji pieca od momentu potrzebnej kontroli do nastepnej jest w podanych warunkach w przyblizeniu taki sam, jak w przypadku zwyklej eksploatacji z zastosowaniem koksu.Przyklad II. Otrzymany przy przeróbce antracytu na dwie frakcje ziarna drobno zmielony material 0-3 mm zostaje domieszany do mialu koksowego dla wydrazonej elektrody. Otrzymuje sie przy tej przeróbce w przyblizeniu taka ilosc drobno zmielonego antracytu, ze przy calkowitej przeróbce tego materialu skladnik czarny wydrazonej elektrody sklada sie z mieszaniny okolo 1 czesci mialu koksowego i 1 czesci antracytu.Poza tym postepuje sie jak w przykladzie I.Uzyskany wynik w ramach granic bledu jest taki sam jak w przykladzie I.Przyklad III. Postepuje sie zasadniczo jak w przykladziefl, tylko do antracytu po odgazowaniu dodaje sie nie poddany obróbce antracyt w takiej ilosci, ze mieszanina zawiera okolo 30% surowego antracytu. Dodaje sie oczywiscie przed oziebieniem antracytu, aby mogla wyparowac woda nieobrobionego antracytu, jednak nie weglowodory.Zuzycie w tym doswiadczeniu jest równiez w granicach bledu takie samo jak w przykladzie I. Jedynie liczba litrów wyprodukowanego karbidu wynosi tylko 285 1C2 H2/kg.Piec ma jednak przy tym sposobie eksploatacji wyraznie silniejsza sklonnosc do tworzenia zuzla na powie¬ rzchni wsadu. Topowoduje potrzebe nieco czestszego kontrolowania i korygowania pracy pieca. Czestotliwosc zwiazanego z tym przerywania eksploatacji jest przy tym sposobie postepowania na tyle wysoka, ze mozna mówic jeszcze o dopuszczalnej eksploatacji.Przyklad IV. Koks naftowy o uziarnieniu 6-35 mm i zawartosci lotnydi weglowodorów wynosza¬ cej 9,7%, 6% H20 i popiolu mniej niz 1% ogrzewa sie w takim samym piecu jak w przykladzie I, jednak do temperatury 750°C i przy czasie przebywania okolo 2 godzin. Po tym koks zawiera jeszcze 2,8% lotnych weglowodorów i opór elektryczny wynosi 1,6x102 Hem. Koks poddaje sie nastepnie przeróbce jak w przykla¬ dzie I, stosuje sie koks w piecu karbidowym równiez w sposób opisany w przykladzie I. Jedynie stosunek koksu do wapna ustala sie na 1 czesc koksu do 1,5 czesci wapna. Wydrazona elektrode zasila sie normalnym mialem koksowym.Wynik bilansu 8 godzin: zuzycie: 438 000 KWh (~0 55 MW/h): 115 t koksu naftowego; 20 t mialu koksowego; 771 wapna palone¬ go w brylach; 13 t wapna drobno zmielonego; produkcja: 1451 karbidu z 2981 C^ H2 /kg.Eksploatacja pieca jest normalna, kontrola nie jest potrzebna czesciej niz przy zwyklej eksploatacji z zasto¬ sowaniem koksu hutniczego.4 125 382 Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wytwaizania weglika wapnia z wapna i nosnika weglowego w zamknietym piecu elektrotermicz¬ nym o sprawnosci powyzej 20 MW, którego elektrody sa umieszczone symetrycznie w naroznikach trójkata równobocznego, znamienny tym, ze stosuje sie przynajmniej 40% stosowanego ogólem we wsadzie piecowym skladnika weglowego w postaci nosnika weglowego zlozonego z antracytu, koksu naftowego i/albo wegla chudego, przy czym ten nosnik weglowy o pierwotnej zawartosci skladników lotnych powyzej 5,0% zostal poddany wstepnej obróbce termicznej w podwyzszonej temperaturze tak dlugo, az wykazuje on zawartosc resztkowa skladników lotnych mniejsza niz 5,0%, nastepnie ten nosnik weglowy rozdziela sie na frakcje o wiel¬ kosci ziarna 3—10 mm z jednej strony i wieksze niz 10 do 25 mm z drugiej strony i frakcja o mniejszych wielko¬ sciach ziarna zasila sie centralny zakres, znajdujacy sie miedzy elektrodami, a frakcja o wiekszych wielkosciach ziarna zasila sie zewnetrzny zakres powierzchni wsadu w piecu, który znajduje sie poza trójkatem utworzonym przez elektrody. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym. ze nosnik weglowy poddaje sie termicznie obróbce wstepnej w temperaturze 600-800°C. 3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze nosnik weglowy poddaje sie termicznie obróbce wstepnej tak dlugo, az wykazuje on zawartosc resztkowa skladników lotnych wynoszaca 1-3%. 4. Sposób wedlug zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienny tym, ze doprowadza sie jednoczesnie do 25% stosowanego ogólem we wsadzie piecowym skladnika weglowego do pieca w postaci pylu koksowego przez wydrazone elektrody, przy czym pyl koksowy moze zawierac do 50% pylu antracytowego. 5. Sposób wedlug zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienny tym, ze we wsadzie stosuje sie ogólem skladnik weglowy, który obok poddanego obróbce wstepnej wedlug wynalazku nosnika weglowgo zawiera do 60% koksu. 6. Sposób wedlug zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienny tym, ze we wsadzie stosuje sie ogólem skladnik weglowy, który obok poddanego obróbce wstepnej wedlug wynalazku nosnika weglowego zawiera do 60% mieszaniny, która sklada sie z koksu z jednej strony oraz nieobrabianego antracytu, koksu naftowego i/albo wegla chudego z drugiej strony w stosunku 1:1. 7. Sposób wedlug zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienny tym, ze we wsadzie stosuje sie ogólem skladnik weglowy, który obok poddanego obróbce wstepnej wedlug wynalazku nosnika weglowego zawiera do 30% nieobrabianego antracytu, koksu naftowego i/albo wegla chudego. 8. Sposób wedlug zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienny tym, ze we wsadzie stosuje sie skladnik weglowy, który sklada sie do 100% z poddanego obróbce wstepnej wedlug wynalazku nosnika weglowego.Pracownia Poligraficzna UP PRL. Naklad 100 egz.Cena 100 zl PL