炭素制品焙燒工藝的優(yōu)化探索

吳仕喆

摘要：焙燒是陰極炭素生產(chǎn)的核心工序之一，焙燒質(zhì)量的好壞直接影響產(chǎn)品質(zhì)量，優(yōu)質(zhì)的陰極炭塊對(duì)電解鋁生產(chǎn)和各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)起著非常重要的作用。基于此，本文將著重分析探討炭素制品焙燒工藝的優(yōu)化，以期能為以后的實(shí)際工作起到一定的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：炭素制品；焙燒；優(yōu)化

1、炭素焙燒爐

在炭素生產(chǎn)系統(tǒng)中，離不開一個(gè)重要的設(shè)備，即焙燒爐。焙燒爐的重要作用就是要焙燒炭素生產(chǎn)系統(tǒng)中的一些主要原料。生炭塊在焙燒爐內(nèi)隔絕空氣的情況下，按一定溫度進(jìn)行加熱，使均勻涂抹于炭素顆粒表面的黏結(jié)劑（瀝青）焦化，在骨料顆粒之間形成炭焦網(wǎng)格，將各種不同粒度的骨料顆粒牢固地結(jié)合在一起，經(jīng)過焙燒，生炭塊的機(jī)械強(qiáng)度穩(wěn)定，提高了原料的抗氧化能力，同時(shí)導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、耐高溫性得到了顯著提高。它主要是由眾多結(jié)構(gòu)相同的焙燒爐室組合而成的，而每一焙燒爐室又可以分為眾多的炭塊料箱，在每個(gè)料箱內(nèi)，炭塊依次擺放。炭塊與炭塊，炭塊與爐室之間均由炭粒填充。焙燒爐在運(yùn)行期間可劃分為幾個(gè)火焰系統(tǒng)，每個(gè)火焰系統(tǒng)實(shí)行多室串聯(lián)生產(chǎn)。各焙燒室按一定的程序進(jìn)行裝爐、預(yù)熱、焙燒、冷卻和出爐。焙燒爐的砌筑質(zhì)量對(duì)焙燒爐的運(yùn)行以及整個(gè)焙燒流程有著最為直接的影響，因此，必須按照標(biāo)準(zhǔn)的施工流程及相關(guān)規(guī)范砌筑，確保施工質(zhì)量。

2、炭素制品焙燒工藝的優(yōu)化

2.1焙燒爐體的控制

以某工程實(shí)際為例。1）在陰極焙燒爐當(dāng)中，原爐蓋采用的是的鋼框架與高鋁磚材料，陰極焙燒爐爐蓋可采用整澆蓋方式，材料可選用剛玉質(zhì)的聚輕磚細(xì)粉或顆粒作為骨料基質(zhì)，添加劑為輕型的聚苯乙烯，在中間鋪上不銹鋼絲，鋼模分成兩層給予振動(dòng)，并一次整體的澆注成型，在澆筑的時(shí)候，耐火層厚度應(yīng)為15cm，保溫層厚度是10cm，當(dāng)爐蓋澆注之后，可使用吊車將其吊裝于陰極焙燒爐上面，在吊裝前，烘干是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，應(yīng)掌握爐蓋烘干時(shí)間以及水分蒸發(fā)速度，避免裂紋出現(xiàn)。2） 陰極焙燒爐燃燒的空氣主要來自冷卻室與霧化壓縮空氣，冷卻室空氣主要是依靠加熱室熱交換之后，進(jìn)入到燃燒室輔助重油進(jìn)行燃燒的，來霧化壓縮空氣則是電加熱至100℃之后，對(duì)加熱爐室預(yù)熱空氣溫度進(jìn)行了降低。運(yùn)用高溫加熱器，對(duì)焙燒爐表面余熱實(shí)施管路改造，把壓縮空氣預(yù)熱至300℃，這是由于空氣的預(yù)熱溫度升高，重油燃燒的溫度就會(huì)升高，當(dāng)預(yù)熱的溫度升高200℃，燃燒溫度就會(huì)升高150℃，焙燒爐中的溫度不需升高時(shí)，降低焙燒爐燃料量，可有效節(jié)約能源目的。在火焰周期上，可將48h降低到42h，減少6h的火焰周期，保證焙燒爐的保溫時(shí)間同時(shí)，減少陰極水平與垂直溫度間的差距。3）通過漏風(fēng)測試可知，預(yù)熱室漏風(fēng)量非常大，大約占據(jù)40%左右，因爐內(nèi)的負(fù)壓大，會(huì)吸入大量冷空氣進(jìn)入，此部分冷空氣會(huì)降低煙氣與陰極溫度，加劇了燃料消耗；燃料室中，空氣漏風(fēng)量占據(jù)10%左右，此部分空氣主要與冷卻室進(jìn)行熱交換，對(duì)所送預(yù)熱空氣進(jìn)行交換以維持燃料正常的燃燒；排氣管道進(jìn)風(fēng)是漏風(fēng)量中的主要位置，不過對(duì)燃料消耗不會(huì)產(chǎn)生直接影響，僅是縮減了排放廢氣溫度，依據(jù)熱平衡方程，對(duì)火焰系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的熱平衡進(jìn)行估計(jì)，排放煙氣熱量是燃燒放出熱量60%左右。

2.2料箱的改進(jìn)

目前使用的火井料箱是短料箱，這種料箱具有一定的缺點(diǎn)和局限性。在送入料箱焙燒之前的裝填工序中，需要在炭素制品的周圍裝填填充料，而填充料必然會(huì)占據(jù)料箱內(nèi)炭素制品的空間，極大地限制了裝填炭素制品的數(shù)量。因此，可以對(duì)短料箱加以改進(jìn)和優(yōu)化，即采用長料箱，這樣一來雖然仍需要裝入填充料，然而填充炭素制品的空間卻獲得提升。每次能夠放入的炭素制品數(shù)量增加了，焙燒效率自然就提升了，從而使得焙燒爐的產(chǎn)量也得到顯著的提高。

2.3單爐室溫度

炭塊預(yù)熱階段，大量排出揮發(fā)分，若升溫速度過快，陰極內(nèi)部與外表溫差過大，表面已經(jīng)結(jié)焦，而內(nèi)部還在繼續(xù)排出揮發(fā)分，在陰極塊內(nèi)產(chǎn)生一定的應(yīng)力，容易產(chǎn)生宏觀大裂紋，因此，必須嚴(yán)格限制升溫速率。由于焙燒爐的料箱較窄，陰極炭塊較大，火道墻與炭塊間的填充料較少，火道與炭塊間的溫差較小。在運(yùn)行過程中，必須嚴(yán)格按目標(biāo)溫升曲線進(jìn)行控制。

2.4爐室負(fù)壓

爐室負(fù)壓增大或減少，都會(huì)改變升溫條件。負(fù)壓越高，送入的熱空氣越多，揮發(fā)分燃燒的越多，同時(shí)，熱煙氣向前移動(dòng)的也越快，爐室及炭塊就會(huì)升溫過快；負(fù)壓過低，揮發(fā)分燃燒的越少，同時(shí)，熱煙氣向前移動(dòng)的也越慢，爐室及炭塊就會(huì)升溫過慢，破壞溫升制度。因此，在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，聯(lián)通罩使用現(xiàn)場就地人工控制模式，燃燒架使用遠(yuǎn)程自動(dòng)控制模式。焙燒工實(shí)時(shí)跟蹤預(yù)熱區(qū)爐室及炭塊溫升情況，每小時(shí)記錄一次。根據(jù)實(shí)際溫度與目標(biāo)溫度的偏差及燃燒情況，及時(shí)調(diào)整負(fù)壓，嚴(yán)格按曲線運(yùn)行。當(dāng)制品溫升速度超出設(shè)定曲線時(shí)，及時(shí)減小運(yùn)行負(fù)壓（限制揮發(fā)分燃燒）；當(dāng)制品溫升速度低于設(shè)定曲線時(shí)，及時(shí)增大運(yùn)行負(fù)壓（促進(jìn)揮發(fā)分燃燒）。

2.5填充料吸取方式的優(yōu)化

當(dāng)前炭素制品廠所用吸料罐，一般通過羅茨真空泵提供吸料室所需抽力，將填充料暫時(shí)吸入吸料罐進(jìn)行存儲(chǔ)。爐室之間的真空管道較長，管道壓力因此受到損失，同時(shí)由于復(fù)雜的吸料罐結(jié)構(gòu)以及較低的自動(dòng)化控制水平，使得操作繁瑣，工作人員也因此需承受較強(qiáng)的工作壓力。而通過將羅茨真空泵與吸料罐兩者整合并裝于天車上，能夠使天車功能變得多樣化，同時(shí)具有吸料與起吊的雙重作用，此舉能夠有效簡化操作流程，提高人員工作效率。

2.6降低炭塊成本

通過將顆粒較小的殘極顆粒焦炭與冶金焦進(jìn)行混合使用，利用殘極焦炭粒度小的特點(diǎn)，與冶金焦的粒度形成互補(bǔ)，從而在提高焙燒爐填充料的燃燒密度的同時(shí)，保證炭塊揮發(fā)分能夠得到充分析出并燃燒，最終達(dá)到提高炭塊燃燒效益，降低炭塊使用成本的目標(biāo)。在對(duì)焙燒爐進(jìn)行填充料鋪填時(shí)，需注意殘極焦炭與冶金焦的混合比例。在將殘極焦炭粉碎成符合混合標(biāo)準(zhǔn)的炭粒之后，方可與冶金焦依據(jù)一定比例混合使用。

參考文獻(xiàn)：

[1]梁增英.陽極焙燒爐合理熱工制度的研究[D].東北大學(xué)，2008.

[2]郝杰.炭素煅燒窯工藝分析與控制系統(tǒng)開發(fā)[D].東北大學(xué)，2008.