楊 勝
(貴陽(yáng)鋁鎂設(shè)計(jì)研究院有限公司,貴州 貴陽(yáng) 550081)
焙燒是決定預(yù)焙陽(yáng)極質(zhì)量的關(guān)鍵工段之一。目前,國(guó)內(nèi)預(yù)焙陽(yáng)極生產(chǎn)企業(yè)普遍存在焙燒產(chǎn)品表觀廢品率高的現(xiàn)象,而廢品率的減少等同于提升產(chǎn)能,節(jié)省成本,增加利潤(rùn),這也是各大預(yù)焙陽(yáng)極生產(chǎn)企業(yè)的重點(diǎn)課題。本文就預(yù)焙陽(yáng)極焙燒工段極易出現(xiàn)的廢品進(jìn)行了歸類(lèi)及分析,并提出減少?gòu)U品率的措施。
根據(jù)理論要求,陽(yáng)極制品的氧化一般在大于350℃的有氧環(huán)境中進(jìn)行,根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)溫度分布,1P爐室溫度小于氧化溫度;在2P上游爐室,炭塊溫度達(dá)到反應(yīng)溫度,此處雖然負(fù)壓大,但是氧氣含量低,發(fā)生氧化幾率小,但大的負(fù)壓易使填充料進(jìn)入火道讓填充料下陷,為料箱上層的炭塊氧化創(chuàng)造條件。3-6P爐室溫度逐漸升高,并在6P爐室陽(yáng)極溫度達(dá)到最高點(diǎn)(~1050℃),但在此爐室主要是外加燃料發(fā)生燃燒反應(yīng),所以火道內(nèi)氧氣含量低,并且負(fù)壓相對(duì)1、2P爐室低(約-10~-20Pa),故發(fā)生氧化幾率不高。7P之后的冷卻爐室,正壓逐漸增大,火道內(nèi)氧含量充足,陽(yáng)極與內(nèi)部填充料溫度均超過(guò)1000℃,極易發(fā)生填充料燒損現(xiàn)象,若此處填充料得不到及時(shí)補(bǔ)充,則預(yù)焙陽(yáng)極極易發(fā)生氧化反應(yīng)[1]。生產(chǎn)中氧化廢品如圖1。
掉塊型廢品表現(xiàn)為端部掉角、掉塊等。掉塊型廢品產(chǎn)生原因是:1)炭塊在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中機(jī)械破壞導(dǎo)致掉塊;2)填充焦布置不均勻。機(jī)械破損可能發(fā)生在焙燒前,如生坯在吊裝及運(yùn)輸過(guò)程中產(chǎn)生的破損,也可能發(fā)生在焙燒后的吊裝運(yùn)輸過(guò)程中。填充焦布置不均勻主要因?yàn)檠b爐時(shí)炭塊沒(méi)按要求放置,導(dǎo)致炭塊各個(gè)面所受到的壓力不同,在焙燒過(guò)程前期,特別是炭塊溫度在250℃以下時(shí),炭塊軟化,受壓薄弱區(qū)容易發(fā)生掉塊。
裂紋廢品從方向上看主要表現(xiàn)為橫裂紋與縱裂紋,從位置看表現(xiàn)為內(nèi)裂紋與外部裂紋。其中內(nèi)裂紋因不能直觀發(fā)現(xiàn),故內(nèi)裂紋廢品不歸結(jié)為表觀廢品一類(lèi)。裂紋產(chǎn)生原因很多,在成型時(shí)由于彈性后效容易產(chǎn)生內(nèi)裂紋,并且由于磨具中制品上下各處受力大小不同,易使生坯產(chǎn)生橫向?qū)恿鸭y,若裂紋尺寸大,在焙燒過(guò)程中會(huì)發(fā)展為橫裂紋。在焙燒過(guò)程中,出現(xiàn)溫度分布不均、收縮不一致時(shí),積攢的熱應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生或原有裂紋發(fā)展。
硬殼型廢品表現(xiàn)為制品端部出現(xiàn)鼓包現(xiàn)象,硬殼型廢品產(chǎn)生原因主要是內(nèi)外收縮不一致。根據(jù)資料分析[2],其發(fā)生的主要時(shí)間在焙燒前期,溫度為400℃以下階段。此階段陽(yáng)極生坯中的粘結(jié)劑瀝青正處于軟化到分解縮聚階段,極易吸收空氣中的氧并先與生坯表面粘結(jié)劑發(fā)生縮聚反應(yīng),減少揮發(fā)分的排出,提高析焦量。所以當(dāng)內(nèi)部收縮時(shí),由于外部已經(jīng)結(jié)焦變硬并相對(duì)收縮小,促使表面產(chǎn)生硬殼。硬殼型廢品主要發(fā)生于制品的端部,特別是料箱頂層炭塊端部極易出現(xiàn),因?yàn)殛?yáng)極溫度在400℃以下時(shí),主要分布于1、2P爐室,此階段的負(fù)壓大,與粘結(jié)劑發(fā)生反應(yīng)的氧主要來(lái)自于外部空氣通過(guò)滲透填充料而得,料箱上層炭塊與空氣接觸機(jī)會(huì)大發(fā)生硬化概率高。
鼓泡型廢品表現(xiàn)為在制品表面出現(xiàn)細(xì)小的氣泡和坑洞。如圖2所示。
鼓泡型廢品產(chǎn)生原因主要是受熱不均勻。在多種情況下都會(huì)產(chǎn)生此種廢品,一是當(dāng)新加入填充料溫度比較高時(shí)(大于300℃),會(huì)使生坯表面局部受熱產(chǎn)生鼓泡;二是填充焦粒度分布不均,在大顆粒積聚處,由于傳熱快,容易使炭塊表面局部受熱產(chǎn)生鼓泡。
制品變形也主要發(fā)生在焙燒前期,生坯在焙燒前期會(huì)隨著瀝青的軟化與遷移出現(xiàn)應(yīng)力釋放,此時(shí)生坯強(qiáng)度急劇下降。在焙燒過(guò)程中,若長(zhǎng)時(shí)間停留在此狀態(tài),炭塊易發(fā)生變形;另外,若炭塊周?chē)奶畛淞喜贾貌痪鶆?,?dǎo)致料箱中炭塊各方位受力不均,更加促使軟化的炭塊變形,甚至出現(xiàn)掉塊。
對(duì)于氧化廢品,根據(jù)產(chǎn)生原因,可從如下幾個(gè)方面考慮解決:一是及時(shí)補(bǔ)充在冷卻區(qū)燒損的填充料,防止填充料下陷后高溫炭塊與空氣直接接觸發(fā)生氧化;二是做好爐體日常維護(hù),保證爐體密封性,特別是火道墻上的大尺寸裂紋以及因熱應(yīng)力擴(kuò)張的豎縫,都需要及時(shí)維修填補(bǔ)。
對(duì)于掉塊型廢品,防護(hù)措施主要表現(xiàn)在生產(chǎn)管理及裝爐操作上,生產(chǎn)裝爐時(shí)應(yīng)按照生產(chǎn)規(guī)范執(zhí)行,防止底料過(guò)厚頂層料不足、炭塊貼墻、層間料不均勻、炭塊偏心裝爐等。
對(duì)于裂紋型廢品,要從配方及成型開(kāi)始,選用合理的配方、控制糊料混捏保證糊料塑性、設(shè)定合理的成型方式與壓力,防止彈性后效引起的層裂[3];二是焙燒過(guò)程中要防止溫度不均勻引起收縮不均勻產(chǎn)生裂紋。目前運(yùn)行好的敞開(kāi)式陽(yáng)極焙燒爐的火道上下溫差約50~100℃,運(yùn)行差的火道上下溫差超過(guò)200℃,大的上下溫差導(dǎo)致炭塊上下收縮不一致,產(chǎn)生縱裂紋。因此在此階段需要做好爐室的密封工作,減少漏風(fēng)量,保證煙氣溫度與焙燒曲線(xiàn)匹配。并需要定期排查火道堵塞情況;三是在揮發(fā)分大量排出階段,要控制升溫速度,過(guò)快的升溫速度導(dǎo)致?lián)]發(fā)分蒸汽壓大,易使材料內(nèi)部產(chǎn)生裂紋。
對(duì)于硬殼型廢品,其防范措施與裂紋型廢品相似,需要在焙燒前期防止粘結(jié)劑的氧化,需做好爐室密封工作,目前有些企業(yè)在三個(gè)預(yù)熱爐室用塑料膜覆蓋,提高爐室密封性,有效控制了高負(fù)壓區(qū)外部空氣的滲入,但是會(huì)增加運(yùn)行成本及提高勞動(dòng)強(qiáng)度;其次需要在粘結(jié)劑軟化階段快速升溫,有資料顯示,在焙燒過(guò)程中20~400℃需要的升溫時(shí)間與硬殼型廢品率的增長(zhǎng)呈正比關(guān)系,其中77小時(shí)升溫時(shí)間的硬殼型廢品率相對(duì)于57小時(shí)升溫時(shí)間的廢品率提高了90%[2]。所以此階段的升溫速率應(yīng)控制在60小時(shí)以?xún)?nèi)。根據(jù)目前焙燒爐常用周期28~30小時(shí)分析,控制3P爐室最低溫度達(dá)到400℃是防止硬殼型廢品產(chǎn)生的有效方法。
對(duì)于鼓泡型廢品,根據(jù)其產(chǎn)生原因,保證規(guī)范裝爐及控制填充焦的粒度分布可有效防止此類(lèi)廢品產(chǎn)生。對(duì)于變形廢品,如前文所述,提高瀝青軟化溫度段的升溫速率,減少制品軟化時(shí)間;同時(shí)保證炭塊的規(guī)范裝爐及填充焦的合理密實(shí)度均可減少制品的變形機(jī)率。
焙燒過(guò)程中產(chǎn)生廢品的種類(lèi)很多,包括氧化,掉塊,裂紋,硬殼,鼓泡,變形等。究其原因,有許多共同之處,包括前期升溫速率的控制;前期粘結(jié)劑氧化;合理升溫曲線(xiàn)的設(shè)定;規(guī)范裝出爐等。根據(jù)以上原因,可總結(jié)減少焙燒廢品產(chǎn)生的防范措施為:①合理設(shè)定焙燒升溫曲線(xiàn),特別是400℃以下的升溫速率;②生產(chǎn)管理需嚴(yán)格按照焙燒生產(chǎn)規(guī)范執(zhí)行,包括炭塊裝出爐、填充料處理及裝爐、生產(chǎn)過(guò)程中及時(shí)補(bǔ)充填充料等;③嚴(yán)格執(zhí)行日常維修工作,特別是矯正火道墻的變形、清理火道墻結(jié)焦、填補(bǔ)火道墻裂縫等;④做好焙燒工序前的配料、成型等工作。