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)的陰極炭塊對電解鋁生產(chǎn)和各項技術經(jīng)濟指標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，以期能為以后的實際工作起到一定的借鑒作用。

關鍵詞：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，離不開一個重要的設備，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，按一定溫度進行加熱，使均勻涂抹于炭素顆粒表面的黏結劑（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合在一起，經(jīng)過焙燒，生炭塊的機械強度穩(wěn)定，提高了原料的抗氧化能力，同時導電性、導熱性、耐高溫性得到了顯著提高。它主要是由眾多結構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。焙燒爐在運行期間可劃分為幾個火焰系統(tǒng)，每個火焰系統(tǒng)實行多室串聯(lián)生產(chǎn)。各焙燒室按一定的程序進行裝爐、預熱、焙燒、冷卻和出爐。焙燒爐的砌筑質(zhì)量對焙燒爐的運行以及整個焙燒流程有著最為直接的影響，因此，必須按照標準的施工流程及相關規(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

以某工程實際為例。1）在陰極焙燒爐當中，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，并一次整體的澆注成型，在澆筑的時候，耐火層厚度應為15cm，保溫層厚度是10cm，當爐蓋澆注之后，可使用吊車將其吊裝于陰極焙燒爐上面，在吊裝前，烘干是非常關鍵的環(huán)節(jié)，應掌握爐蓋烘干時間以及水分蒸發(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，進入到燃燒室輔助重油進行燃燒的，來霧化壓縮空氣則是電加熱至100℃之后，對加熱爐室預熱空氣溫度進行了降低。運用高溫加熱器，對焙燒爐表面余熱實施管路改造，把壓縮空氣預熱至300℃，這是由于空氣的預熱溫度升高，重油燃燒的溫度就會升高，當預熱的溫度升高200℃，燃燒溫度就會升高150℃，焙燒爐中的溫度不需升高時，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間同時，減少陰極水平與垂直溫度間的差距。3）通過漏風測試可知，預熱室漏風量非常大，大約占據(jù)40%左右，因爐內(nèi)的負壓大，會吸入大量冷空氣進入，此部分冷空氣會降低煙氣與陰極溫度，加劇了燃料消耗；燃料室中，空氣漏風量占據(jù)10%左右，此部分空氣主要與冷卻室進行熱交換，對所送預熱空氣進行交換以維持燃料正常的燃燒；排氣管道進風是漏風量中的主要位置，不過對燃料消耗不會產(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，對火焰系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的熱平衡進行估計，排放煙氣熱量是燃燒放出熱量60%左右。

2.2料箱的改進

目前使用的火井料箱是短料箱，這種料箱具有一定的缺點和局限性。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，可以對短料箱加以改進和優(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)生一定的應力，容易產(chǎn)生宏觀大裂紋，因此，必須嚴格限制升溫速率。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。在運行過程中，必須嚴格按目標溫升曲線進行控制。

2.4爐室負壓

爐室負壓增大或減少，都會改變升溫條件。負壓越高，送入的熱空氣越多，揮發(fā)分燃燒的越多，同時，熱煙氣向前移動的也越快，爐室及炭塊就會升溫過快；負壓過低，揮發(fā)分燃燒的越少，同時，熱煙氣向前移動的也越慢，爐室及炭塊就會升溫過慢，破壞溫升制度。因此，在系統(tǒng)運行過程中，聯(lián)通罩使用現(xiàn)場就地人工控制模式，燃燒架使用遠程自動控制模式。焙燒工實時跟蹤預熱區(qū)爐室及炭塊溫升情況，每小時記錄一次。根據(jù)實際溫度與目標溫度的偏差及燃燒情況，及時調(diào)整負壓，嚴格按曲線運行。當制品溫升速度超出設定曲線時，及時減小運行負壓（限制揮發(fā)分燃燒）；當制品溫升速度低于設定曲線時，及時增大運行負壓（促進揮發(fā)分燃燒）。

2.5填充料吸取方式的優(yōu)化

當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，將填充料暫時吸入吸料罐進行存儲。爐室之間的真空管道較長，管道壓力因此受到損失，同時由于復雜的吸料罐結構以及較低的自動化控制水平，使得操作繁瑣，工作人員也因此需承受較強的工作壓力。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行混合使用，利用殘極焦炭粒度小的特點，與冶金焦的粒度形成互補，從而在提高焙燒爐填充料的燃燒密度的同時，保證炭塊揮發(fā)分能夠得到充分析出并燃燒，最終達到提高炭塊燃燒效益，降低炭塊使用成本的目標。在對焙燒爐進行填充料鋪填時，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準的炭粒之后，方可與冶金焦依據(jù)一定比例混合使用。

參考文獻：

[1]梁增英.陽極焙燒爐合理熱工制度的研究[D].東北大學，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，2008.