牛保山 潘存翔

（新疆天龍礦業(yè)股份有限公司 阜康 831508）

目前天龍礦業(yè)股份有限公司炭素廠煅燒車間配置4臺32罐罐式爐，罐式爐設(shè)計產(chǎn)能為80kg/h.罐，但由于種種原因，產(chǎn)能一直相對偏低，平均產(chǎn)能在75 kg/h/罐左右，甚至有時只有70kg/h/罐，造成罐式爐產(chǎn)能低于生陽極生產(chǎn)的需求量，在煅燒焦成本相對較高的情況下，導(dǎo)致生產(chǎn)成本一定程度的增加。因此，公司成立攻關(guān)小組，針對罐式爐產(chǎn)能、調(diào)溫操作進行評估、優(yōu)化，實現(xiàn)產(chǎn)能的提升。

1 運行狀況評估

1.1 石油焦原料狀況

圖1為煅前石油焦揮發(fā)分和硫份的分布狀況，石油焦揮發(fā)分含量波動比較大，硫含量相對比較穩(wěn)定，因此對于煅燒工藝來說，在揮發(fā)分波動較大的情況下，將直接影響火道內(nèi)的溫度水平，需采取一定的混配方法或新建混配設(shè)施，保持揮發(fā)分的穩(wěn)定性。

同時對于原料質(zhì)量的控制來說，至關(guān)重要的原料中的微量元素水平，這將直接影響陽極的灰分以及反應(yīng)性指標，公司需增加對入廠原料微量元素的檢測手段，更好地控制原料的質(zhì)量，以為陽極生產(chǎn)及質(zhì)量的穩(wěn)定性提供基礎(chǔ)。

1.2 車間運行狀況測試

1.2.1 車間系統(tǒng)狀況

圖2為現(xiàn)有煅燒排煙系統(tǒng)管路布置圖，圖中分為主排系統(tǒng)和副排系統(tǒng)，其中1、2號爐接余熱熱媒，3、4號爐接余熱蒸汽鍋爐，該系統(tǒng)存在以下幾個問題：

（1）1、2號爐負壓嚴重不足，導(dǎo)致兩臺罐式爐的產(chǎn)能嚴重偏低；

（2）1號爐采用副排直排，將導(dǎo)致總排煙溫度偏高，影響系統(tǒng)負壓及脫硫系統(tǒng)運行；

（3）煙氣中氧含量偏高，需加強管道系統(tǒng)密封。

圖2 煅燒車間煙氣管路系統(tǒng)配置圖

1.2.21、2號罐式爐運行狀況

通過對1號和2號罐式爐系統(tǒng)進行測試，從測試數(shù)據(jù)看，主要存在以下問題：

（1）熱媒鍋爐煙氣壓損大，達到2800～3000Pa。

（2）熱媒鍋爐煙氣進出口溫差達到400～600℃，但熱媒油溫度偏低。

圖1 煅前石油焦揮發(fā)分和硫份分布狀況

（3）導(dǎo)熱油進出口溫差15～20℃，導(dǎo)熱油溫度偏低。

1.2.33、4號罐式爐運行狀況

通過對3號和4號罐式爐系統(tǒng)進行測試，從測試數(shù)據(jù)看，主要存在以下問題：

（1）余熱鍋爐壓損僅300～500Pa，遠低于余熱熱媒鍋爐的壓損。

（2）鍋爐入口溫度低，僅在600～650℃之間，從罐式爐到鍋爐之間漏風較大。

（3）蒸汽壓力偏低，只有0.2MPa，鍋爐熱效率低。

1.2.4 罐式爐產(chǎn)能狀況

車間目前配置4臺32罐罐式爐，從產(chǎn)能狀況來看，調(diào)產(chǎn)優(yōu)化前車間4臺罐式爐的產(chǎn)能情況如下：

（1）1#爐排料頻率11.5HZ，排料量75kg/h.罐；

（2）2#爐排料頻率10.5HZ，排料量68kg/h.罐；

（3）3#爐排料頻率11.5HZ，排料量78kg/h.罐；

（4）4#爐排料頻率12HZ，排料量78kg/h.罐。

該罐式爐的料罐長度為1660mm，設(shè)計產(chǎn)能為80kg/h.罐，因此，車間明顯沒有達到設(shè)計產(chǎn)能，有比較大的提產(chǎn)空間。

2 提產(chǎn)操作方案

為了實現(xiàn)罐式爐的提產(chǎn)，采用沈陽鋁鎂設(shè)計研究院有限公司開發(fā)的低溫煅燒工藝和操作方法，實現(xiàn)對差能的提升[1,2]。

2.1 低溫煅燒工藝

所謂低溫煅燒，是指在保證煅燒焦真密度、比電阻等理化性能指標的基礎(chǔ)上，通過罐式爐爐體結(jié)構(gòu)及煅燒工藝控制等優(yōu)化手段，有效控制罐式爐各層火道的溫度分布低于傳統(tǒng)罐式爐100～150℃左右，進而降低物料最高煅燒溫度。低溫煅燒技術(shù)可降低揮發(fā)份在料罐內(nèi)溢出速率和硫份逸出率，降低碳質(zhì)燒損率，提高單罐產(chǎn)量，增強罐式爐對高硫焦的適應(yīng)性，延長使用爐體壽命。

用于預(yù)焙陽極生產(chǎn)用煅燒石油焦的性能指標決定于煅燒焦的抗氧化能力及其抗侵蝕能力，從微觀角度出發(fā)，煅燒焦的主要理化性能指標由煅燒焦晶粒尺寸Lc的大小來反映，圖3為無定形碳隨著熱處理溫度增加向石墨有序結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化示意，從中能發(fā)現(xiàn)煅燒石油焦晶粒尺寸Lc控制范圍在20-40?之間。通常用于預(yù)焙陽極生產(chǎn)煅燒焦的晶粒尺寸范圍在25.3?≤Lc≤32.7?之間，最近，加鋁科學研究表明晶粒尺寸控制在27?≤Lc≤30?的煅燒石油焦更適用于生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的鋁電解用陽極制品，當Lc過大時，煅燒焦與瀝青焦炭之間的反應(yīng)性差異增大，致使陽極中起到粘結(jié)作用的瀝青焦優(yōu)先反應(yīng)，導(dǎo)致陽極掉渣現(xiàn)象嚴重，這種過煅燒現(xiàn)象造成的晶粒尺寸增大對預(yù)焙陽極質(zhì)量有較大的負面影響。

圖3 隨著熱處理溫度增加向石墨結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變示意

2.2 煅后焦質(zhì)量控制

從圖4中可以看出，隨著煅燒溫度從1050℃增加到1250℃，煅燒焦真密度逐步增大，煅燒溫度達到1200℃時，煅燒焦真密度為2.06g/cm3，滿足現(xiàn)行有色行業(yè)標準YS/T625-2012對煅燒焦真密度一級品的要求。

而在實際罐式爐石油焦煅燒生產(chǎn)過程中，經(jīng)常出現(xiàn)煅燒石油焦真密度≥2.09g/cm3，而煅燒焦粉末比電阻≤430μΩ.m的狀況，反而影響預(yù)焙陽極在電解槽的使用效果，結(jié)果不得不采用煅燒焦回配工藝或者降低產(chǎn)能來控制揮發(fā)份含量，進而降低火道溫度來解決煅燒焦粉末比電阻過低的問題。

2.3 低溫煅燒工藝主要優(yōu)點和控制目標

低溫煅燒主要優(yōu)點：

（1）爐子總體火道溫度低，利于制品的質(zhì)量均一性；

（2）一定程度降低煅后焦質(zhì)量，減少選擇性氧化帶來的陽極掉渣現(xiàn)象；

（3）爐子總體火道溫度低，利于高硫焦下硅磚使用壽命；

（4）爐子總體火道溫度低，提高了對原料揮發(fā)分波動的適應(yīng)性；

（5）爐子總體火道溫度低，利于產(chǎn)量進一步提升；

（6）低溫煅燒下污染物排放濃度下降，減輕煙氣處理壓力；

（7）調(diào)溫方式簡單、穩(wěn)定，有利于降低工人操作強度。

低溫煅燒工藝控制目標：

（1）負壓：總管負壓-150Pa～-200Pa；

（2）溫度：二層目標溫度：1240℃～1300℃；

（3）產(chǎn)能：產(chǎn)能85kg/h/罐；

（4）質(zhì)量：煅后焦真密度：2.06～2.09g/cm3，煅后焦粉末比電阻：460～500μΩ.m。

3 提產(chǎn)操作

由于3號爐和4號爐系統(tǒng)負壓足夠，而1、2號爐負壓嚴重不夠，因此，煅燒車間的提產(chǎn)首先從3號和4號爐進行。

通過不斷對負壓和產(chǎn)能進行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)了3號爐提產(chǎn)后產(chǎn)能達到88kg/h/罐的產(chǎn)能，達到預(yù)期目標。在調(diào)產(chǎn)過程中可以看到，隨著產(chǎn)能的增加，需不斷提高罐式爐出口的負壓水平，以維持火道內(nèi)的溫度分布及揮發(fā)分的充分燃燒。

采用同樣的方法，對4號罐式爐進行了產(chǎn)能調(diào)節(jié)，其產(chǎn)能也達到了88kg/h/罐，同時1、2號罐式爐才用相應(yīng)的方法，其排料量達到82kg/h/罐。

由于1號和2號罐式爐對應(yīng)的余熱熱媒鍋爐壓損過大，造成其提產(chǎn)相對困難，需對該余熱熱媒鍋爐進行改造，該爐負壓得以提升，按照同樣的調(diào)溫方法，該爐產(chǎn)能已經(jīng)達到85kg/h/罐。

提產(chǎn)后煅后焦真密度一直穩(wěn)定在2.06～2.08g/cm3，粉末比電阻480μΩ.m左右，實現(xiàn)了在產(chǎn)品質(zhì)量保證的基礎(chǔ)上，大幅提升了罐式爐的產(chǎn)能水平。

4 小結(jié)

通過本次提產(chǎn)優(yōu)化，在保證煅燒焦質(zhì)量的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了煅燒車間產(chǎn)能的提升，在負壓條件達到要求的情況，單罐產(chǎn)能達到85kg/h/罐，為保證車間煅燒焦產(chǎn)能提供了條件。通過對煅燒系統(tǒng)提產(chǎn)操作過程的攻關(guān)，也明確了下一步車間技術(shù)攻關(guān)的方向：

（1）對1、2號爐的余熱熱媒系統(tǒng)進行改造，提高1、2號爐負壓水平；

（2）提高系統(tǒng)運行穩(wěn)定性，特別是導(dǎo)熱油鍋爐的運行穩(wěn)定性，考慮增加導(dǎo)熱油降溫系統(tǒng)；

（3）對余熱熱媒鍋爐進行改造，提高其換熱效率，提高導(dǎo)熱油溫度水平；

（3）恢復(fù)現(xiàn)有光電熱電偶，或考慮其余品牌的光電熱電偶或S型熱電偶；

（4）在目前基礎(chǔ)上，堅持采用低溫煅燒工藝控制方法，控制真密度和粉末比電阻保持現(xiàn)有水平，降低工人調(diào)溫勞動強度。