焙燒烘爐炭塊氧化原因分析

孔強

【摘要】焙燒烘爐期間出爐炭塊氧化較為嚴(yán)重，通過對出爐陽極炭塊質(zhì)量的跟蹤，找出導(dǎo)致炭塊氧化的原因，避免陽極炭塊在生產(chǎn)過程中的不利因素，提高炭塊質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】炭塊氧化；爐墻縫隙；冷卻風(fēng)；填充料燒損；填充料理化指標(biāo)；填充料粒級

1. 概述

（1）我公司的碳素焙燒工序有1臺36爐室、2臺54爐室三個生產(chǎn)系統(tǒng)，8個火焰系統(tǒng)，每個火焰系統(tǒng)18個爐室。焙燒爐是敞開式，W型環(huán)式爐，采用天然氣作為燃料加熱升溫。焙燒爐結(jié)構(gòu)為9火道8料箱，料箱尺寸為：5438×780×5790mm，每爐室裝生塊168塊，每料箱裝3層，每層7塊，裝填充料約54t。三個生產(chǎn)系統(tǒng)年產(chǎn)預(yù)焙陽極達到35萬噸。

（2）我公司現(xiàn)處于焙燒爐烘爐階段，出爐炭塊的氧化情況比較嚴(yán)重。就此問題，我們進行了炭塊氧化抽樣分析。

2. 氧化分析過程

2.1炭塊氧化主要表現(xiàn)在炭塊表面酥化，掉渣，表面機械強度降低。造成炭塊氧化的主要原因有以下幾點[1]：

（1）裝爐時填充料沒有裝實或焙燒過程中填充料發(fā)生局部下陷，致使炭塊局部暴露，導(dǎo)致氧化。

（2）裝爐時炭塊靠近火道墻，焙燒后造成氧化。

（3）出爐時溫度過高（出紅塊），導(dǎo)致氧化。

（4）出爐時間未到就吸出料箱內(nèi)填充料，也會造成炭塊表面氧化。

（5）火道墻有裂紋，燃料進入料箱與炭塊接觸，將炭塊燒損。

2.2根據(jù)我公司的實際情況，以上原因均不是造成造成炭塊氧化的主要原因。王樹權(quán)[2]等人進而提出了爐室墻縫、爐面預(yù)制塊（澆鑄料）、填充料和冷卻對炭塊氧化的影響。

2.3根據(jù)實察出爐炭塊的際觀氧化情況（氧化面積大于該面的20%，就判為氧化塊），做出分析：

2.3.1焙燒過程中填充料的填充高度均高于爐面50～ 100mm（標(biāo)準(zhǔn)：高于150mm）之間，進而觀察出爐炭塊的氧化情況，發(fā)現(xiàn)料箱內(nèi)上層炭塊氧化現(xiàn)象較中、下層更為嚴(yán)重（見表1、2）。上層炭塊氧化的位置主要集中在炭塊頂面和底面的上半部分，上端面的氧化現(xiàn)象卻不是很嚴(yán)重。由此推出，料箱內(nèi)填充料下陷不是導(dǎo)致炭塊氧化的主要原因。但是為什么上層的炭塊氧化情況比較嚴(yán)重呢？是否是因為爐面預(yù)制塊變形扭曲，導(dǎo)致出現(xiàn)裂縫，空氣通過裂縫進入料箱導(dǎo)致上層炭塊氧化嚴(yán)重。炭塊出爐后，觀察爐面預(yù)制塊損傷情況，發(fā)現(xiàn)并沒有大的裂縫出現(xiàn)，故可排除預(yù)制塊導(dǎo)致炭塊氧化原因。

2.3.2炭塊氧化的位置集中在炭塊的頂面和底面的上半部分，而邊上的兩炭塊的兩側(cè)面的上半部分無明顯氧化現(xiàn)象，且有些炭塊被氧化的部分形成了一些小的坑洞。分析得出：該現(xiàn)象與兩火道墻有關(guān)，在冷卻過程中，鼓風(fēng)架、冷卻架鼓入的冷空氣通過爐墻豎縫進入料箱，造成炭塊氧化。而氧化部分出現(xiàn)的一些小坑洞，則是由于炭塊距離爐墻太近，且填充料顆粒間隙又較大，通過墻縫的細微冷空氣近乎于直接吹在炭塊上，導(dǎo)致炭塊被吹部分與氧氣充分接觸，發(fā)生燒損，同時與空氣接觸的填充料也發(fā)生燒損，直至冷卻完成。

2.3.3進一步觀察在料箱內(nèi)即將出爐的炭塊，發(fā)現(xiàn)：距離墻體稍近的炭塊，在爐墻豎縫對應(yīng)的位置附近有明顯的氧化跡象。分析得出原因有三：（1）料箱墻縫過寬。（2）冷卻風(fēng)鼓入量過大。（3）填充料顆粒間隙較大。

2.3.4在整個料箱內(nèi)的炭塊，居于料箱橫墻兩端的炭塊都有明顯的氧化現(xiàn)象。經(jīng)觀察后得出，靠近橫墻的火道墻上的豎縫要比火道墻中間位置的豎縫更寬，尤其橫墻與火道墻之間的縫隙尤為變寬（寬度在5～9mm之間）。分析得出：在烘爐過程中，拉大了火道墻與橫墻之間的縫隙，故料箱兩端的炭塊氧化較為嚴(yán)重。而上層中間炭塊氧化現(xiàn)象無法解釋，經(jīng)測量，烘爐后的火道墻豎縫寬度仍在要求范圍（1～4mm）之內(nèi)。故排除爐墻縫隙過寬的因素。

2.3.5冷卻風(fēng)量與日后正常生產(chǎn)所用風(fēng)量一致，正常生產(chǎn)預(yù)焙陽極炭塊無明顯氧化現(xiàn)象，故可排除冷卻風(fēng)量影響。

2.3.6觀察整個烘爐過程中，處于焙燒區(qū)的2P、3P位置的填充料有較為嚴(yán)重的“紅料”現(xiàn)象，且焙燒區(qū)和冷卻區(qū)的填充料表面有白煙冒出（冷卻區(qū)的冒煙現(xiàn)象尤為明顯），甚至在填充料表面有黃色的硫結(jié)晶。至冷卻結(jié)束后，尤其在冷卻階段，料箱內(nèi)填充料下陷較為嚴(yán)重，低于爐面50～80mm。針對這一現(xiàn)象結(jié)合以上分析得出：（1）新購入的填充料內(nèi)含有少量的水分、硫分、揮發(fā)分等物質(zhì)，即由于煅燒不足，在焙燒過程中發(fā)生二次燃燒。在冷卻階段，冷卻風(fēng)通過爐墻豎縫進入料箱，形成大量冒煙狀，同時內(nèi)部填充料發(fā)生嚴(yán)重?zé)龘p。（2）填充料顆粒間的間隙尺寸較大（爐面出現(xiàn)的“紅料”現(xiàn)象，也因顆粒間隙過大導(dǎo)致空氣進入所致）。取500g新填充料進行篩分析實驗，填充料粒度情況如表3、4所示。在烘爐完畢后，填充料的粒度較烘爐時的新料明顯減小，且在裝爐布料時，用鐵棍插入料箱進行振實、夯實作業(yè)。在后期的焙燒過程中，發(fā)現(xiàn)紅料現(xiàn)象減少，出爐炭塊的氧化情況也有明顯的改善。同樣取500g填充料進行篩分析實驗，其粒度情況如表5、6所示。

3. 結(jié)論

綜上分析，本次出爐炭塊氧化的主要原因：

（1）在焙燒過程中，填充料發(fā)生二次燃燒致使所接觸炭塊發(fā)生氧化。（2）在冷卻過程中，冷卻架鼓入的冷卻風(fēng)通過爐墻豎縫進入料箱，致使填充料燒損，炭塊氧化。（3）即炭塊氧化的主要因素是填充料，填充料煅燒不足，粒度過大。

4. 解決方法及建議

4.1針對炭塊氧化原因，提出以下兩點解決方法：

（1）使用顆粒較小的填充料進行料箱填充，在布料過程中要不停的夯實填充料，減少填充料顆粒間隙，減少空氣進入量。

（2）購入高質(zhì)量的填充料（煅燒充分，水分、硫分、揮發(fā)分含量較低）。

4.2在烘爐階段炭塊氧化現(xiàn)象比較嚴(yán)重，經(jīng)上訴探究、分析得出，填充料理化指標(biāo)和粒度成為影響焙燒質(zhì)量的主要原因，故建議即將投產(chǎn)的公司在在烘爐階段外購粒度較小且質(zhì)量較高的填充料，或者外購使用過的填充料，還可以采用新舊填充料混合使用的辦法。

參考文獻

[1]王樹權(quán)，陳海龍. 焙燒過程中影響陽極氧化的幾個因素. 西寧：青海橋頭鋁點有限公司.

[2]蘇景民. 焙燒質(zhì)量分析. 甘肅白銀：白銀紅鷺鋁業(yè)有限公司.

[3]百度文庫，專業(yè)資料，工程科技，能源化工，電解鋁預(yù)焙陽極炭塊質(zhì)量分析.

[4]馬西星馬西星. 鋁用預(yù)焙陽極炭塊的質(zhì)量控制. 甘肅冶金，2005.27（3）.

[文章編號]1619-2737（2013）07-02-685