如何優化改進炭素煅燒生產回轉窯的結構

劉敏

摘 要：該文主要針對碳素煅燒生產中Φ3.0m×60 m回轉窯在運行中遇到的問題進行了分析，例如下料管的冷卻水套無法通常排水、窯頭受熱開裂以及由于受到高溫作用導致窯頭和窯尾的筒體護口脫落、彈簧板的銷軸不易安裝等；這些都會對回轉窯的運行狀況造成影響，文章便就這些問題進行了探討，對如何從結構上對回轉窯進行優化和改進提出了合理建議，并通過實際的運行驗證，證明其能夠有效解決上述問題，提高生產效率、延長設備壽命。

關鍵詞：大齒圈 筒體護口 下料管 回轉窯 檢修門

中圖分類號：TF806.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）02（c）-0046-02

在電解鋁工業中鋁用炭素作為輔助行業起到了極其重要的作用，行業是電解鋁工業極其重要的輔助行業，而石油焦是鋁電解用預焙陽極和電極生產的主要原料，作為預焙陽極首道工序，石油焦煅燒直接決定了預焙陽極的質量，通過提高煅燒工藝對煅后焦質量予以提升。由于使用的煅燒設備不同，工藝上也會有所差異，而煅燒工藝會直接決定煅后焦質量，目前使用的煅燒工藝主要包括：回轉窯煅燒、罐式爐煅燒以及回轉床煅燒。我國鋁用炭素行業中往往使用回轉窯煅燒工藝以及罐式爐工藝進行煅燒，其中回轉窯煅燒工藝使用較為廣泛，主要因為該工藝自動化程度相對較高，且生產力相對較大，設備使用壽命長且原料的適應性較強。正是由于上述優勢能夠對日益增大的預焙陽極用量需要提供了優質的原料，因而被廣泛應用，目前世界石油焦的煅燒約有85%使用了回轉窯煅燒的方式。

1 設備現狀概述

我國在回轉窯煅燒工藝上相對于其他國家來說相對落后，并且目前仍在運行的回轉窯最早引進自日本，在碳素煅燒中，該種回轉窯技術應用的回轉窯產能僅為6 t/h；規格為Φ2.2 m×45 m，但是隨著技術的應用以及實踐經驗的總結，我國的回轉窯煅燒技術有了很大的提高，在該工藝的基礎上，國內陸續的進行了自主的研發和創造，不同規格的回轉窯，是的規格和產能有了很大的提高，Φ2.6 m×50 m回轉窯產能能夠達到9 t/h，而Φ3.0 m×60 m回轉窯的產能則能夠達到15 t/h。我國的回轉窯技術雖然在自主研發的基礎上有了很大的進步，但主要還是依賴于技術引進，近些年國內很多大型的企業陸續從國外引進了較為先進的回轉窯技術，例如山西華澤、云南建水源鑫以及惠州石化分別引進了Metso（美國）的新型技術。而某企業以國內回轉窯技術發展作為基礎，對碳素煅燒的回轉窯技術進行了提升，自主設計研發了Φ3.0 m×60 m回轉窯，并在青海黃河再生鋁業以及青銅峽寧東鋁業等項目中予以應用，并于2010年在青海黃河再生鋁業的項目中予以應用，于2009年在青銅峽寧東鋁業項目中建成投產。根據實際的生產經驗以及回轉窯的使用狀況、運行中遇到的問題，該碳素煅燒回轉窯又被進行了多次的優化和改造，目前其不但能夠適應大量的產品需求量，同時其煅燒出的石油焦成功出口國外。

2 優化改進回轉窯結構

2.1 下料溜管

下料溜管主要被安裝于窯尾端的過渡段上，斜插經過度段進入窯筒體中。煅燒原料并非直接進入回轉窯，而是需要定量給料，逐步進入回轉窯中。生石油焦從煅前倉通過定量給料機輸送至下料溜管，在進入下料溜管后經過其輸送到回轉窯的內部筒體，繼而完成高溫煅燒。因此回轉窯是否能夠正常運行、系統整體運行是否安全等都會受到下料溜管的影響，下料管安全可靠，則回轉窯能夠正常運轉，下料溜管若安全性和可靠性較差，那么回轉窯無法正常運行。由于煅燒工藝本身便是對生石油焦進行高溫處理，從而獲得預焙陽極所需材料，因而回轉窯的筒體需要承受回轉窯內部的高溫，但是一般的鋼材是無法長期處于1000 ℃高溫環境下的，而回轉窯中的耐高溫材料若用特殊鋼材則會提高設備的建造成本，同時回轉窯的可靠性也會隨之降低。目前國內使用較多的為水冷夾套法，該種制作形式主要利用了水冷夾套的降溫作用；另外風冷夾套的方式也是較為有效的制作形式，其原理同水冷夾套相似；另外耐火材料的澆筑也是能夠取得良好效果的重要形勢，例如Metso便利用了該種方式。

以某企業的回轉窯設計為例，該回轉窯設計中應用了水冷夾套，將水冷夾套設置在Φ3.0 m×60 m回轉窯中，在最初的設計中，安裝高度被限定因而受到該因素的限制，其設計的下料管以及水冷夾套如圖1下料溜管的結構示意圖中圖a所示。下料管的上接管同下接管直接并非直接焊接，而是從水冷夾套中穿過，這種焊接狀態下，由上接管同下接管的直徑相同，相貫面積相對較大，因而冷卻水的回水流暢與否將會受到影響。在實際的應用中很容易就會發現，該種結構下冷卻水夾套中冷卻水回水不暢。回轉窯的主要作用便是對石油焦進行煅燒，因而筒體的溫度極高，冷卻水夾套的主要作用是用來對筒體進行降溫，但是，若夾套中的冷卻水無法充分循環，那么在回轉窯筒體高溫作用下，夾套中的冷卻水會變為水蒸氣，而水蒸氣的體積比液態水體積要大，因而夾套內壓逐漸升高，若其壓力超出夾套所能承受的最大范圍，那么這些將會埋下安全隱患，并影響生產的安全性。因此必須對其進行調整改進，如圖1中圖b對改進后的下料溜管結構予以介紹，通過對下料溜管的結構以及進行調整，對冷卻水夾套進行調整，至下料管接管焊接的部位，如此以來不但有效解決了夾套的回流不暢，同時避免了冷卻循環水所帶來的隱患。并且該種方式能夠有效解決上述問題，令冷卻水能夠正常循環。雖然該種方式能夠有效的提高效率，但最主要的還是該種方式更加便捷。通過在現場冷卻循環水的回水管路上增加一回水池，現場更能直觀的監測到冷卻循環水的回流狀況及水溫狀況。

2.2 窯頭罩檢修門

窯頭罩是處于回轉窯低端的裝置，一般用于安裝燃燒器、火焰掃描儀、溫度及壓力檢測裝置等。此外窯頭罩還起到聯接回轉窯筒體及冷卻機下料溜槽的作用。因此高溫物料通過此處傳遞和輻射了大量的熱量。檢修門一般安裝在窯頭罩的中下部，便于回轉窯內襯施工及維修時進出材料和人員。正常工作時檢修門一直處于關閉狀態。由于窯頭罩在生產運營中一直處于高溫狀態，盡管窯頭罩的內側都打有耐高溫的澆注料，窯頭罩還是會產生變形。在此次設計中把窯頭罩的材質改為耐熱不銹鋼，但使用效果并不明顯。在青銅峽寧東鋁業公司的回轉窯窯頭罩檢修門處曾發生高溫變形撕裂的情況。原檢修門結構是最早使用耐火磚時所設計的，現在炭素煅燒回轉窯國內基本采用耐火澆注料形式。但原設計結構并未做改變，使得檢修門背后結構過于復雜，在長期受高溫狀況下，檢修門變形嚴重。通過改進檢修門只保留了門板、鉸鏈及門鎖等結構。由于內襯采用耐火澆注料，去除了原使用耐火磚門板背部的槽型結構，結構變得更加簡單。解決了原澆注料和檢修門板受熱膨脹不一致的問題，熱應力減小。門板材料改用普通的Q235-B，更節省了成本。endprint

2.3 將窯頭筒體護口和窯尾筒體護口取消

由于煅燒需要，要求回轉窯內部具有較高的溫度，因此會在回轉窯筒體的內部設施相應的保護措施，例如澆筑耐火材料或者使用耐火磚用來保護筒體。目前回轉窯結構中，往往會使在筒體進出料的窯口位置設置筒體護口，并且該結構一般使用價格昂貴的合金作為材料，目的是對內部澆注料、耐火磚進行固定，該種合金耐熱性雖然高，但是也無法長期存在于回轉窯的高溫環境下。在回轉窯進行生產運行的過程中，該結構筒體護口在窯體過高的溫度下非常容易受到燒損破壞，因此會對生產運行造成嚴重的影響。所以，這種窯口結構的回轉窯需要進行進一步的改進，用以避免由于筒體護口的損壞而影響整體生產效率。

針對這種回轉窯的改進方式如下：將其窯口防護結構進行改進，其結構如圖2所示，a為進料端結構圖，b為出料端結構圖。在進出料的窯口處，回轉窯筒體都會設置有耐火的澆注料層對筒體內部進行覆蓋，并在通過錨鉤的焊接將耐火澆注料同回轉窯筒體連接在一起由于回轉窯在運行中結構作用的差異，因此在溫度上也會存在不同，窯頭溫度要遠遠高于窯尾的溫度，因此需要對窯頭部分進一步改進，通過陶瓷纖維板以及保溫層的添加，提高其耐火性。并且通過將不銹鋼纖維添加到耐火澆注料中，提高澆注料的耐磨性。通過上述方式可以不必再應用價格昂貴的筒體護口，通過在筒體上直接澆筑澆筑層，將耐火材料覆蓋于回轉窯內部。不僅從結構上簡化了回轉窯，同時還降低了設備的制作成本，由于結構和性能的優化，是的回轉窯的使用壽命相對延長，煅燒石油焦的生產成本也相對降低，并在生產效率上大大提高。

2.4 大齒圈彈簧板的安裝

回轉窯的轉動一般采用小齒輪與大齒圈嚙合傳動。由于回轉窯屬于大型高溫設備，其傳動部位很容易出故障，因而降低了設備的運轉效率。傳動部位最常見的問題是齒圈在工作中發生振動，加劇輪齒的磨損并引起基礎振動。在使用中由于基礎下沉、筒體彎曲變形或不適當的調窯操作等因素，使齒輪間的齒頂間隙發生變化，很容易產生輪齒“卡死”或沖擊“打齒”現象。大齒圈與回轉窯筒體的之間一般用彈簧板聯接，彈簧板的受力只能為拉力。我院原設計彈簧板分拉板和板座兩部分，板座與回轉窯筒體焊接，拉板和板座使用4個螺柱和3處塞焊聯接。彈簧板與大齒圈的銷軸采用螺栓固定，使得銷軸做的過長，在回轉窯上下竄動過程中，極易碰到齒輪罩側壁。原彈簧板結構過于復雜，一般大齒圈安裝在回轉窯筒體上之后不會再做過多的調整，這樣設計顯得有點多余，給制造安裝維護帶來很大的不便。改進后的方案，彈簧板的末端做成弧形與回轉窯筒體貼合，并3邊施焊并在彈簧板上開孔進行塞焊。大齒圈與彈簧板的銷軸取消螺栓緊固，采用軸端擋板形式固定，有效的縮短了銷軸的長度。

3 結語

作為一個復雜的大型設備、綜合的生產系統，回轉窯承受著煅燒石油焦不斷增大的需求量，在這樣的狀態下，回轉窯需要不斷的加大自身的產能。通過對回轉窯技術的研究和分析，人們不斷的對其進行改進，從規格上擴大回轉窯的體積，增大了回轉窯的長度以及直徑，這些改進方式都會對回轉窯的安裝以及設計造成影響，因此人們不得不繼續對此進行研究。據可靠報道，國外一些實力雄厚的炭素窯公司已經開始計劃或者已經以投資或者合資并購等方式，將煅后焦產能項目設立在中國。這些國外勢力的涉入，在中國的市場上必然會引起相當大的影響，無論是對國內相關企業的沖擊還是對現有設備裝置的升級進步，都是一次轉折點。因此國內企業需要對自己的回轉窯裝置進行改進，對原有的煅燒工藝予以升級，以此應對將要到來的挑戰。文章主要針對一種新型的回轉窯，即Φ3.0×60 m炭素煅燒回轉窯的應用以及實踐中所遇到的問題進行了談論，詳細的分析了其優化改進措施。并證明，經過優化改進后的回轉窯在投入運行后，穩定性有所提高，極大的促進了生產，并節約了日常維護和維修的費用。這不僅是技術上的進步，更是為我國回轉窯技術進一步發展積累經驗。

參考文獻

[1] 段全斌，張景楠.40萬t/年煅后焦項目中美卓炭素回轉窯的應用[J].廣州化工，2010（9）.

[2] 周新林，趙紅征.影響回轉窯煅燒實收率原因分析及改進措施[J].輕金屬，2005（12）.

[3] 王春華.炭素煅燒回轉窯熱工過程及優化結構的研究[D].東北大學，2009.endprint

2.3 將窯頭筒體護口和窯尾筒體護口取消

由于煅燒需要，要求回轉窯內部具有較高的溫度，因此會在回轉窯筒體的內部設施相應的保護措施，例如澆筑耐火材料或者使用耐火磚用來保護筒體。目前回轉窯結構中，往往會使在筒體進出料的窯口位置設置筒體護口，并且該結構一般使用價格昂貴的合金作為材料，目的是對內部澆注料、耐火磚進行固定，該種合金耐熱性雖然高，但是也無法長期存在于回轉窯的高溫環境下。在回轉窯進行生產運行的過程中，該結構筒體護口在窯體過高的溫度下非常容易受到燒損破壞，因此會對生產運行造成嚴重的影響。所以，這種窯口結構的回轉窯需要進行進一步的改進，用以避免由于筒體護口的損壞而影響整體生產效率。

針對這種回轉窯的改進方式如下：將其窯口防護結構進行改進，其結構如圖2所示，a為進料端結構圖，b為出料端結構圖。在進出料的窯口處，回轉窯筒體都會設置有耐火的澆注料層對筒體內部進行覆蓋，并在通過錨鉤的焊接將耐火澆注料同回轉窯筒體連接在一起由于回轉窯在運行中結構作用的差異，因此在溫度上也會存在不同，窯頭溫度要遠遠高于窯尾的溫度，因此需要對窯頭部分進一步改進，通過陶瓷纖維板以及保溫層的添加，提高其耐火性。并且通過將不銹鋼纖維添加到耐火澆注料中，提高澆注料的耐磨性。通過上述方式可以不必再應用價格昂貴的筒體護口，通過在筒體上直接澆筑澆筑層，將耐火材料覆蓋于回轉窯內部。不僅從結構上簡化了回轉窯，同時還降低了設備的制作成本，由于結構和性能的優化，是的回轉窯的使用壽命相對延長，煅燒石油焦的生產成本也相對降低，并在生產效率上大大提高。

2.4 大齒圈彈簧板的安裝

回轉窯的轉動一般采用小齒輪與大齒圈嚙合傳動。由于回轉窯屬于大型高溫設備，其傳動部位很容易出故障，因而降低了設備的運轉效率。傳動部位最常見的問題是齒圈在工作中發生振動，加劇輪齒的磨損并引起基礎振動。在使用中由于基礎下沉、筒體彎曲變形或不適當的調窯操作等因素，使齒輪間的齒頂間隙發生變化，很容易產生輪齒“卡死”或沖擊“打齒”現象。大齒圈與回轉窯筒體的之間一般用彈簧板聯接，彈簧板的受力只能為拉力。我院原設計彈簧板分拉板和板座兩部分，板座與回轉窯筒體焊接，拉板和板座使用4個螺柱和3處塞焊聯接。彈簧板與大齒圈的銷軸采用螺栓固定，使得銷軸做的過長，在回轉窯上下竄動過程中，極易碰到齒輪罩側壁。原彈簧板結構過于復雜，一般大齒圈安裝在回轉窯筒體上之后不會再做過多的調整，這樣設計顯得有點多余，給制造安裝維護帶來很大的不便。改進后的方案，彈簧板的末端做成弧形與回轉窯筒體貼合，并3邊施焊并在彈簧板上開孔進行塞焊。大齒圈與彈簧板的銷軸取消螺栓緊固，采用軸端擋板形式固定，有效的縮短了銷軸的長度。

3 結語

作為一個復雜的大型設備、綜合的生產系統，回轉窯承受著煅燒石油焦不斷增大的需求量，在這樣的狀態下，回轉窯需要不斷的加大自身的產能。通過對回轉窯技術的研究和分析，人們不斷的對其進行改進，從規格上擴大回轉窯的體積，增大了回轉窯的長度以及直徑，這些改進方式都會對回轉窯的安裝以及設計造成影響，因此人們不得不繼續對此進行研究。據可靠報道，國外一些實力雄厚的炭素窯公司已經開始計劃或者已經以投資或者合資并購等方式，將煅后焦產能項目設立在中國。這些國外勢力的涉入，在中國的市場上必然會引起相當大的影響，無論是對國內相關企業的沖擊還是對現有設備裝置的升級進步，都是一次轉折點。因此國內企業需要對自己的回轉窯裝置進行改進，對原有的煅燒工藝予以升級，以此應對將要到來的挑戰。文章主要針對一種新型的回轉窯，即Φ3.0×60 m炭素煅燒回轉窯的應用以及實踐中所遇到的問題進行了談論，詳細的分析了其優化改進措施。并證明，經過優化改進后的回轉窯在投入運行后，穩定性有所提高，極大的促進了生產，并節約了日常維護和維修的費用。這不僅是技術上的進步，更是為我國回轉窯技術進一步發展積累經驗。

參考文獻

[1] 段全斌，張景楠.40萬t/年煅后焦項目中美卓炭素回轉窯的應用[J].廣州化工，2010（9）.

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[3] 王春華.炭素煅燒回轉窯熱工過程及優化結構的研究[D].東北大學，2009.endprint

2.3 將窯頭筒體護口和窯尾筒體護口取消

由于煅燒需要，要求回轉窯內部具有較高的溫度，因此會在回轉窯筒體的內部設施相應的保護措施，例如澆筑耐火材料或者使用耐火磚用來保護筒體。目前回轉窯結構中，往往會使在筒體進出料的窯口位置設置筒體護口，并且該結構一般使用價格昂貴的合金作為材料，目的是對內部澆注料、耐火磚進行固定，該種合金耐熱性雖然高，但是也無法長期存在于回轉窯的高溫環境下。在回轉窯進行生產運行的過程中，該結構筒體護口在窯體過高的溫度下非常容易受到燒損破壞，因此會對生產運行造成嚴重的影響。所以，這種窯口結構的回轉窯需要進行進一步的改進，用以避免由于筒體護口的損壞而影響整體生產效率。

針對這種回轉窯的改進方式如下：將其窯口防護結構進行改進，其結構如圖2所示，a為進料端結構圖，b為出料端結構圖。在進出料的窯口處，回轉窯筒體都會設置有耐火的澆注料層對筒體內部進行覆蓋，并在通過錨鉤的焊接將耐火澆注料同回轉窯筒體連接在一起由于回轉窯在運行中結構作用的差異，因此在溫度上也會存在不同，窯頭溫度要遠遠高于窯尾的溫度，因此需要對窯頭部分進一步改進，通過陶瓷纖維板以及保溫層的添加，提高其耐火性。并且通過將不銹鋼纖維添加到耐火澆注料中，提高澆注料的耐磨性。通過上述方式可以不必再應用價格昂貴的筒體護口，通過在筒體上直接澆筑澆筑層，將耐火材料覆蓋于回轉窯內部。不僅從結構上簡化了回轉窯，同時還降低了設備的制作成本，由于結構和性能的優化，是的回轉窯的使用壽命相對延長，煅燒石油焦的生產成本也相對降低，并在生產效率上大大提高。

2.4 大齒圈彈簧板的安裝

回轉窯的轉動一般采用小齒輪與大齒圈嚙合傳動。由于回轉窯屬于大型高溫設備，其傳動部位很容易出故障，因而降低了設備的運轉效率。傳動部位最常見的問題是齒圈在工作中發生振動，加劇輪齒的磨損并引起基礎振動。在使用中由于基礎下沉、筒體彎曲變形或不適當的調窯操作等因素，使齒輪間的齒頂間隙發生變化，很容易產生輪齒“卡死”或沖擊“打齒”現象。大齒圈與回轉窯筒體的之間一般用彈簧板聯接，彈簧板的受力只能為拉力。我院原設計彈簧板分拉板和板座兩部分，板座與回轉窯筒體焊接，拉板和板座使用4個螺柱和3處塞焊聯接。彈簧板與大齒圈的銷軸采用螺栓固定，使得銷軸做的過長，在回轉窯上下竄動過程中，極易碰到齒輪罩側壁。原彈簧板結構過于復雜，一般大齒圈安裝在回轉窯筒體上之后不會再做過多的調整，這樣設計顯得有點多余，給制造安裝維護帶來很大的不便。改進后的方案，彈簧板的末端做成弧形與回轉窯筒體貼合，并3邊施焊并在彈簧板上開孔進行塞焊。大齒圈與彈簧板的銷軸取消螺栓緊固，采用軸端擋板形式固定，有效的縮短了銷軸的長度。

3 結語

作為一個復雜的大型設備、綜合的生產系統，回轉窯承受著煅燒石油焦不斷增大的需求量，在這樣的狀態下，回轉窯需要不斷的加大自身的產能。通過對回轉窯技術的研究和分析，人們不斷的對其進行改進，從規格上擴大回轉窯的體積，增大了回轉窯的長度以及直徑，這些改進方式都會對回轉窯的安裝以及設計造成影響，因此人們不得不繼續對此進行研究。據可靠報道，國外一些實力雄厚的炭素窯公司已經開始計劃或者已經以投資或者合資并購等方式，將煅后焦產能項目設立在中國。這些國外勢力的涉入，在中國的市場上必然會引起相當大的影響，無論是對國內相關企業的沖擊還是對現有設備裝置的升級進步，都是一次轉折點。因此國內企業需要對自己的回轉窯裝置進行改進，對原有的煅燒工藝予以升級，以此應對將要到來的挑戰。文章主要針對一種新型的回轉窯，即Φ3.0×60 m炭素煅燒回轉窯的應用以及實踐中所遇到的問題進行了談論，詳細的分析了其優化改進措施。并證明，經過優化改進后的回轉窯在投入運行后，穩定性有所提高，極大的促進了生產，并節約了日常維護和維修的費用。這不僅是技術上的進步，更是為我國回轉窯技術進一步發展積累經驗。

參考文獻

[1] 段全斌，張景楠.40萬t/年煅后焦項目中美卓炭素回轉窯的應用[J].廣州化工，2010（9）.

[2] 周新林，趙紅征.影響回轉窯煅燒實收率原因分析及改進措施[J].輕金屬，2005（12）.

[3] 王春華.炭素煅燒回轉窯熱工過程及優化結構的研究[D].東北大學，2009.endprint