炭素制品焙燒工藝的優化探索

吳仕喆

摘要：焙燒是陰極炭素生產的核心工序之一，焙燒質量的好壞直接影響產品質量，優質的陰極炭塊對電解鋁生產和各項技術經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；優化

1、炭素焙燒爐

在炭素生產系統中，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系統中的一些主要原料。生炭塊在焙燒爐內隔絕空氣的情況下，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格，將各種不同粒度的骨料顆粒牢固地結合在一起，經過焙燒，生炭塊的機械強度穩定，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，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，每個火焰系統實行多室串聯生產。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范砌筑，確保施工質量。

2、炭素制品焙燒工藝的優化

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，材料可選用剛玉質的聚輕磚細粉或顆粒作為骨料基質，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節，應掌握爐蓋烘干時間以及水分蒸發速度，避免裂紋出現。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40%左右，因爐內的負壓大，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生直接影響，僅是縮減了排放廢氣溫度，依據熱平衡方程，對火焰系統穩態的熱平衡進行估計，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料箱內炭素制品的空間，極大地限制了裝填炭素制品的數量。因此，可以對短料箱加以改進和優化，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量增加了，焙燒效率自然就提升了，從而使得焙燒爐的產量也得到顯著的提高。

2.3單爐室溫度

炭塊預熱階段，大量排出揮發分，若升溫速度過快，陰極內部與外表溫差過大，表面已經結焦，而內部還在繼續排出揮發分，在陰極塊內產生一定的應力，容易產生宏觀大裂紋，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，在系統運行過程中，聯通罩使用現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爐室及炭塊溫升情況，每小時記錄一次。根據實際溫度與目標溫度的偏差及燃燒情況，及時調整負壓，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（促進揮發分燃燒）。

2.5填充料吸取方式的優化

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開發[D].東北大學，2008.