优化焙烧升温曲线,提高预焙阳极质量实践
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摘要： 随着焙烧炉运行时间的过长，焙烧炉火道墙的状况日益严重恶化，使工艺控制和作业条件发生变化，其不仅对预焙阳极质量产生较大影响，而且会增加焙烧块的生产成本。通过实际生产经验，本文提出通过对焙烧升温曲线进行调整，有效解决了焙烧阳极质量较低的问题，用以适应目前电解铝行业质量提升，降低增效的生产要求。
Abstract： As the running time of baking furnace is too long， the fire wall deterioration of baking furnace is increasingly serious. That process control and operation conditions have changed. It has great influence on the quality of pre-baked anode， and increases the cost of production of roasting block. Through the actual production experience， this paper puts forward the adjustment of heating curve of baking furnace. This method effectively solves the problems of the low quality of baked anode to adapt to the quality improvement of electrolytic aluminium industry and reduce the production requirements of efficiency.
关键词： 炉室变形；升温曲线；预焙阳极；质量
Key words： furnace chamber deformation；heating curve；prebaked anode；quality
中图分类号：TQ133.1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）31-0116-03
0 引言
某阳极焙烧车间36室焙烧炉由贵阳铝镁设计院设计，年产能6.4万吨，每室8料箱9火道，采用三层立装，每炉可装168块，采用6室运转192h焙烧曲线。2005年底焙烧炉投产，至今运行时间达9年多，火道墙普遍存在内陷、弯曲严重变形，导致火道墙漏风较大，单管、总管负压低，炉室弯曲变形恶化加剧，火道墙修理进度已无法满足火道墙恶化速度，使焙烧升温控制及阳极质量波动较大，生产成本增加，如何在现有条件下提高产品质量是急需解决的生产难题，主要通过生产管理和焙烧升温曲线的调整与优化，达到提升阳极质量的目的。
1 原因分析
1.1 焙烧炉变形对产品的影响
焙烧炉的作用是利用燃料的燃烧放热，把热量通过焙烧炉火道墙经填充料传递给焙烧产品达到一定的温度要求，它是炭素生产流程中的一个重要设备。焙烧炉经过长周期的加热、冷却，耐火砖经常产生较大内应力，同时也受到耐火材料耐火度的限制，如超过耐火度就发生熔变，造成焙烧炉火道墙弯曲、下陷、开裂等损坏现象，所以焙烧炉的使用寿命受温度影响最大，同时受加热过程和冷却过程中急热急冷的较大影响。
若焙烧炉火道墙变形可能会导致以下不利影响：一是导致墙体内的燃烧空间变小，不利于充分燃烧；二是未将燃烧产物顺利排出；三是给装炉和出炉作业带来挑战；四是传导热量分布不均，导致产品质量不符合标准；五是填充料漏入火道内堵塞气流，阻力增大；六是损失压力，导致温度难以满足要求；七是减弱炉体蓄热能力，增加燃料消耗，表1、表2是该炉室投产以来的修理情况。
预焙阳极的焙烧工艺是将生坯装入焙烧炉内，在隔绝空气和介质的条件下，把成型生产的生块按一定的升温速度进行加热的热处理过程。焙烧主要是粘结剂的焦化过程，目的是排除生坯中沥青焦化反应产生的挥发份和水分，获得体积结构稳定并具有规定理化性能指标的制品，焙烧前后产品的物理化学性能将发生很大变化，如表3。为满足铝电解生产工艺对预焙阳极电阻率小、灰分低、机械性能好的质量要求，因此合理的焙烧升温曲线对产品质量至关重要。
焙烧温度对电阻率的影响：生坯时其电阻率很大，等焙烧温度超过七百摄氏度以后，沥青焦化过程基本结束，其电阻率会大大降低。之后随着焙烧温度的升高，其电阻率会逐渐减小。
焙烧温度对抗压强度的影响：在焙烧过程中，生坯的抗压强度会随着温度的不断提高而逐渐降低，其强度最低值是温度达到约四百摄氏度时，这是因为当温度达到四百摄氏度时沥青会完全熔化，并进行分解和挥发，但是未进行焦化。之后沥青的焦化程度会随着温度的升高而增大，同时也提高了其抗压强度。
焙烧温度对孔隙度的影响：在焙烧过程中，随着温度的不断加大其孔隙度也会逐渐增大，这是因为粘结剂会随着温度的不断提高而被分解出来。
焙烧曲线是根据沥青挥发份的排出速度和沥青焦化的物理化学变化制定的，为了保证制品符合相关设计要求，在实际的焙烧过程中应依据焙烧炉的具体情况，制定出符合现场实际的焙烧升温曲线操作要求。制定升温曲线主要参考了以下依据：一是焙烧块的质量要求和用途制定；二是填充料的种类和加热方法制定；三是焙烧炉的结构制定；四是生坯的种类和规格制定；五是制品在焙烧过程不同阶段的物理化学反应制定。
2 目前现状
因焙烧炉由于火道墙弯曲变形、下陷、开裂等缺陷导致火道内空间变小，气流阻力加大，升温滞后使焦油排出时达不到燃点而排走，同时造成了挥发份燃烧空间发生变化，致使挥发份燃烧区域过长，燃烧不充分。在实际生产中对挥发份燃烧情况查看，移炉后挥发份燃烧带处于4P炉室D孔与3P炉室A孔之间，挥发份严重滞后，使后期投入的燃料增加，升温制度受到极大影响，实际升温已无法达到设定要求，焙烧升温困难，同时产品出现了不达标情况。尽管增加了能源消耗，但是产品的合格率仅达到88.81%。
3 解决方案与实施情况
①优化焙烧曲线。决定阳极焙烧质量最为关键的阶段是2P、3P阶段的升温速率，曲线设置以无法满足焙烧炉恶化带来的负面影响，因此本文对lP温度段由180～500℃调整为200～560℃，4P温度段由820～1044℃调整为840～1096℃，如图1和图2。以便延长5P保温时间，最终延长火道总的保温时间，提高阳极终温。
调整后的焙烧升温曲线，6P火道保温时间延长近8个小时，阳极终温达到1050℃以上，平均值较调整前增加约10℃左右。
②强化焙烧炉面现场管理，做好环形烟道与排烟架结合处、金属波纹管与火道口、预热炉室及加热炉室火道口密封管理，减少系统负压损失与热量散失，提高火焰系统负压，减少天然气消耗，如图3。
③加强炉室的日常维护工作，及时清理料箱底部粘接的大块料和火道墙粘结填充料。大于10mm以上的墙缝用纤维毡进行堵塞，对严重影响装出炉或焙烧升温的火道墙及时整体拆除大修，保证其能够充分燃烧。
4 效果验证
①移炉时观察排烟架总管收集口开始出灰和焦油混合体，净化系统捕集的焦油量明显减少。
②焙烧块理化指标合格率由调整前的累计值88.89%提高到96.25%，电阻率由调整前的59.69μΩ・m降低到55.50μΩ・m，如图4、图5。
③天然气消耗量降低，由调整前的88Nm3/t降至83Nm3/t，达到节能目的。
④挥发份燃烧区域合理，移炉后挥发份燃烧点由之前的燃烧孔由以前的4P炉室D孔与3P炉室A孔之间迁移到3P炉室的B孔与D孔之间，区域明显分布至2P、3P处，且燃烧火焰明亮，燃烧较充分。
5 结论
①实际生产中根据炉况变化及时优化焙烧曲线，确保燃料能够充分燃烧，如此既提高了产品质量，也降低了生产成本。
②挥发份排区域合理，使得挥发份在炉室火道内充分燃烧，减少排烟架、环形烟道内沥青焦油的聚集，降低着火风险。
③加强对火焰系统的密封管理及焙烧炉维修，减少系统负压流失。
参考文献：
[1]钱湛芬.炭素工艺学[M].北京：冶金工业出版社，2011.
[2]李庆义，贾鲁宁，刘改云.炭阳极的裂纹性能[M].北京：冶金工业出版社，2009.
[3]王平铺，宫振，等.铝电解炭阳极生产与应用[M].北京：冶金工业出版社，2008.