吴仕喆

摘要：焙烧是阴极炭素生产的核心工序之一，焙烧质量的好坏直接影响产品质量，优质的阴极炭块对电解铝生产和各项技术经济指标起着非常重要的作用。基于此，本文将着重分析探讨炭素制品焙烧工艺的优化，以期能为以后的实际工作起到一定的借鉴作用。

关键词：炭素制品；焙烧；优化

1、炭素焙烧炉

在炭素生产系统中，离不开一个重要的设备，即焙烧炉。焙烧炉的重要作用就是要焙烧炭素生产系统中的一些主要原料。生炭块在焙烧炉内隔绝空气的情况下，按一定温度进行加热，使均匀涂抹于炭素颗粒表面的黏结剂（沥青）焦化，在骨料颗粒之间形成炭焦网格，将各种不同粒度的骨料颗粒牢固地结合在一起，经过焙烧，生炭块的机械强度稳定，提高了原料的抗氧化能力，同时导电性、导热性、耐高温性得到了显著提高。它主要是由众多结构相同的焙烧炉室组合而成的，而每一焙烧炉室又可以分为众多的炭块料箱，在每个料箱内，炭块依次摆放。炭块与炭块，炭块与炉室之间均由炭粒填充。焙烧炉在运行期间可划分为几个火焰系统，每个火焰系统实行多室串联生产。各焙烧室按一定的程序进行装炉、预热、焙烧、冷却和出炉。焙烧炉的砌筑质量对焙烧炉的运行以及整个焙烧流程有着最为直接的影响，因此，必须按照标准的施工流程及相关规范砌筑，确保施工质量。

2、炭素制品焙烧工艺的优化

2.1焙烧炉体的控制

以某工程实际为例。1）在阴极焙烧炉当中，原炉盖采用的是的钢框架与高铝砖材料，阴极焙烧炉炉盖可采用整浇盖方式，材料可选用刚玉质的聚轻砖细粉或颗粒作为骨料基质，添加剂为轻型的聚苯乙烯，在中间铺上不锈钢丝，钢模分成两层给予振动，并一次整体的浇注成型，在浇筑的时候，耐火层厚度应为15cm，保温层厚度是10cm，当炉盖浇注之后，可使用吊车将其吊装于阴极焙烧炉上面，在吊装前，烘干是非常关键的环节，应掌握炉盖烘干时间以及水分蒸发速度，避免裂纹出现。2） 阴极焙烧炉燃烧的空气主要来自冷却室与雾化压缩空气，冷却室空气主要是依靠加热室热交换之后，进入到燃烧室辅助重油进行燃烧的，来雾化压缩空气则是电加热至100℃之后，对加热炉室预热空气温度进行了降低。运用高温加热器，对焙烧炉表面余热实施管路改造，把压缩空气预热至300℃，这是由于空气的预热温度升高，重油燃烧的温度就会升高，当预热的温度升高200℃，燃烧温度就会升高150℃，焙烧炉中的温度不需升高时，降低焙烧炉燃料量，可有效节约能源目的。在火焰周期上，可将48h降低到42h，减少6h的火焰周期，保证焙烧炉的保温时间同时，减少阴极水平与垂直温度间的差距。3）通过漏风测试可知，预热室漏风量非常大，大约占据40%左右，因炉内的负压大，会吸入大量冷空气进入，此部分冷空气会降低烟气与阴极温度，加剧了燃料消耗；燃料室中，空气漏风量占据10%左右，此部分空气主要与冷却室进行热交换，对所送预热空气进行交换以维持燃料正常的燃烧；排气管道进风是漏风量中的主要位置，不过对燃料消耗不会产生直接影响，仅是缩减了排放废气温度，依据热平衡方程，对火焰系统稳态的热平衡进行估计，排放烟气热量是燃烧放出热量60%左右。

2.2料箱的改进

目前使用的火井料箱是短料箱，这种料箱具有一定的缺点和局限性。在送入料箱焙烧之前的装填工序中，需要在炭素制品的周围装填填充料，而填充料必然会占据料箱内炭素制品的空间，极大地限制了装填炭素制品的数量。因此，可以对短料箱加以改进和优化，即采用长料箱，这样一来虽然仍需要装入填充料，然而填充炭素制品的空间却获得提升。每次能够放入的炭素制品数量增加了，焙烧效率自然就提升了，从而使得焙烧炉的产量也得到显著的提高。

2.3单炉室温度

炭块预热阶段，大量排出挥发分，若升温速度过快，阴极内部与外表温差过大，表面已经结焦，而内部还在继续排出挥发分，在阴极块内产生一定的应力，容易产生宏观大裂纹，因此，必须严格限制升温速率。由于焙烧炉的料箱较窄，阴极炭块较大，火道墙与炭块间的填充料较少，火道与炭块间的温差较小。在运行过程中，必须严格按目标温升曲线进行控制。

2.4炉室负压

炉室负压增大或减少，都会改变升温条件。负压越高，送入的热空气越多，挥发分燃烧的越多，同时，热烟气向前移动的也越快，炉室及炭块就会升温过快；负压过低，挥发分燃烧的越少，同时，热烟气向前移动的也越慢，爐室及炭块就会升温过慢，破坏温升制度。因此，在系统运行过程中，联通罩使用现场就地人工控制模式，燃烧架使用远程自动控制模式。焙烧工实时跟踪预热区炉室及炭块温升情况，每小时记录一次。根据实际温度与目标温度的偏差及燃烧情况，及时调整负压，严格按曲线运行。当制品温升速度超出设定曲线时，及时减小运行负压（限制挥发分燃烧）；当制品温升速度低于设定曲线时，及时增大运行负压（促进挥发分燃烧）。

2.5填充料吸取方式的优化

当前炭素制品厂所用吸料罐，一般通过罗茨真空泵提供吸料室所需抽力，将填充料暂时吸入吸料罐进行存储。炉室之间的真空管道较长，管道压力因此受到损失，同时由于复杂的吸料罐结构以及较低的自动化控制水平，使得操作繁琐，工作人员也因此需承受较强的工作压力。而通过将罗茨真空泵与吸料罐两者整合并装于天车上，能够使天车功能变得多样化，同时具有吸料与起吊的双重作用，此举能够有效简化操作流程，提高人员工作效率。

2.6降低炭块成本

通过将颗粒较小的残极颗粒焦炭与冶金焦进行混合使用，利用残极焦炭粒度小的特点，与冶金焦的粒度形成互补，从而在提高焙烧炉填充料的燃烧密度的同时，保证炭块挥发分能够得到充分析出并燃烧，最终达到提高炭块燃烧效益，降低炭块使用成本的目标。在对焙烧炉进行填充料铺填时，需注意残极焦炭与冶金焦的混合比例。在将残极焦炭粉碎成符合混合标准的炭粒之后，方可与冶金焦依据一定比例混合使用。

参考文献：

[1]梁增英.阳极焙烧炉合理热工制度的研究[D].东北大学，2008.

[2]郝杰.炭素煅燒窑工艺分析与控制系统开发[D].东北大学，2008.