碳素焙烧炉的发展及应用

碳素焙烧炉的发展及应用环视焙烧炉是生产碳素制品最关键的大型热工炉窑设备，对一个预焙阳极生产厂而言，环式焙烧炉的基建投资占整个碳素厂总投资的50%～60%，而且焙烧炉设计及技术的先进性对产品的质量单位投资的产能、能耗及能源综合利用、炉子寿命、产品生产成本都有很大的影响，焙烧炉火道墙结构的设计，材质的选择和施工工艺是设计焙烧炉最关键的技术。碳素生产企业环式焙烧炉火道墙采用砖砌结构，由轻质耐火砖、粘土耐火砖、异型耐火砖砌筑而成。根据焙烧炉火道墙尺寸的不同，每条火道墙重约7～9吨，砖层多打40层。在生产过程中，依照工艺要求反复地升降温（1250℃～1300℃），降温（20℃～30℃），每次装、出炉时，天车夹具、碳素产品都不可避免地会碰撞到火道墙上，这样火道墙就会发生变形，变形达到一定程度，就必须拆除重砌。火道墙主要损坏形式：传统工艺采用耐火砖加耐火泥浆砌筑，采用了卧缝打灰、立缝不打灰的砌筑工艺，这样会出现砖缝泥浆脱落，影响了火道墙的整体结构强度。由于砌砖更多的注重了火道墙的牢固性，但忽视了火焰的流向，不可避免地出现温度死角，对产品的均匀性造成影响。在生产过程中由于产生不均匀热膨胀以及频繁升降温和装出焙烧品的撞击，造成火道墙变形，继而火焰不走正道→温度死角→温差变大→炉箱变形等恶性循环，能耗增大，降低炉体寿命，出现频繁中小修。目前国内碳素焙烧炉的设计是50年代从国外引进的技术，火道墙采用砖砌筑结构，经历了半个世纪，并为大多数碳素厂所采用。随着生产实践的进一步深入，该技术的一些技术问题也逐渐暴露出来。（1）边火道墙向外突出或整体倾斜，使料箱变窄，装出炉困难；（2）中间火道向内外凹陷，使火道变窄，影响热流气体的流动和燃烧效果；（3）火道墙裂缝严重，导致漏风漏料，影响产品质量，增大热能损耗，破损比较严重的火道墙必须进行中修、大修，由于火道墙是由小块耐火砖砌筑而成，拆除一条火道墙大约需要7～8小时，重新砌筑需24小时左右，拆除并重砌一条火道墙就必须搬运近17吨的材料，这不仅给修炉工作带来困难，而且给车间的正常生产增加难度。特别是环式焙烧炉是以循环方式作业，留给维修、拆除、重砌火道墙的时间非常紧张，通常在炉温还有80℃～90℃时就必须开始刨修，工作环境极为恶劣，反过来又影响施工质量，形成恶性循环。我国用在环式焙烧炉上的耐火材料质量与国外同类产品相比，有较大的差距，高温抗蠕变性，荷重软化点，高温热稳定性等理化指标及产品外形尺寸精确度。加之生产管理，操作等方面的影响，我国碳素焙烧炉火道墙的平均使用寿命为80～100炉次，国外焙烧炉一般达到150炉次。在市场竞争日趋激烈的今天，各类产品都必须以优质廉价来赢得市场，炭素制品也不例外。若焙烧炉火道墙变形严重，势必影响产品的质量，特别是影响产量，增加生产成本，不能满足生产需求，难以取得良好的经济效益。针对砖砌火道墙存在的上述缺陷，国外多家碳素制品生产公司对火道墙结构的设计，材质的采用及砌筑方式等方面作了大量研究的改进，据有关资料报道，美国贝克莱和利德汗姆公司对火道墙的砌筑方式进行了大胆创新，采用异地预砌墙的方法，整体吊运到现场安装。该技术大大缩短了施工时间，改善了施工环境，减轻了劳动强度，提高了焙烧炉的产量及砖砌火道墙的质量。鉴于我国耐火砖型尺寸的精确度及各类碳素厂起重设备受限，实现异地整体预砌、整体吊装难以实现。我国环形焙烧炉技术共经历两个发展阶段。第一阶段50～70年代环式焙烧炉基本上未跳出苏联援建时的炉型框架，只在局部结构上有所改进，总体上看来，基本上环式炉技术落后。第二阶段，从80年代开始至今是我国环式炉向新环式炉转变时期。80年代初期贵铝从日本引进了新的环式技术，此后，沈阳、贵阳铝镁设计院又为我国铝用碳素厂设计了一批具有“日轻炉”或“里德哈默炉”技术特点的新环式炉，并已相继投产。新一代环式焙烧炉虽从炉室容积、燃烧方式、炉盖内衬材料等方面有很大改进，使环式焙烧炉的技术经济指标得以明显改变，但是火道墙仍是采用小块砖砌筑的砖砌技术，火道墙存在的使用寿命短，大、中修时间长等困扰产量，产品质量问题依然存在。20年来，我国在环式炉火道墙的研究、创新方面做的工作比较少。目前，我国环式焙烧炉火道墙凹陷、变形、使用周期短是影响炉子产能得知要因素；砖砌火道墙的裂缝、漏风、炉子上下温差大对产品质量有较大的影响；大修时间长、施工环境恶劣是生产管理上的难题。因此说，炭素行业急需研制、开发使用新型耐火材料，结构新颖、科学、便于施工、维修的火道墙新技术。使用性能优异的耐火材料，使焙烧炉火道墙的使用周期延长，使炉室内温度分布更均匀，有利于提高产品质量，设计出科学、合理、高效、简便的施工工艺，缩短大修火道墙的时间，尽可能提高焙烧炉的产能，降低生产成本。郑州金世耐火材料有限公司和上海一家科技有限公司联合研发了新型碳素焙烧炉火道横墙预制件。彻底改变了插不进、插不严、挡不住等难题，其效果良好，节能明显，很受用户欢迎。该新型多功能横墙砖材料为特种浇注料，其性能特点：体积密度、耐压强度、荷重软化温度、线变化率、耐火度、高温抗折强度、热震稳定性、导热率等均比传统高铝粘土砖强，并高出许多（详见附表1）。检测项目新型横墙砖平均值粘土砖平均值体积密度（110℃*24/2）g/cm-32.452.28耐压强度（110℃*24/2）MPa96.736.0耐压强度（1400℃*24/2）MPa46.225.4荷重软化温度(0.2MPa0.6%)℃14701320线变化率（1400*3/2)%+0.2-0.4～0.7耐火度℃18001350高温抗折强度（1300℃*1/2）MPa1.2无要求热震稳定性（1100℃*水冷）/次≥50≥13AL2O3%69.7646.78热导率（表面温度1100℃）W/M.K1.1301.135新型节能组合式火道横墙预制件具有以下特点：（1）火道内增加了凹形插板槽，使插板便于操作控制。（2）用多功能、高性能的耐温结构件代替传统的粘土砖横墙和铸铁材质方盖孔，增强了横墙的密封性和焙烧炉的保温效果，有效减少了焙烧炉的热损失和烫伤隐患，减低了燃料能耗。（3）横墙砖的设计采用大块砖形组合式：上下四层凹凸对扣密封结合，高度1500mm-1600mm，四层以下为传统粘土砖不变。成功实现施工和安装机械化，有效减少劳动强度。（4）组合式控制横墙在材料的选择上，采用特种耐火浇注料结构件加工成组合式结构墙，墙体稳定（详见实物图及应用图片）。(产品实物及应用现场照片图)新产品的优势：新型多功能横墙，具有一孔三用（可排烟、鼓风、插挡风板），取代了D孔或横墙孔的传统用法。具有隔热、耐高温、不变形、不漏风、密封性能好，能降低表面温度，在运行中能保证负压正常稳定，减少热损失的特点，成功告别了多年一直围绕着在D孔和横墙孔排烟、鼓风、插挡风板等各项难题，具有科技创新的重大突破。