預(yù)焙陽(yáng)極制品表觀廢品分析

楊 勝

（貴陽(yáng)鋁鎂設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550081）

焙燒是決定預(yù)焙陽(yáng)極質(zhì)量的關(guān)鍵工段之一。目前，國(guó)內(nèi)預(yù)焙陽(yáng)極生產(chǎn)企業(yè)普遍存在焙燒產(chǎn)品表觀廢品率高的現(xiàn)象，而廢品率的減少等同于提升產(chǎn)能，節(jié)省成本，增加利潤(rùn)，這也是各大預(yù)焙陽(yáng)極生產(chǎn)企業(yè)的重點(diǎn)課題。本文就預(yù)焙陽(yáng)極焙燒工段極易出現(xiàn)的廢品進(jìn)行了歸類(lèi)及分析，并提出減少?gòu)U品率的措施。

1 預(yù)焙陽(yáng)極表觀廢品種類(lèi)

1.1 氧化廢品

根據(jù)理論要求，陽(yáng)極制品的氧化一般在大于350℃的有氧環(huán)境中進(jìn)行，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)溫度分布，1P爐室溫度小于氧化溫度；在2P上游爐室，炭塊溫度達(dá)到反應(yīng)溫度，此處雖然負(fù)壓大，但是氧氣含量低，發(fā)生氧化幾率小，但大的負(fù)壓易使填充料進(jìn)入火道讓填充料下陷，為料箱上層的炭塊氧化創(chuàng)造條件。3-6P爐室溫度逐漸升高，并在6P爐室陽(yáng)極溫度達(dá)到最高點(diǎn)（～1050℃），但在此爐室主要是外加燃料發(fā)生燃燒反應(yīng)，所以火道內(nèi)氧氣含量低，并且負(fù)壓相對(duì)1、2P爐室低（約-10～-20Pa），故發(fā)生氧化幾率不高。7P之后的冷卻爐室，正壓逐漸增大，火道內(nèi)氧含量充足，陽(yáng)極與內(nèi)部填充料溫度均超過(guò)1000℃，極易發(fā)生填充料燒損現(xiàn)象，若此處填充料得不到及時(shí)補(bǔ)充，則預(yù)焙陽(yáng)極極易發(fā)生氧化反應(yīng)[1]。生產(chǎn)中氧化廢品如圖1。

1.2 掉塊型廢品

掉塊型廢品表現(xiàn)為端部掉角、掉塊等。掉塊型廢品產(chǎn)生原因是：1）炭塊在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中機(jī)械破壞導(dǎo)致掉塊；2）填充焦布置不均勻。機(jī)械破損可能發(fā)生在焙燒前，如生坯在吊裝及運(yùn)輸過(guò)程中產(chǎn)生的破損，也可能發(fā)生在焙燒后的吊裝運(yùn)輸過(guò)程中。填充焦布置不均勻主要因?yàn)檠b爐時(shí)炭塊沒(méi)按要求放置，導(dǎo)致炭塊各個(gè)面所受到的壓力不同，在焙燒過(guò)程前期，特別是炭塊溫度在250℃以下時(shí)，炭塊軟化，受壓薄弱區(qū)容易發(fā)生掉塊。

1.3 裂紋廢品

裂紋廢品從方向上看主要表現(xiàn)為橫裂紋與縱裂紋，從位置看表現(xiàn)為內(nèi)裂紋與外部裂紋。其中內(nèi)裂紋因不能直觀發(fā)現(xiàn)，故內(nèi)裂紋廢品不歸結(jié)為表觀廢品一類(lèi)。裂紋產(chǎn)生原因很多，在成型時(shí)由于彈性后效容易產(chǎn)生內(nèi)裂紋，并且由于磨具中制品上下各處受力大小不同，易使生坯產(chǎn)生橫向?qū)恿鸭y，若裂紋尺寸大，在焙燒過(guò)程中會(huì)發(fā)展為橫裂紋。在焙燒過(guò)程中，出現(xiàn)溫度分布不均、收縮不一致時(shí)，積攢的熱應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生或原有裂紋發(fā)展。

1.4 硬殼型廢品

硬殼型廢品表現(xiàn)為制品端部出現(xiàn)鼓包現(xiàn)象，硬殼型廢品產(chǎn)生原因主要是內(nèi)外收縮不一致。根據(jù)資料分析[2]，其發(fā)生的主要時(shí)間在焙燒前期，溫度為400℃以下階段。此階段陽(yáng)極生坯中的粘結(jié)劑瀝青正處于軟化到分解縮聚階段，極易吸收空氣中的氧并先與生坯表面粘結(jié)劑發(fā)生縮聚反應(yīng)，減少揮發(fā)分的排出，提高析焦量。所以當(dāng)內(nèi)部收縮時(shí)，由于外部已經(jīng)結(jié)焦變硬并相對(duì)收縮小，促使表面產(chǎn)生硬殼。硬殼型廢品主要發(fā)生于制品的端部，特別是料箱頂層炭塊端部極易出現(xiàn)，因?yàn)殛?yáng)極溫度在400℃以下時(shí)，主要分布于1、2P爐室，此階段的負(fù)壓大，與粘結(jié)劑發(fā)生反應(yīng)的氧主要來(lái)自于外部空氣通過(guò)滲透填充料而得，料箱上層炭塊與空氣接觸機(jī)會(huì)大發(fā)生硬化概率高。

1.5 鼓泡型廢品

鼓泡型廢品表現(xiàn)為在制品表面出現(xiàn)細(xì)小的氣泡和坑洞。如圖2所示。

鼓泡型廢品產(chǎn)生原因主要是受熱不均勻。在多種情況下都會(huì)產(chǎn)生此種廢品，一是當(dāng)新加入填充料溫度比較高時(shí)（大于300℃），會(huì)使生坯表面局部受熱產(chǎn)生鼓泡；二是填充焦粒度分布不均，在大顆粒積聚處，由于傳熱快，容易使炭塊表面局部受熱產(chǎn)生鼓泡。

1.6 變形型廢品

制品變形也主要發(fā)生在焙燒前期，生坯在焙燒前期會(huì)隨著瀝青的軟化與遷移出現(xiàn)應(yīng)力釋放，此時(shí)生坯強(qiáng)度急劇下降。在焙燒過(guò)程中，若長(zhǎng)時(shí)間停留在此狀態(tài)，炭塊易發(fā)生變形；另外，若炭塊周?chē)奶畛淞喜贾貌痪鶆?，?dǎo)致料箱中炭塊各方位受力不均，更加促使軟化的炭塊變形，甚至出現(xiàn)掉塊。

2 解決方案

對(duì)于氧化廢品，根據(jù)產(chǎn)生原因，可從如下幾個(gè)方面考慮解決：一是及時(shí)補(bǔ)充在冷卻區(qū)燒損的填充料，防止填充料下陷后高溫炭塊與空氣直接接觸發(fā)生氧化；二是做好爐體日常維護(hù)，保證爐體密封性，特別是火道墻上的大尺寸裂紋以及因熱應(yīng)力擴(kuò)張的豎縫，都需要及時(shí)維修填補(bǔ)。

對(duì)于掉塊型廢品，防護(hù)措施主要表現(xiàn)在生產(chǎn)管理及裝爐操作上，生產(chǎn)裝爐時(shí)應(yīng)按照生產(chǎn)規(guī)范執(zhí)行，防止底料過(guò)厚頂層料不足、炭塊貼墻、層間料不均勻、炭塊偏心裝爐等。

對(duì)于裂紋型廢品，要從配方及成型開(kāi)始，選用合理的配方、控制糊料混捏保證糊料塑性、設(shè)定合理的成型方式與壓力，防止彈性后效引起的層裂[3]；二是焙燒過(guò)程中要防止溫度不均勻引起收縮不均勻產(chǎn)生裂紋。目前運(yùn)行好的敞開(kāi)式陽(yáng)極焙燒爐的火道上下溫差約50～100℃，運(yùn)行差的火道上下溫差超過(guò)200℃，大的上下溫差導(dǎo)致炭塊上下收縮不一致，產(chǎn)生縱裂紋。因此在此階段需要做好爐室的密封工作，減少漏風(fēng)量，保證煙氣溫度與焙燒曲線(xiàn)匹配。并需要定期排查火道堵塞情況；三是在揮發(fā)分大量排出階段，要控制升溫速度，過(guò)快的升溫速度導(dǎo)致?lián)]發(fā)分蒸汽壓大，易使材料內(nèi)部產(chǎn)生裂紋。

對(duì)于硬殼型廢品，其防范措施與裂紋型廢品相似，需要在焙燒前期防止粘結(jié)劑的氧化，需做好爐室密封工作，目前有些企業(yè)在三個(gè)預(yù)熱爐室用塑料膜覆蓋，提高爐室密封性，有效控制了高負(fù)壓區(qū)外部空氣的滲入，但是會(huì)增加運(yùn)行成本及提高勞動(dòng)強(qiáng)度；其次需要在粘結(jié)劑軟化階段快速升溫，有資料顯示，在焙燒過(guò)程中20～400℃需要的升溫時(shí)間與硬殼型廢品率的增長(zhǎng)呈正比關(guān)系，其中77小時(shí)升溫時(shí)間的硬殼型廢品率相對(duì)于57小時(shí)升溫時(shí)間的廢品率提高了90%[2]。所以此階段的升溫速率應(yīng)控制在60小時(shí)以?xún)?nèi)。根據(jù)目前焙燒爐常用周期28～30小時(shí)分析，控制3P爐室最低溫度達(dá)到400℃是防止硬殼型廢品產(chǎn)生的有效方法。

對(duì)于鼓泡型廢品，根據(jù)其產(chǎn)生原因，保證規(guī)范裝爐及控制填充焦的粒度分布可有效防止此類(lèi)廢品產(chǎn)生。對(duì)于變形廢品，如前文所述，提高瀝青軟化溫度段的升溫速率，減少制品軟化時(shí)間；同時(shí)保證炭塊的規(guī)范裝爐及填充焦的合理密實(shí)度均可減少制品的變形機(jī)率。

3 結(jié)語(yǔ)

焙燒過(guò)程中產(chǎn)生廢品的種類(lèi)很多，包括氧化，掉塊，裂紋，硬殼，鼓泡，變形等。究其原因，有許多共同之處，包括前期升溫速率的控制；前期粘結(jié)劑氧化；合理升溫曲線(xiàn)的設(shè)定；規(guī)范裝出爐等。根據(jù)以上原因，可總結(jié)減少焙燒廢品產(chǎn)生的防范措施為：①合理設(shè)定焙燒升溫曲線(xiàn)，特別是400℃以下的升溫速率；②生產(chǎn)管理需嚴(yán)格按照焙燒生產(chǎn)規(guī)范執(zhí)行，包括炭塊裝出爐、填充料處理及裝爐、生產(chǎn)過(guò)程中及時(shí)補(bǔ)充填充料等；③嚴(yán)格執(zhí)行日常維修工作，特別是矯正火道墻的變形、清理火道墻結(jié)焦、填補(bǔ)火道墻裂縫等；④做好焙燒工序前的配料、成型等工作。