預(yù)焙陽(yáng)極表面氧化因素探討

劉國(guó)慶, 賈志民,王福斌

(忠旺(營(yíng)口)高精鋁業(yè)有限公司,遼寧 營(yíng)口 115000)

焙燒是指生陽(yáng)極在隔絕空氣的條件下,按一定升溫速率進(jìn)行高溫?zé)崽幚?使粘結(jié)劑(煤瀝青)炭化與干料形成整體,其各項(xiàng)物理及化學(xué)性能滿足鋁電解使用需求的過(guò)程。隨著電解鋁企業(yè)對(duì)預(yù)焙陽(yáng)極表面質(zhì)量的要求不斷提高,對(duì)預(yù)焙陽(yáng)極氧化的要求高于YS/T 285-2012鋁電解用預(yù)焙陽(yáng)極的外觀質(zhì)量的規(guī)定,炭素企業(yè)氧化不合格品進(jìn)行破碎或堆存,造成企業(yè)成本上升。鋁電解自備炭素廠出于成本的考慮,有的表面氧化達(dá)到50%的炭塊也在使用,表面氧化后的炭塊在電解槽中會(huì)使掉渣增多,炭碗處的氧化還會(huì)帶來(lái)易脫極、電壓降上升等問(wèn)題。如何有效控制預(yù)焙陽(yáng)極氧化的數(shù)量及程度,是焙燒生產(chǎn)過(guò)程必須面對(duì)的問(wèn)題。

1 焙燒生產(chǎn)工藝介紹

生陽(yáng)極經(jīng)輸送機(jī)送入焙燒車間,經(jīng)炭塊編組站編為6塊一組,生陽(yáng)極裝爐時(shí)由多功能機(jī)組編組后的生陽(yáng)極裝入焙燒爐內(nèi)。保護(hù)介質(zhì)填充料的裝、出爐操作,由多功能機(jī)組完成。生陽(yáng)極的焙燒采用敞開(kāi)式焙燒爐,設(shè)多個(gè)火焰系統(tǒng),每個(gè)火焰系統(tǒng)采用6室運(yùn)轉(zhuǎn),移爐周期28～40 h,每個(gè)爐室8個(gè)料箱組成,料箱尺寸5100 mm(長(zhǎng))×800 mm(寬)×6020 mm(深),每料箱裝3層,每層裝6塊,每個(gè)爐室裝144塊,焙燒爐用天然氣作為燃料。將裝好生陽(yáng)極炭塊的爐室接入燃燒系統(tǒng),燃燒系統(tǒng)將火道溫度升至1180 ℃,整個(gè)加熱升溫過(guò)程用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。經(jīng)加熱焙燒后的爐室冷卻后,溫度逐步降低,炭塊溫度冷卻到200 ℃以下,進(jìn)行出爐作業(yè)。

生陽(yáng)極裝入爐室后,需在炭塊四周和頂部填充保護(hù)介質(zhì)填充料,防止其在高溫焙燒時(shí)接觸空氣氧化。燃燒系統(tǒng)采用負(fù)壓運(yùn)行,填充料中的部分焦粉及生陽(yáng)極在焙燒過(guò)程中排出的揮發(fā)分從火道墻縫隙進(jìn)入火道內(nèi)燃燒。焙燒過(guò)程主要分為4個(gè)階段,低溫預(yù)熱階段、揮發(fā)分排出及粘結(jié)劑焦化階段、高溫階段、冷卻階段[1]。

2 炭塊表面氧化原因及采取的措施

根據(jù)不同類型的炭塊表面氧化,其產(chǎn)生原因不同,所采取的措施不盡相同,下面分別進(jìn)行探討。填充料填充炭塊工藝要求見(jiàn)圖1、塊料及料箱底部積料見(jiàn)圖2。

圖1 填充料填充工藝要求圖

圖2 塊料及料箱底部積料圖

2.1 填充料中的塊料引起的炭塊氧化

2.1.1 原因分析

因生陽(yáng)極中的揮發(fā)分在焙燒過(guò)程中通過(guò)填充料進(jìn)入火道內(nèi),必然將松散的填充料粘結(jié)成為塊見(jiàn)圖3、圖4,所用填充料的種類及生陽(yáng)極揮發(fā)分含量的大小造成填充料的塊料大小、數(shù)量不同。多功能機(jī)組在鋪設(shè)填充料時(shí),塊料隨正常填充料一起填充到炭塊與火道墻的縫隙中,而縫隙尺寸有限,造成塊料卡在縫隙內(nèi)進(jìn)而塊料產(chǎn)生集聚,使填充料填充不實(shí)引起炭塊氧化;同時(shí)塊料也會(huì)造成炭塊端面破損的產(chǎn)生見(jiàn)圖5、圖6。

圖3 填充料中分離出來(lái)的塊料

圖4 炭塊與火道墻的縫隙處塊料

圖5 塊料引起的端面破損1

圖6 塊料引起的端面破損2

2.1.2 針對(duì)塊料引起的炭塊氧化采取的措施

有些炭素企業(yè)在料箱頂部用篩網(wǎng)進(jìn)行塊料篩分,將塊料分離出來(lái),但作業(yè)環(huán)境差及勞動(dòng)強(qiáng)度較大。大部分炭素企業(yè)已配備解組機(jī)組,改造解組機(jī)組,將解組收集的填充料匯總后,進(jìn)入箱體,箱體鋪設(shè)篩網(wǎng)進(jìn)行無(wú)動(dòng)力篩分,利用解組除塵器進(jìn)行收塵,改造難度小、作業(yè)環(huán)境好、操作簡(jiǎn)單,可將絕大部分塊料分離出來(lái)。也可對(duì)多功能機(jī)組進(jìn)行改造,在料倉(cāng)底部加裝振動(dòng)篩,將塊料及細(xì)料分離出來(lái),改造難度相對(duì)較大。

2.2 C層炭塊靠料箱底部處氧化

2.2.1 原因分析

C層炭塊靠料箱底部(靠火道墻側(cè))的氧化原因由積料引起的,該部位積料高度在180 mm左右,積料呈硬塊狀或粉化狀。多功能機(jī)組本身決定了吸料管需垂直吸取作業(yè),在吸取料箱底部填充料時(shí),隨多次吸取而未吸取干凈。這是由于火道墻隨著運(yùn)行年數(shù)的增長(zhǎng),其變形量也在不斷增長(zhǎng),阻礙了多功能機(jī)組將料箱底部填充料吸取干凈,造成料箱底部(靠火道墻側(cè))積料越來(lái)越多,造成填充料在填充該部位時(shí)填充不實(shí)而引起下層炭塊底部、頂部氧化,炭塊底部氧化見(jiàn)圖7、炭塊頂部氧化見(jiàn)圖8。

圖7 炭塊底部氧化

圖8 炭塊頂部氧化

在生產(chǎn)過(guò)程中,因預(yù)焙陽(yáng)極尺寸及料箱深度的限制,而規(guī)定了底料、層間料鋪設(shè)厚度,底料厚度控制在100～150 mm,未超過(guò)料箱底部(靠火道墻側(cè))積料的高度。通過(guò)底料厚度的增加,可明顯控制該部位的氧化,但料箱深度及炭塊尺寸限制了底料厚度的增加。

2.2.2 針對(duì)該部位的氧化采取的措施

多功能機(jī)組對(duì)出爐爐室料箱底料盡可能吸取干凈,爐室維護(hù)時(shí)將料箱底部?jī)蓚?cè)(靠火道墻側(cè))的未吸凈的料及耐火泥等雜物清理至料箱中間部位,多功能機(jī)組再次將清理的料和耐火泥進(jìn)行吸取,保證裝爐前料箱底部干凈。

2.3 填充料的選用不合適引起的炭塊氧化

焙燒過(guò)程中從生陽(yáng)極逸出的揮發(fā)分通過(guò)火道墻豎縫進(jìn)入火道內(nèi),因此不可避免火道內(nèi)的空氣與料箱內(nèi)的填充料接觸而產(chǎn)生填充料的氧化[2]。正常情況下通過(guò)部分填充料的氧化來(lái)保護(hù)陽(yáng)極不被氧化,但因火道墻變形、填充料顆粒大等因素降低了炭塊被填充料的保護(hù)程度。目前填充料使用的原料主要為三種:煅后焦、冶金焦、殘極。

(1)煅后焦作為填充料使用的較少,因其成本較高。但煅后焦本身灰分含量低,在焙燒過(guò)程中多功能機(jī)組收集的粉料,可做為成型生產(chǎn)所需粉料摻配從新進(jìn)入生產(chǎn)線。

(2)冶金焦作為填充料使用的較多,因其本身灰分大、消耗大、易粉化、水分大的特點(diǎn),采購(gòu)時(shí)考慮到使用情況后顆粒尺寸要求會(huì)放大,在未經(jīng)烘干及摻配的情況,直接裝爐使用,從而產(chǎn)生炭塊氧化。

(3)殘極作為填充料使用的較少,鋁廠配套的炭素廠會(huì)使用殘極作為填充料。顆粒度要求與冶金焦一致,但殘極作為填充料有其優(yōu)缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)是消耗低、利于成本控制,缺點(diǎn)是預(yù)焙陽(yáng)極表面粘焦較多且硬,增加清理難度。

無(wú)論何種原料作為填充料被使用,其粉化過(guò)程不斷進(jìn)行,應(yīng)適當(dāng)補(bǔ)充顆粒填充料,減少填充料中細(xì)料的占比,細(xì)料過(guò)多會(huì)引起炭塊溫度降低、火道墻結(jié)焦、能耗上升等問(wèn)題。填充料(已經(jīng)將塊料分離出來(lái))在使用1年后顆粒度變化情況見(jiàn)表1。

表1 填充料(已經(jīng)將塊料分離出來(lái))在使用1年后顆粒度變化情況

2.3.1 填充料指標(biāo)要求

粒度要求:1～6 mm≥90%,1 mm以下≤5%,6 mm以上≤5%。

冶金焦作為填充料理化指標(biāo)要求:灰分≤12%、揮發(fā)分≤2%、硫≤0.8%、水≤10%、固定碳≥85%。

2.3.2 針對(duì)填充料采取的措施

爐室內(nèi)的填充料保持一定的粒度分布,填充料粒度要求見(jiàn)表2。

表2 填充料粒度要求

濕的填充料應(yīng)鋪設(shè)在冷卻爐室料箱頂部進(jìn)行烘干,出爐時(shí)經(jīng)多功能機(jī)組將其與爐室內(nèi)填充料進(jìn)行自然混配。

2.4 其它因素引起的炭塊氧化原因分析與采取措施

2.4.1 原因分析

(1)因燃燒系統(tǒng)停運(yùn)(需降低系統(tǒng)運(yùn)行溫度),需裝4～5爐合格熟塊或不合格熟塊,但采用未清理的炭塊直接裝爐而引起大量炭塊氧化。

(2)因爐室維護(hù)程度不夠(大的縫隙未修補(bǔ)),而引起炭塊孔洞等氧化的產(chǎn)生;火道墻變形嚴(yán)重造成炭塊貼墻引起的氧化。

(3)料箱頂部覆蓋料顆粒度及厚度不合適而引起上層炭塊靠料箱頂部出現(xiàn)的氧化。

(4)料箱紅料未及時(shí)處理引起的炭塊氧化。

2.4.2 采取措施

清理后的炭塊用于燃燒系統(tǒng)停運(yùn)裝爐、提升爐室維護(hù)質(zhì)量及變形嚴(yán)重火道墻的維修、提高覆蓋料厚度、料箱紅料及時(shí)處理等措施均對(duì)炭塊氧化的降低產(chǎn)生積極影響,且利于節(jié)能降耗、炭塊溫度提升、理化指標(biāo)提升等工作。

3 結(jié) 語(yǔ)

在預(yù)焙陽(yáng)極焙燒生產(chǎn)過(guò)程中,采取以下措施可有效降低預(yù)焙陽(yáng)極表面氧化的數(shù)量及程度:

(1)將塊料從填充料中的分離。

(2)料箱底部(火道墻側(cè))積料清理。

(3)濕的填充料進(jìn)行烘干,并與爐內(nèi)填充料摻配使用,填充料中1～6 mm的顆粒占比≥80%較為合適。

(4)加強(qiáng)爐室維護(hù)及變形嚴(yán)重的火道墻維修、提高覆蓋料厚度等均利于炭塊表面氧化的控制。