摘要:本文主要針對山西華圣鋁業(yè)有限公司采用的32罐順流式煅燒爐，在烘爐過程中硅磚晶型轉(zhuǎn)化和爐體體積變化的有效控制進(jìn)行了闡述,同時對國內(nèi)的鋁用炭素罐式煅燒爐烘爐狀況做了簡單介紹,并指出了炭素大型罐式煅燒爐烘爐溫度控制的消化利用。
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關(guān)鍵詞：罐式煅燒爐?烘爐?? 硅磚?? 保溫點(diǎn)
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1 引言
近年來，隨著鋁工業(yè)的建設(shè)向大規(guī)模、高效節(jié)能的方向迅速發(fā)展，新建的電解鋁廠生產(chǎn)規(guī)模大部分都在20萬噸／年以上。鋁用炭素行業(yè)也得到快速發(fā)展，罐式煅燒爐作為炭素生產(chǎn)主要設(shè)備之一，具有一次性投資大，使用周期長，炭質(zhì)燒損低的特點(diǎn)。罐式煅燒爐的設(shè)計(jì)使用壽命以8年為期限，如何延長爐體使用壽命，一直是國內(nèi)同行業(yè)不斷探索的問題。
罐式煅燒爐的使用壽命主要與下列因素有關(guān)：科學(xué)合理的設(shè)計(jì)是延長爐體使用壽命的基礎(chǔ)；采用高質(zhì)量的耐火材料是延長爐體使用壽命的保障；優(yōu)良規(guī)范的施工質(zhì)量是延長爐體使用壽命的前提；科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膯雍秃侠硎褂谩⒕木S護(hù)是延長爐體使用壽命的關(guān)鍵〔1〕。那么，罐式煅燒爐的烘爐就顯得尤為重要。
2 目前國內(nèi)罐式煅燒設(shè)備特點(diǎn)及烘爐方法
2.1 罐式煅燒爐設(shè)備狀況
罐式煅燒爐依據(jù)產(chǎn)量的不同，可分為六組24罐、七組28罐等；依據(jù)質(zhì)量的不同可分為六層、八層等；依據(jù)火焰與物料流動方向可分為逆流式與順流式。
目前，國內(nèi)大多數(shù)炭素廠主要采用罐式煅燒爐進(jìn)行石油焦煅燒。如：茌平、永城、三門峽、撫順、澠池等都采用24罐順流式煅燒爐；焦作采用28罐順流式煅燒爐；而山西華圣采用沈陽鋁鎂設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的國內(nèi)首家大型32罐順流式煅燒爐。
2.2 罐式煅燒爐的特點(diǎn)
罐式煅燒爐的主體是由：硅磚、耐火磚、保溫磚和紅磚等多種異型耐火材料砌筑而成，其心臟部位是用硅磚砌筑。硅磚是由含石英（SiO2）93％以上的硅石，經(jīng)粉碎、成型、灼燒而成的，其特點(diǎn)是具有良好的導(dǎo)熱性，高溫下荷重軟化點(diǎn)高，對于煅燒物料的磨損具有良好的抗磨性能，其耐火度可達(dá)1700-1750℃，在2㎏／㎝的荷重下，其軟化點(diǎn)可達(dá)1640℃。采用硅磚砌筑火道和罐壁可以提高煅燒溫度、質(zhì)量和產(chǎn)量。但硅磚也有其薄弱的一面，即：硅磚的膨脹量比較大，耐急冷急熱性差，劇烈的溫度波動,將會使它發(fā)生破損,這是因?yàn)殡S著溫度的變化,組成硅磚的成分SiO2發(fā)生了晶型轉(zhuǎn)化,造成硅磚體積的急劇膨脹和收縮。
2.3罐式煅燒爐的烘爐
2.3.1烘爐的目的
烘爐就是將新建的爐子用外加熱源的方式逐出硅結(jié)構(gòu)體中水分，并按升溫計(jì)劃把爐子加熱到生產(chǎn)使用的高溫狀態(tài)，使泥漿燒結(jié)為一個整體而轉(zhuǎn)入生產(chǎn)。烘爐的目的一般有以下幾點(diǎn)：
①排出砌筑灰漿和磚體中含有的水分；
②使砌筑灰漿與磚體燒結(jié)；
③使耐火磚，尤其是硅磚均勻膨脹，避免爐體變形或出現(xiàn)較大裂縫。
2.3.2過去確定烘爐保溫點(diǎn)的方法
通常情況下，罐式煅燒爐烘爐溫度保溫點(diǎn)依據(jù)硅磚在不同溫度下，其結(jié)晶形態(tài)轉(zhuǎn)化時的溫度預(yù)先確定以減少爐高膨脹。
硅磚的晶型轉(zhuǎn)化溫度如下：
①?β型石英的變化，此變化為快速轉(zhuǎn)化。
117℃ γ—磷石英 ?????β—磷石英?+0.2%
163℃ β—磷石英???????? α_磷石英?+0.2%
183-270℃β—方石英?α_方石英?+2.8%
573℃ β—石英???? α_石英??? +0.8%
②α型石英的轉(zhuǎn)化,此轉(zhuǎn)化為慢轉(zhuǎn)化.
870℃ α—石英???????? α__磷石英?? +16.0%
1470℃ α—磷石英?? α__方石英?+15.0%
1720℃ α—方石英???? α__石英玻璃?+15.0%
據(jù)此，一般罐式爐的烘爐升溫速度和爐高日膨脹量為：
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溫度區(qū)間℃ | 升溫度 ℃/h | 需用時間 | 爐高膨脹 | 注明 |
小時 | 累計(jì) 小時 | 班 膨脹 | 日 膨脹 | 累計(jì) 膨脹量 | 采用塊狀煙煤烘爐 |
0-60 | 拉平 | 24 | 24 | ? | ? | ? | 110℃前用 木材升溫 |
60-100 | 1 | 40 | 64 | 0.45 | 1.35 | 2.249 |
100-140 | 0.4 | 100 | 164 | 0.43 | 1.30 | 7.666 | 排出爐內(nèi)水分 |
140 | 保溫 | 24 | 188 | ? | ? | ? | ? |
140-240 | 0.4 | 250 | 438 | 0.45 | 1.35 | 21.728 | ? |
240 | 保溫 | 24 | 462 | ? | ? | ? | ? |
240-300 | 0.4 | 150 | 612 | 0.47 | 1.41 | 30.541 | 300℃通冷卻水 |
300-360 | 0.6 | 100 | 712 | 0.5 | 1.5 | 36.791 | ? |
360-550 | 0.8 | 238 | 950 | 0.48 | 1.44 | 51.071 | ? |
550-600 | 0.6 | 83 | 1033 | 0.49 | 1.47 | 56.155 | ? |
575 | 保溫 | 24 | 1057 | ? | ? | ? | ? |
600-700 | 1.2 | 83 | 1140 | 0.5 | 1.5 | 61.342 | ? |
700-900 | 2.5 | 80 | 1220 | 0.5 | 1.5 | 66.342 | 850℃料開始動 |
870 | 保溫 | 24 | 1244 | ? | ? | ? | ? |
900-1200 | 5 | 60 | 1304 | 0.5 | 1.5 | 70.092 | ? |
烘爐總共約需55天
2.3.3 采用確定保溫點(diǎn)廠家烘爐的實(shí)測數(shù)據(jù)
有關(guān)廠家罐式煅燒爐多次烘爐中，各規(guī)定保溫點(diǎn)的實(shí)測膨脹量如下：
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爐號 | 日期 | 日膨脹量㎜ | 保溫溫度℃ |
1# | 2001.12.1 | 0.49 | 140 |
1# | 2004.11.11 | 0.83 | 575 |
1# | 2004.11.22 | 1.33 | 870 |
2.3.4烘爐中存在的缺陷
①從烘爐曲線中看，各個保溫點(diǎn)是依據(jù)硅磚晶型轉(zhuǎn)化點(diǎn)的溫度確定的，這在實(shí)驗(yàn)中是合理的，而實(shí)際烘爐中則不然。因?yàn)楣奘届褵隣t火道一般為8層，烘爐時多以首層末端溫度為基準(zhǔn)（順流式罐式爐），當(dāng)首層溫度達(dá)到晶型轉(zhuǎn)化溫度時，其它各層火道溫度存在差異不可能達(dá)到晶型轉(zhuǎn)化溫度，這就無法確定準(zhǔn)確的保溫點(diǎn)。
②從爐體膨脹情況看，當(dāng)首層溫度達(dá)到晶型轉(zhuǎn)化點(diǎn)溫度時，整個爐體膨脹的并不多，這時保溫意義并不大。而在首層溫度超過晶型轉(zhuǎn)化溫度時，其它各層的溫度才達(dá)到晶型轉(zhuǎn)化溫度，因而只得在非保溫點(diǎn)的溫度下進(jìn)行保溫。根據(jù)以上情況，烘爐曲線中預(yù)定的保溫溫度和時間就無實(shí)際意義。
