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碳素焙燒爐的發(fā)展及應(yīng)用
發(fā)布時間：
2023-12-29
鄭州金世耐火材料有限公司和上海一家科技有限公司聯(lián)合研發(fā)了新型碳素焙燒爐火道橫墻預(yù)制件。改變了插不進、插不嚴(yán)、擋不住等難題，其效果良好，節(jié)能性好，很受用戶歡迎。該新型多功能橫墻磚材料為特種澆注料，其性能特點：體積密度、耐壓強度、荷重軟化溫度、線變化率、耐火度、高溫抗折強度、熱震穩(wěn)定性、導(dǎo)熱率等均比傳統(tǒng)高鋁粘土磚強，并高出許多。
碳素焙燒爐是生產(chǎn)碳素制品關(guān)鍵的大型熱工爐窯設(shè)備，對一個預(yù)焙陽極生產(chǎn)廠而言，環(huán)式焙燒爐的基建投資占整個碳素廠總投資的 50%～60 % ，而且焙燒爐設(shè)計及技術(shù)的先進性對產(chǎn)品的質(zhì)量單位投資的產(chǎn)能、能耗及能源綜合利用、爐子使用時長、產(chǎn)品生產(chǎn)成本都有較大的影響，焙燒爐火道墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計，材質(zhì)的選擇和施工 工藝是設(shè)計焙燒爐關(guān)鍵的技術(shù)。
碳素生產(chǎn)企業(yè)環(huán)式焙燒爐火道墻采川磚砌結(jié)構(gòu)，由輕質(zhì)耐火磚、粘土耐火磚、異型耐火磚砌筑而成。根據(jù)焙燒爐火道墻尺寸的不同，每條火道墻重約 7～9 噸，磚層多達(dá) 40 層。在生產(chǎn)過程中，依照工藝要求反復(fù)地升降溫（ 1250 ℃ ～ 1300 ℃ ），降溫（ 20 ℃ ～ 30 ℃ ），每次裝、出爐時，天車夾具、碳素產(chǎn)品都不可避免地會碰撞到火道墻上，這樣火道墻就會發(fā)生變形，變形達(dá)到一定程度，就必須拆除重砌。火道墻主要損壞形式：傳統(tǒng)工藝采用耐火磚加耐火泥漿砌筑，采用了臥縫打灰、立縫不打灰的砌筑工藝，這樣會出現(xiàn)磚縫泥漿脫落，影響 了火道墻的整體結(jié)構(gòu)強度。由于砌磚更多的注重了火道墻的牢固性，但忽視了火焰的流向，不可避免地出現(xiàn)溫度死角，對產(chǎn)品的均勻性造成影響。在生產(chǎn)過程中由于產(chǎn)生不均勻熱膨脹以及頻繁升降溫和裝出焙燒品的撞擊，造成火道墻變形，繼而火焰不走正道 → 溫度死角 → 溫差變大 → 爐箱變形等惡性循環(huán)，能耗增大，減少爐體使用時間，出現(xiàn)頻繁中小修。日前國內(nèi)碳素焙燒爐的設(shè)計是 50 年代從國外引進的技術(shù)，火道墻采用磚砌筑結(jié)構(gòu)，經(jīng)歷了半個世紀(jì)，并為大多數(shù)碳素廠所采用。隨著生產(chǎn)實踐的進一步深入，該技術(shù)的一些技術(shù)問題也逐漸暴露出來。
( 1 )邊火道墻向外突出或整體傾斜，使料箱變窄，裝出爐困難；
( 2 )中間火道向內(nèi)外凹陷，使火道變窄，影響熱流氣體的流動和燃燒；
( 3 )火道墻裂縫嚴(yán)重，導(dǎo)致漏風(fēng)漏料，影響產(chǎn)品質(zhì)量，增大熱能損耗，破損比較嚴(yán)重的火道墻必須進行中修、大修，由于火道墻是由小塊耐火磚砌筑而成，拆除一條火道墻大約需要 7 ～ 8 小時，重新砌筑需 24 小時左右，拆除并重砌一條火道墻就需要搬運近 17 噸的材料，這不僅給修爐上作帶來困難，而且給車間的正常生產(chǎn)增加難度。特別是環(huán)式焙燒爐是以循環(huán)方式作業(yè)，留給維修、拆除、重砌火道墻的時間緊張，通常在爐溫還有 80 ℃ ～ 90 ℃ 時就需要開始刨修，工作環(huán)境惡劣，反過來又影響施工質(zhì)量，形成惡性循環(huán)。我國用在環(huán)式焙燒爐上的耐火材料質(zhì)量與國外同類產(chǎn)品，相比，有較大的差距，高溫抗蠕變性，荷重軟化點，高溫?zé)岱€(wěn)定性等理化指標(biāo)及產(chǎn)品外形尺寸度。加之生產(chǎn)管理，操作等方面的影響，我國碳素焙燒爐火國外焙燒道墻的平均使用時長為80~100爐次，爐一般達(dá)到150爐次。
在市場競爭日趨激烈的今天，各類產(chǎn)品都必須以優(yōu)質(zhì)廉價來贏得市場，炭素制品也不例外。若焙燒爐火道墻變形嚴(yán)重，勢必影響產(chǎn)品的質(zhì)量，特別是影響產(chǎn)量，增加生產(chǎn)成本，不能滿足生產(chǎn)需求，難以取得良好的經(jīng)濟效益。
針對磚砌火道墻存在的上述缺陷，國外多家碳素制品生產(chǎn)公司對火道墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計，材質(zhì)的采用及砌筑方式等方面作了大量研究的改進，據(jù)有關(guān)資料報道，美國貝克萊和利德汗姆公司對火道墻的砌筑方式進行了大膽創(chuàng)新，采用異地預(yù)砌墻的方法，整體吊運到現(xiàn)場安裝。該技術(shù)大大縮短了施工時間，改善了施工環(huán)境，減輕了勞動強度，提高了焙燒爐的產(chǎn)量及磚砌火道墻的質(zhì)量。鑒于我國耐火磚型尺寸的度及各類碳素廠起重設(shè)備受限，實現(xiàn)異地整體預(yù)砌、整體吊裝難以實現(xiàn)。我國環(huán)形焙燒爐技術(shù)共經(jīng)歷兩個發(fā)展階段。階段50~70年代環(huán)式焙燒爐基本上未跳出蘇聯(lián)援建時的爐型框架，只在局部結(jié)構(gòu)上有所改進，總體上看來，基本上環(huán)式爐技術(shù)落后。第二階段，從80年代開始至今是我國環(huán)式爐向新環(huán)式爐轉(zhuǎn)變時期。
80年代初期貴鋁從日本引進了新的環(huán)式技術(shù)，此后，沈陽、貴陽鋁鎂設(shè)計院又為我國鋁用碳素廠設(shè)計了一批具有“日輕爐”或“里德哈默爐”技術(shù)特點的新環(huán)式爐，并已相繼投產(chǎn)。新一代環(huán)式焙燒爐雖從爐室容積、燃燒方式、爐蓋內(nèi)襯材料等方面有較大改進，使環(huán)式焙燒爐的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)得以改變，但是火道墻仍是采用小塊磚砌筑的磚砌技術(shù)，火道墻存在的使用時間短，大、中修時間長等困擾產(chǎn)量，產(chǎn)品質(zhì)量問題依然存在。20年來，我國在環(huán)式爐火道墻的研究、創(chuàng)新方面做的工作比較少。目前，我國環(huán)式焙燒爐火道墻凹陷、變形、使用周期短是影響爐子產(chǎn)能得知要因素；磚砌火道墻的裂縫、漏風(fēng)、爐子上下溫差大對產(chǎn)品質(zhì)量有較大的影響；大修時間長、施工環(huán)境惡劣是生產(chǎn)管理上的難題。因此說，炭素行業(yè)急需研制、開發(fā)使用新型耐火材料，結(jié)構(gòu)新穎、科學(xué)、便于施工、維修的火道墻新技術(shù)。使用性能優(yōu)異的耐火材料，使焙燒爐火道墻的使用周期延長，使?fàn)t室內(nèi)溫度分布更均勻，有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量，設(shè)計出科學(xué)、合理、簡便的施工工藝，縮短大修火道墻的時間，盡可能提高焙燒爐的產(chǎn)能，減少生產(chǎn)成本。
鄭州金世耐火材料有限公司和上海一家科技有限公司聯(lián)合研發(fā)了新型碳素焙燒爐火道橫墻預(yù)制件。徹底改變了插不進、插不嚴(yán)、擋不住等難題，其效果良好，節(jié)能性好，很受用戶歡迎。該新型多功能橫墻磚材料為特種澆注料，其性能特點：體積密度、耐壓強度、荷重軟化溫度、線變化率、耐火度、高溫抗折強度、熱震穩(wěn)定性、導(dǎo)熱率等均比傳統(tǒng)高鋁粘土磚強，并高出許多(詳見附表1)。
新型節(jié)能組合式火道橫墻預(yù)制件具有以下特點：
（1）火道內(nèi)增加了凹形插板槽，使插板便于操作控制。
（2）用多功能、高性能的耐溫結(jié)構(gòu)件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的粘土磚橫墻和鑄鐵材質(zhì)方孔蓋，增加了橫墻的密封性和焙燒爐的保溫效果，有效減少了焙燒爐的熱損失和燙傷隱患，減低了燃料能耗。
（3）橫墻磚的設(shè)計采用大塊磚形組合式：上下四層凹凸對扣密封結(jié)合，高度1500mm-1600mm，
四層以下為傳統(tǒng)粘土磚不變。成功實現(xiàn)施工和安裝機械化，有效減少勞動強度。
（4）組合式控制橫墻在材料的選擇上，采用特種耐火澆注料結(jié)構(gòu)件加工成組合式結(jié)構(gòu)墻，墻體穩(wěn)定(詳見實物圖及應(yīng)用圖片)。
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