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碳素焙燒爐的發展及應用
發布時間：
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合研發了新型碳素焙燒爐火道橫墻預制件。改變了插不進、插不嚴、擋不住等難題，其效果良好，節能性好，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、熱震穩定性、導熱率等均比傳統高鋁粘土磚強，并高出許多。
碳素焙燒爐是生產碳素制品關鍵的大型熱工爐窯設備，對一個預焙陽極生產廠而言，環式焙燒爐的基建投資占整個碳素廠總投資的 50%～60 % ，而且焙燒爐設計及技術的先進性對產品的質量單位投資的產能、能耗及能源綜合利用、爐子使用時長、產品生產成本都有較大的影響，焙燒爐火道墻結構的設計，材質的選擇和施工 工藝是設計焙燒爐關鍵的技術。
碳素生產企業環式焙燒爐火道墻采川磚砌結構，由輕質耐火磚、粘土耐火磚、異型耐火磚砌筑而成。根據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 40 層。在生產過程中，依照工藝要求反復地升降溫（ 1250 ℃ ～ 1300 ℃ ），降溫（ 20 ℃ ～ 30 ℃ ），每次裝、出爐時，天車夾具、碳素產品都不可避免地會碰撞到火道墻上，這樣火道墻就會發生變形，變形達到一定程度，就必須拆除重砌。火道墻主要損壞形式：傳統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，這樣會出現磚縫泥漿脫落，影響 了火道墻的整體結構強度。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，不可避免地出現溫度死角，對產品的均勻性造成影響。在生產過程中由于產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，能耗增大，減少爐體使用時間，出現頻繁中小修。日前國內碳素焙燒爐的設計是 50 年代從國外引進的技術，火道墻采用磚砌筑結構，經歷了半個世紀，并為大多數碳素廠所采用。隨著生產實踐的進一步深入，該技術的一些技術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 )火道墻裂縫嚴重，導致漏風漏料，影響產品質量，增大熱能損耗，破損比較嚴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增加難度。特別是環式焙燒爐是以循環方式作業，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，工作環境惡劣，反過來又影響施工質量，形成惡性循環。我國用在環式焙燒爐上的耐火材料質量與國外同類產品，相比，有較大的差距，高溫抗蠕變性，荷重軟化點，高溫熱穩定性等理化指標及產品外形尺寸度。加之生產管理，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，爐一般達到150爐次。
在市場競爭日趨激烈的今天，各類產品都必須以優質廉價來贏得市場，炭素制品也不例外。若焙燒爐火道墻變形嚴重，勢必影響產品的質量，特別是影響產量，增加生產成本，不能滿足生產需求，難以取得良好的經濟效益。
針對磚砌火道墻存在的上述缺陷，國外多家碳素制品生產公司對火道墻結構的設計，材質的采用及砌筑方式等方面作了大量研究的改進，據有關資料報道，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新，采用異地預砌墻的方法，整體吊運到現場安裝。該技術大大縮短了施工時間，改善了施工環境，減輕了勞動強度，提高了焙燒爐的產量及磚砌火道墻的質量。鑒于我國耐火磚型尺寸的度及各類碳素廠起重設備受限，實現異地整體預砌、整體吊裝難以實現。我國環形焙燒爐技術共經歷兩個發展階段。階段50~70年代環式焙燒爐基本上未跳出蘇聯援建時的爐型框架，只在局部結構上有所改進，總體上看來，基本上環式爐技術落后。第二階段，從80年代開始至今是我國環式爐向新環式爐轉變時期。
80年代初期貴鋁從日本引進了新的環式技術，此后，沈陽、貴陽鋁鎂設計院又為我國鋁用碳素廠設計了一批具有“日輕爐”或“里德哈默爐”技術特點的新環式爐，并已相繼投產。新一代環式焙燒爐雖從爐室容積、燃燒方式、爐蓋內襯材料等方面有較大改進，使環式焙燒爐的技術經濟指標得以改變，但是火道墻仍是采用小塊磚砌筑的磚砌技術，火道墻存在的使用時間短，大、中修時間長等困擾產量，產品質量問題依然存在。20年來，我國在環式爐火道墻的研究、創新方面做的工作比較少。目前，我國環式焙燒爐火道墻凹陷、變形、使用周期短是影響爐子產能得知要因素；磚砌火道墻的裂縫、漏風、爐子上下溫差大對產品質量有較大的影響；大修時間長、施工環境惡劣是生產管理上的難題。因此說，炭素行業急需研制、開發使用新型耐火材料，結構新穎、科學、便于施工、維修的火道墻新技術。使用性能優異的耐火材料，使焙燒爐火道墻的使用周期延長，使爐室內溫度分布更均勻，有利于提高產品質量，設計出科學、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能，減少生產成本。
鄭州金世耐火材料有限公司和上海一家科技有限公司聯合研發了新型碳素焙燒爐火道橫墻預制件。徹底改變了插不進、插不嚴、擋不住等難題，其效果良好，節能性好，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、熱震穩定性、導熱率等均比傳統高鋁粘土磚強，并高出許多(詳見附表1)。
新型節能組合式火道橫墻預制件具有以下特點：
（1）火道內增加了凹形插板槽，使插板便于操作控制。
（2）用多功能、高性能的耐溫結構件代替傳統的粘土磚橫墻和鑄鐵材質方孔蓋，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）橫墻磚的設計采用大塊磚形組合式：上下四層凹凸對扣密封結合，高度1500mm-1600mm，
四層以下為傳統粘土磚不變。成功實現施工和安裝機械化，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構件加工成組合式結構墻，墻體穩定(詳見實物圖及應用圖片)。
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