焙烧烘炉炭块氧化原因分析

孔强

【摘要】焙烧烘炉期间出炉炭块氧化较为严重，通过对出炉阳极炭块质量的跟踪，找出导致炭块氧化的原因，避免阳极炭块在生产过程中的不利因素，提高炭块质量。

【关键词】炭块氧化；炉墙缝隙；冷却风；填充料烧损；填充料理化指标；填充料粒级

1. 概述

（1）我公司的碳素焙烧工序有1台36炉室、2台54炉室三个生产系统，8个火焰系统，每个火焰系统18个炉室。焙烧炉是敞开式，W型环式炉，采用天然气作为燃料加热升温。焙烧炉结构为9火道8料箱，料箱尺寸为：5438×780×5790mm，每炉室装生块168块，每料箱装3层，每层7块，装填充料约54t。三个生产系统年产预焙阳极达到35万吨。

（2）我公司现处于焙烧炉烘炉阶段，出炉炭块的氧化情况比较严重。就此问题，我们进行了炭块氧化抽样分析。

2. 氧化分析过程

2.1炭块氧化主要表现在炭块表面酥化，掉渣，表面机械强度降低。造成炭块氧化的主要原因有以下几点[1]：

（1）装炉时填充料没有装实或焙烧过程中填充料发生局部下陷，致使炭块局部暴露，导致氧化。

（2）装炉时炭块靠近火道墙，焙烧后造成氧化。

（3）出炉时温度过高（出红块），导致氧化。

（4）出炉时间未到就吸出料箱内填充料，也会造成炭块表面氧化。

（5）火道墙有裂纹，燃料进入料箱与炭块接触，将炭块烧损。

2.2根据我公司的实际情况，以上原因均不是造成造成炭块氧化的主要原因。王树权[2]等人进而提出了炉室墙缝、炉面预制块（浇铸料）、填充料和冷却对炭块氧化的影响。

2.3根据实察出炉炭块的际观氧化情况（氧化面积大于该面的20%，就判为氧化块），做出分析：

2.3.1焙烧过程中填充料的填充高度均高于炉面50～ 100mm（标准：高于150mm）之间，进而观察出炉炭块的氧化情况，发现料箱内上层炭块氧化现象较中、下层更为严重（见表1、2）。上层炭块氧化的位置主要集中在炭块顶面和底面的上半部分，上端面的氧化现象却不是很严重。由此推出，料箱内填充料下陷不是导致炭块氧化的主要原因。但是为什么上层的炭块氧化情况比较严重呢？是否是因为炉面预制块变形扭曲，导致出现裂缝，空气通过裂缝进入料箱导致上层炭块氧化严重。炭块出炉后，观察炉面预制块损伤情况，发现并没有大的裂缝出现，故可排除预制块导致炭块氧化原因。

2.3.2炭块氧化的位置集中在炭块的顶面和底面的上半部分，而边上的两炭块的两侧面的上半部分无明显氧化现象，且有些炭块被氧化的部分形成了一些小的坑洞。分析得出：该现象与两火道墙有关，在冷却过程中，鼓风架、冷却架鼓入的冷空气通过炉墙竖缝进入料箱，造成炭块氧化。而氧化部分出现的一些小坑洞，则是由于炭块距离炉墙太近，且填充料颗粒间隙又较大，通过墙缝的细微冷空气近乎于直接吹在炭块上，导致炭块被吹部分与氧气充分接触，发生烧损，同时与空气接触的填充料也发生烧损，直至冷却完成。

2.3.3进一步观察在料箱内即将出炉的炭块，发现：距离墙体稍近的炭块，在炉墙竖缝对应的位置附近有明显的氧化迹象。分析得出原因有三：（1）料箱墙缝过宽。（2）冷却风鼓入量过大。（3）填充料颗粒间隙较大。

2.3.4在整个料箱内的炭块，居于料箱横墙两端的炭块都有明显的氧化现象。经观察后得出，靠近横墙的火道墙上的竖缝要比火道墙中间位置的竖缝更宽，尤其横墙与火道墙之间的缝隙尤为变宽（宽度在5～9mm之间）。分析得出：在烘炉过程中，拉大了火道墙与横墙之间的缝隙，故料箱两端的炭块氧化较为严重。而上层中间炭块氧化现象无法解释，经测量，烘炉后的火道墙竖缝宽度仍在要求范围（1～4mm）之内。故排除炉墙缝隙过宽的因素。

2.3.5冷却风量与日后正常生产所用风量一致，正常生产预焙阳极炭块无明显氧化现象，故可排除冷却风量影响。

2.3.6观察整个烘炉过程中，处于焙烧区的2P、3P位置的填充料有较为严重的“红料”现象，且焙烧区和冷却区的填充料表面有白烟冒出（冷却区的冒烟现象尤为明显），甚至在填充料表面有黄色的硫结晶。至冷却结束后，尤其在冷却阶段，料箱内填充料下陷较为严重，低于炉面50～80mm。针对这一现象结合以上分析得出：（1）新购入的填充料内含有少量的水分、硫分、挥发分等物质，即由于煅烧不足，在焙烧过程中发生二次燃烧。在冷却阶段，冷却风通过炉墙竖缝进入料箱，形成大量冒烟状，同时内部填充料发生严重烧损。（2）填充料颗粒间的间隙尺寸较大（炉面出现的“红料”现象，也因颗粒间隙过大导致空气进入所致）。取500g新填充料进行筛分析实验，填充料粒度情况如表3、4所示。在烘炉完毕后，填充料的粒度较烘炉时的新料明显减小，且在装炉布料时，用铁棍插入料箱进行振实、夯实作业。在后期的焙烧过程中，发现红料现象减少，出炉炭块的氧化情况也有明显的改善。同样取500g填充料进行筛分析实验，其粒度情况如表5、6所示。

3. 结论

综上分析，本次出炉炭块氧化的主要原因：

（1）在焙烧过程中，填充料发生二次燃烧致使所接触炭块发生氧化。（2）在冷却过程中，冷却架鼓入的冷却风通过炉墙竖缝进入料箱，致使填充料烧损，炭块氧化。（3）即炭块氧化的主要因素是填充料，填充料煅烧不足，粒度过大。

4. 解决方法及建议

4.1针对炭块氧化原因，提出以下两点解决方法：

（1）使用颗粒较小的填充料进行料箱填充，在布料过程中要不停的夯实填充料，减少填充料颗粒间隙，减少空气进入量。

（2）购入高质量的填充料（煅烧充分，水分、硫分、挥发分含量较低）。

4.2在烘炉阶段炭块氧化现象比较严重，经上诉探究、分析得出，填充料理化指标和粒度成为影响焙烧质量的主要原因，故建议即将投产的公司在在烘炉阶段外购粒度较小且质量较高的填充料，或者外购使用过的填充料，还可以采用新旧填充料混合使用的办法。

参考文献

[1]王树权，陈海龙. 焙烧过程中影响阳极氧化的几个因素. 西宁：青海桥头铝点有限公司.

[2]苏景民. 焙烧质量分析. 甘肃白银：白银红鹭铝业有限公司.

[3]百度文库，专业资料，工程科技，能源化工，电解铝预焙阳极炭块质量分析.

[4]马西星马西星. 铝用预焙阳极炭块的质量控制. 甘肃冶金，2005.27（3）.

[文章编号]1619-2737（2013）07-02-685