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影響陽極焙燒爐使用壽命的主要因素有哪些?

發布日期: 2019-11-20 11:38:10    閱讀量(148)    作者:劉梓明

通常,陽極焙燒爐的使用壽命為8~10年。但是,在實際運行中,要達到8年的使用壽命很困難,因為影響焙燒爐使用壽命的因素非常多10多年來,國內許多研究人員和預焙陽極生產工藝技術人員對如何延長焙燒爐的使用壽命進行了大量的研究和探討,并取得了許多成果。然而,以前的研究都是偏重于某一點或者某個方面,不能完全反映影響焙燒爐使用壽命的因素,所以所制定的措施也不是十分充分和完善。

總體來說,影響陽極焙燒爐使用壽命的主要因素包括筑爐材料質量、筑爐質量、烘爐質量、操作質量、陽極炭塊中堿金屬含量和日常維護管理等。

1、筑爐材料質量的影響

筑爐材料質量對陽極焙燒爐使用壽命有重要影響。陽極焙燒爐用筑爐材料主要是Al2O3-SiO2系耐火材料及其制品,如火道墻磚、火道墻拉磚和橫墻磚等。耐火磚制品的質量要求項目包括Al2O3含量、Fe2O3含量、K2O+Na2O含量、耐火溫度、0.2MPa荷重軟化開始溫度、顯氣孔率、體積密度、常溫耐壓強度、高溫抗折強度、高溫蠕變率、加熱永久線變化率和熱震穩定性。然而,在實際應用中,炭素廠所購買的陽極焙燒爐耐火制品往往無法完全滿足所有的性能指標要求,從而給焙燒爐使用壽命埋下了隱患。此外,由于耐火材料市場的激烈競爭,一些小型耐火材料生產廠以低于市場價格的競爭優勢,利用回收的廢舊陽極焙燒爐耐火磚,經過重新加工生產耐火制品,也對一些炭素制品生產廠造成了很大影響。因為在長達5~8年的陽極焙燒生產過程中,大量來自陽極炭塊的堿金屬K和Na被Al2O3-SiO2耐火材料所吸收,并與耐火材料的組織發生反應,形成新的膨脹相鉀霞石(含K)和霞石(含Na),而這兩種新的膨脹相均會造成耐火材料結構的損害,從而加速陽極焙燒爐耐火磚的失效。由于失效后的鋁硅酸鹽耐火材料中含有數量較多(遠遠超過行業標準要求)的堿金屬K和Na,從而使得利用回收廢舊陽極焙燒爐耐火磚所生產的“新”火道墻磚的應用,從一開始就對陽極焙燒爐使用壽命帶來了極大的隱患。

目前,在陽極焙燒爐砌筑時,有的炭素廠采用包工包料的交鑰匙工程,有的則采用由炭素廠提供筑爐材料,由施工方負責筑爐操作。后者為保證陽極焙燒爐質量,可以采購高品質的筑爐材料,然而,如果采用前者,施工方為降低筑爐成本獲取更大的利潤空間,很可能采購不符合筑爐要求的筑爐材料,再加之如果炭素廠方對筑爐材料質量監督不力,就會將不合格的耐火磚用于陽極焙燒爐的火道墻中。不合格耐火磚的使用必然導致陽極焙燒爐使用壽命縮短。如果耐火材料的氧化鋁含量達不到標準、顯氣孔率高、0.2MPa荷重軟化開始溫度低、常溫耐壓強度低、高溫抗折強度低以及耐熱震性能差等,很容易導致火道墻變形與塌陷。

2、筑爐質量的影響

在耐火材料質量得到保證的前提下,筑爐工序是陽極焙燒爐使用壽命的重要影響因素之一。從理論上講,砌筑時應嚴格按照事先制定的砌筑方案進行砌筑施工,然而,在實際操作中,很可能出現磚縫的砂漿飽和度不夠、應該使用石棉氈進行密封的地方沒有用石棉氈等問題,從而造成火道墻磚之間縫隙過大、密封程度不夠,導致焙燒爐正常使用過程中漏風嚴重以及填充料滲漏嚴重,這些砌筑缺陷均會對陽極焙燒爐的使用壽命產生不利的影響。

3、烘爐質量的影響

焙燒爐烘爐的目的是排出爐體內的水分,使整個爐室形成一個整體達到使用效果,因而焙燒爐烘爐質量的好壞,直接影響焙燒爐的使用壽命。從理論上來講,要保證焙燒爐的烘爐質量,只需要考慮耐火材料的熱膨脹系數即可,即在新建或大修的焙燒爐爐室內全部填裝廢的熟塊,然后按一定的升溫速率進行升溫,就能保證焙燒爐的烘爐質量,也就是說,在升溫過程中,除了燃料燃燒外,沒有揮發分的逸出與燃燒發生。然而,企業必定是要追求最大的經濟效益,在烘爐的同時進行生陽極的焙燒,可使經濟效益最大化,但如此一來,就使得烘爐過程復雜化。從長遠角度出發,首先必須考慮的是烘爐質量;另一方面,也必須兼顧烘爐過程所焙燒陽極的質量能夠滿足鋁電解過程的要求。在焙燒爐烘爐過程中,火道溫度會達到或超過1200℃,因此有人認為如此處理就可以穩定耐火材料的使用性能,但其實這卻嚴重破壞了耐火材料的內部結構,導致荷重軟化性能遭到破壞,嚴重時甚至導致基礎薄弱的爐墻發生坍塌。升溫速率對焙燒爐的烘爐效果影響極大,特別是在烘爐初始階段,由于砌體處于常溫,如果升溫速率太快,將會在耐火材料體內形成較大的熱應力和應力集中,造成砌體開裂,從而導致焙燒爐使用壽命降低。此外,在焙燒爐烘爐結束后,如果在爐溫比較高的情況下出爐,同樣冷卻速率過快也會造成爐體產生較大的應力集中,導致爐體開裂,二者均會對焙燒爐使用壽命造成嚴重影響。

4、操作質量的影響

在實際生產操作中,經常會出現以下幾種影響焙燒爐使用壽命的不規范操作:1)火道墻修理與裝爐操作同步進行,導致施工材料混入陽極填充料中。2)裝爐的陽極炭塊與兩側火道墻之間的距離不均勻,一些炭塊非常靠近火道墻,而另一些炭塊則與火道墻的距離較大,從而造成填充料分布不均勻。3)在裝、卸爐過程中,由于天車工操作和爐面指揮人員失誤,造成炭塊與火道墻之間的機械碰撞,導致火道墻變形,尤其是在高溫出爐時發生碰撞危害更大。4)布料管和吸料管操作不當損傷爐面砌塊和料箱。5)長期采用同一燃燒方向運行焙燒爐,造成焙燒爐局部由于應力集中而產生火道墻嚴重變形,導致裝卸爐困難而損傷火道墻。上述不規范操作均會影響焙燒爐使用壽命,因此,焙燒爐的操作運行質量對焙燒爐使用壽命的影響不容忽視。

5、陽極炭塊中堿金屬含量的影響

劉民章系統分析了陽極焙燒爐火道墻中堿金屬的來源、危害及其控制途徑。文獻指出,由于預焙陽極生產中使用了大約15%~30%的殘極,且在電解槽中陽極一直有大約150mm浸沒在電解質中,故電解質中的一部分K、Na會通過殘極循環利用帶入生陽極炭塊中(粗殘中的Na含量約為9337×10-6;細殘中的Na含量約為3771×10-6;另外,預焙陽極生產的主要原料煅后焦中的Na含量也高達30×10-6,以及陽極生產所使用的粘結劑煤焦油瀝青中也含有0.003%~0.01%的Na。這幾個方面構成了預焙陽極生塊中堿金屬的主要來源,在焙燒過程中滲入焙燒爐火道墻磚中,并通過與火道墻磚耐火材料組元的反應,形成對耐火材料具有嚴重危害的膨脹相鉀霞石(含K)和霞石(含Na),從而使耐火材料失效。

6、日常維護管理的影響

陽極焙燒爐的日常維護管理對于延長其使用壽命非常重要。在焙燒爐的運行過程中,由于種種原因,不可避免地會出現火道墻的局部破損、變形甚至爐面砌塊塌陷等,如果對于剛剛出現的較小缺陷不記錄和及時處理,那么,時間稍長,小缺陷將會發展成大缺陷,不但會増加焙燒爐維護保養的難度和工作量,還將對焙燒爐的使用壽命造成更大的影響。對于管理嚴謹細致的焙燒車間來說,焙燒爐運行工況的建檔、設備故障的及時檢查與登記、故障出現時間、類型與產生原因、處理方法以及處理效果等,應該在設備檔案中一目了然,以便再次出現類似故障及其處理時有可以查閱和借鑒的依據。

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