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影响阳极焙烧炉使用寿命的主要因素有哪些?

文章编辑:耐火材料 发表时间:2019-12-16 浏览次数:次
通常,阳极焙烧炉的使用寿命为8~10年。但是,在实际运行中,要达到8年的使用寿命很困难,因为影响焙烧炉使用寿命的因素非常多10多年来,国内许多研究人员和预焙阳极生产工艺技术人员对如何延长焙烧炉的使用寿命进行 了大量的研究和探讨,并取得了许多成果。然而,以前的研究都是偏重于某一点或者某个方面,不能完全反映影响焙 烧炉使用寿命的因素,所以所制定的措施也不是十分充分和完善。

总体来说,影响阳极焙烧炉使用寿命的主要因素包括筑炉材料质量、筑炉质量、烘炉质量、操作质量、阳极炭块 中碱金属含量和日常维护管理等。

1、筑炉材料质量的影响

筑炉材料质量对阳极焙烧炉使用寿命有重要影响。阳极焙烧炉用筑炉材料主要是Al2O3-SiO2系耐火材料及其制 品,如火道墙砖、火道墙拉砖和横墙砖等。耐火砖制品的质量要求项目包括Al2O3含量、Fe2O3含量、K2O+Na2O 含量、耐火温度、0.2MPa荷重软化开始温度、显气孔率、体积密度、常温耐压强度、高温抗折强度、高温蠕变率、 加热永久线变化率和热震稳定性。然而,在实际应用中,炭素厂所购买的阳极焙烧炉耐火制品往往无法完全满足所有 的性能指标要求,从而给焙烧炉使用寿命埋下了隐患。此外,由于耐火材料市场的激烈竞争,一些小型耐火材料生产 厂以低于市场价格的竞争优势,利用回收的废旧阳极焙烧炉耐火砖,经过重新加工生产耐火制品,也对一些炭素制品 生产厂造成了很大影响。因为在长达5~8年的阳极焙烧生产过程中,大量来自阳极炭块的碱金属K和Na被Al2O3-SiO 2耐火材料所吸收,并与耐火材料的组织发生反应,形成新的膨胀相钾霞石(含K)和霞石(含Na),而这两种新的膨胀相 均会造成耐火材料结构的损害,从而加速阳极焙烧炉耐火砖的失效。由于失效后的铝硅酸盐耐火材料中含有数量较多 (远远超过行业标准要求)的碱金属K和Na,从而使得利用回收废旧阳极焙烧炉耐火砖所生产的“新”火道墙砖的应 用,从一开始就对阳极焙烧炉使用寿命带来了极大的隐患。

目前,在阳极焙烧炉砌筑时,有的炭素厂采用包工包料的交钥匙工程,有的则采用由炭素厂提供筑炉材料,由施 工方负责筑炉操作。后者为保证阳极焙烧炉质量,可以采购高品质的筑炉材料,然而,如果采用前者,施工方为降低 筑炉成本获取更大的利润空间,很可能采购不符合筑炉要求的筑炉材料,再加之如果炭素厂方对筑炉材料质量监督不 力,就会将不合格的耐火砖用于阳极焙烧炉的火道墙中。不合格耐火砖的使用必然导致阳极焙烧炉使用寿命缩短。如果耐火材料的氧化铝含量达不到标准、显气孔率高、0.2MPa荷重软化开始温度低、常温耐压强度低、高温抗折强度 低以及耐热震性能差等,很容易导致火道墙变形与塌陷。

2、筑炉质量的影响

在耐火材料质量得到保证的前提下,筑炉工序是阳极焙烧炉使用寿命的重要影响因素之一。从理论上讲,砌筑时应严格按照事先制定的砌筑方案进行砌筑施工,然而,在实际操作中,很可能出现砖缝的砂浆饱和度不够、应该使用 石棉毡进行密封的地方没有用石棉毡等问题,从而造成火道墙砖之间缝隙过大、密封程度不够,导致焙烧炉正常使用 过程中漏风严重以及填充料渗漏严重,这些砌筑缺陷均会对阳极焙烧炉的使用寿命产生不利的影响。

3、烘炉质量的影响

焙烧炉烘炉的目的是排出炉体内的水分,使整个炉室形成一个整体达到使用效果,因而焙烧炉烘炉质量的好坏, 直接影响焙烧炉的使用寿命。从理论上来讲,要保证焙烧炉的烘炉质量,只需要考虑耐火材料的热膨胀系数即可,即 在新建或大修的焙烧炉炉室内全部填装废的熟块,然后按一定的升温速率进行升温,就能保证焙烧炉的烘炉质量,也 就是说,在升温过程中,除了燃料燃烧外,没有挥发分的逸出与燃烧发生。然而,企业必定是要追求最大的经济效 益,在烘炉的同时进行生阳极的焙烧,可使经济效益最大化,但如此一来,就使得烘炉过程复杂化。从长远角度出 发,首先必须考虑的是烘炉质量;另一方面,也必须兼顾烘炉过程所焙烧阳极的质量能够满足铝电解过程的要求。在焙 烧炉烘炉过程中,火道温度会达到或超过1200℃,因此有人认为如此处理就可以稳定耐火材料的使用性能,但其实这却严重破坏了耐火材料的内部结构,导致荷重软化性能遭到破坏,严重时甚至导致基础薄弱的炉墙发生坍塌。升温速 率对焙烧炉的烘炉效果影响极大,特别是在烘炉初始阶段,由于砌体处于常温,如果升温速率太快,将会在耐火材料 体内形成较大的热应力和应力集中,造成砌体开裂,从而导致焙烧炉使用寿命降低。此外,在焙烧炉烘炉结束后,如 果在炉温比较高的情况下出炉,同样冷却速率过快也会造成炉体产生较大的应力集中,导致炉体开裂,二者均会对焙 烧炉使用寿命造成严重影响。

4、操作质量的影响

在实际生产操作中,经常会出现以下几种影响焙烧炉使用寿命的不规范操作:
1)火道墙修理与装炉操作同步进 行,导致施工材料混入阳极填充料中。
2)装炉的阳极炭块与两侧火道墙之间的距离不均匀,一些炭块非常靠近火道墙,而另一些炭块则与火道墙的距离较大,从而造成填充料分布不均匀。
3)在装、卸炉过程中,由于天车工操作和炉面指挥人员失误,造成炭块与火道墙之间的机械碰撞,导致火道墙变形,尤其是在高温出炉时发生碰撞危害更大。
4) 布料管和吸料管操作不当损伤炉面砌块和料箱。
5)长期采用同一燃烧方向运行焙烧炉,造成焙烧炉局部由于应力集中 而产生火道墙严重变形,导致装卸炉困难而损伤火道墙。上述不规范操作均会影响焙烧炉使用寿命,因此,焙烧炉的 操作运行质量对焙烧炉使用寿命的影响不容忽视。

5、阳极炭块中碱金属含量的影响

系统分析了阳极焙烧炉火道墙中碱金属的来源、危害及其控制途径。文献指出,由于预焙阳极生产中使用 了大约15%~30%的残极,且在电解槽中阳极一直有大约150mm浸没在电解质中,故电解质中的一部分K、Na会通 过残极循环利用带入生阳极炭块中(粗残中的Na含量约为9337×10-6;细残中的Na含量约为3771×10-6;另外,预焙阳极生产的主要原料煅后焦中的Na含量也高达30×10-6,以及阳极生产所使用的粘结剂煤焦油沥青中也含有0.003%~ 0.01%的Na。这几个方面构成了预焙阳极生块中碱金属的主要来源,在焙烧过程中渗入焙烧炉火道墙砖中,并通过与 火道墙砖耐火材料组元的反应,形成对耐火材料具有严重危害的膨胀相钾霞石(含K)和霞石(含Na),从而使耐火材料失效。

6、日常维护管理的影响

阳极焙烧炉的日常维护管理对于延长其使用寿命非常重要。在焙烧炉的运行过程中,由于种种原因,不可避免地 会出现火道墙的局部破损、变形甚至炉面砌块塌陷等,如果对于刚刚出现的较小缺陷不记录和及时处理,那么,时间稍长,小缺陷将会发展成大缺陷,不但会増加焙烧炉维护保养的难度和工作量,还将对焙烧炉的使用寿命造成更大的影响。对于管理严谨细致的焙烧车间来说,焙烧炉运行工况的建档、设备故障的及时检查与登记、故障出现时间、类 型与产生原因、处理方法以及处理效果等,应该在设备档案中一目了然,以便再次出现类似故障及其处理时有可以查阅和借鉴的依据。

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