焙燒是預(yù)焙陽(yáng)極生產(chǎn)的關(guān)鍵工序，隨著國(guó)內(nèi)預(yù)焙陽(yáng)極鋁電解槽的大型化發(fā)展，鋁電解工藝優(yōu)化和經(jīng)濟(jì)性換極周期陽(yáng)極高度研究的不斷推進(jìn)，國(guó)內(nèi)按陽(yáng)極高度550mm設(shè)計(jì)的窄料箱焙燒爐，制約了大型鋁電解槽用和經(jīng)濟(jì)性換極周期預(yù)焙陽(yáng)極的生產(chǎn)，都面臨再次改造的問(wèn)題。本文結(jié)合預(yù)焙陽(yáng)極生產(chǎn)實(shí)際及焙燒爐火道墻大修實(shí)踐，對(duì)按陽(yáng)極高度550mm設(shè)計(jì)的窄料箱陽(yáng)極焙燒爐的結(jié)構(gòu)優(yōu)化進(jìn)行了探索和實(shí)踐，提出窄料箱焙燒爐結(jié)構(gòu)優(yōu)化改造的實(shí)踐方法和火道墻新型耐火材料的組合應(yīng)用。
改造的條件和方案
1.1改造的條件
(1) 在用戶現(xiàn)有鋁電解裝備條件下，陽(yáng)極理想的換極周期要求在32天及以上。根據(jù)換極周期要求，經(jīng)測(cè)算現(xiàn)用戶開(kāi)槽陽(yáng)極的經(jīng)濟(jì)高度在605mm及以上，相應(yīng)要求焙燒爐料箱寬度≥740mm。
(2) 焙燒爐火道墻已到大修周期。由于焙燒爐長(zhǎng)期連續(xù)生產(chǎn)火道墻變形較多，出現(xiàn)部分爐室料箱尺寸較大變化，經(jīng)常造成裝(出)爐陽(yáng)極碰損、擠壞火道墻，嚴(yán)重的火道墻變形已經(jīng)影響到料箱的正常生產(chǎn)使用，已到大修期。近幾年已安排一定量火道墻的大修，還有相當(dāng)量的火道墻等待大修。
1.2改造方案
考慮到盡可能降低因火道墻內(nèi)腔改變對(duì)熱工工藝的影響，確定改造實(shí)施方案為：
(1) 火道墻磚(砌塊構(gòu)件)寬度由110mm改為100mm。
(2) 火道規(guī)格為：長(zhǎng)5246×寬490X高5440mm;火道墻內(nèi)腔寬度由310mm減至290mm，相應(yīng)內(nèi)腔截面面積減少6.5%。
(3) 料箱規(guī)格為：長(zhǎng)5246X寬743X高5360mm;相應(yīng)控制火道墻側(cè)填充料厚度到單側(cè)≥60mm。
(4) 對(duì)橫墻爐室間連通火道部位進(jìn)行調(diào)整改進(jìn)，并增加一道豎直插板密封裝置。
新型耐火材料的使用
2.1開(kāi)發(fā)使用高強(qiáng)度大規(guī)格火道墻砌塊
結(jié)合焙燒爐火道墻大修廢磚的無(wú)害化利用，近幾年來(lái)開(kāi)發(fā)應(yīng)用以大修火道墻廢磚破碎料為骨料，配合耐火充填料和膠質(zhì)混合劑等材料，設(shè)計(jì)有不同規(guī)格模具，經(jīng)由高頻震動(dòng)澆注成型，現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制大規(guī)格火道墻砌塊構(gòu)件，從2014年起替換耐火磚在焙燒爐火道墻大修中使用。
預(yù)制大規(guī)格火道墻砌塊構(gòu)件特點(diǎn)和性能：
(1) 大型化、強(qiáng)度高。預(yù)制砌塊構(gòu)件比傳統(tǒng)焙燒爐火道墻耐火磚大數(shù)倍，在焙燒溫度下承重合力提高，抗扭曲能力隨之增大。減少了傳統(tǒng)焙燒爐火道墻耐火磚，在使用過(guò)程中出現(xiàn)下沉、扭曲、開(kāi)裂等影響使用壽命缺陷，預(yù)期可延長(zhǎng)火道墻使用壽命。
(2) 不易變形。預(yù)制砌塊構(gòu)件經(jīng)由高頻震動(dòng)澆注成型，其結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)火道墻耐火磚更加致密，配置的原材料經(jīng)1500℃以上高溫?zé)贫?，焙燒溫度下其物理性能穩(wěn)定，使用過(guò)程荷重軟化溫度顯著提高，高溫蠕變率小，砌塊構(gòu)件不易變形。
(3) 密度高、高溫性能好。預(yù)制砌塊構(gòu)件采用超特微粉材料作充填料，其流動(dòng)性、滲透性極強(qiáng)，預(yù)制砌塊構(gòu)件密度在2.35-2.45g/cm3，在高溫階段導(dǎo)熱系數(shù)好于傳統(tǒng)火道墻磚。
(4) 砌筑快捷、高效。預(yù)制砌塊構(gòu)件砌筑過(guò)程，可使用一定的機(jī)械配合，省時(shí)、省工、施工方便，砌筑更加高效、快捷，能提高火道墻大修速度。
(5) 節(jié)能環(huán)保?，F(xiàn)場(chǎng)澆注預(yù)制無(wú)需大型機(jī)械設(shè)備，每生產(chǎn)一噸預(yù)制砌塊構(gòu)件只需幾度電，不需高溫?zé)Y(jié);預(yù)制砌塊構(gòu)件用了近50%的大修火道墻廢耐火磚破碎料作骨料，回收利用廢磚減少了對(duì)環(huán)境的影響。降低了原料成本。
2.2組合使用火道墻新型耐火材料
除開(kāi)發(fā)應(yīng)用預(yù)制大規(guī)格火道墻砌塊構(gòu)件外，還選擇使用近幾年耐火材料廠家研發(fā)的新型耐火材料，來(lái)改善火道墻傳熱及隔熱保溫不同性能需要，顯著提高火道內(nèi)輻射傳熱能力和熱傳遞效果，減少爐頂散熱損失，延長(zhǎng)爐體使用壽命，改善爐頂觀察孔氣密性，減少高溫氣體外逸而造成的熱量損失等。
2.2.1具有蓄熱保溫功能的邊火道耐火磚
陽(yáng)極焙燒爐邊火道普遍存在溫度控制難、焙燒過(guò)程火道負(fù)壓高、燃燒器供氣開(kāi)度大，且溫度落后中間火道的現(xiàn)象。分析其原因：主要由于邊火道墻單側(cè)受熱和邊火道墻所用耐火磚的導(dǎo)熱率高，造成火道墻內(nèi)的熱能向外墻傳遞過(guò)快，造成邊火道能耗高，且溫度跟不上中間火道，影響整個(gè)爐室火道間運(yùn)行溫度的均衡，對(duì)產(chǎn)品均質(zhì)也有很大的制約。
新型蓄熱保溫耐火磚采用嵌合結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，其外型結(jié)構(gòu)形狀與現(xiàn)使用火道墻磚相仿，沿長(zhǎng)度方向的中間部位帶有凸凹槽。特點(diǎn)和性能：區(qū)別在于新型蓄熱保溫耐火磚凸凹槽的兩邊備有一排上下貫通結(jié)構(gòu)的孔洞，利用上下貫通孔來(lái)降低耐火磚導(dǎo)熱性能，阻止熱能的快速傳遞。耐火磚上下貫通孔不但可以阻止熱能的傳遞，而且還可以儲(chǔ)存熱能，起到保溫的作用。
2.2.2應(yīng)用節(jié)能型爐頂耐火材料
(1) 火道墻節(jié)能爐頂板及雙層爐口密封蓋
主要針對(duì)解決現(xiàn)有火道墻預(yù)制塊觀察孔密封性能差、漏風(fēng)嚴(yán)重和爐面溫度過(guò)高、熱能損耗大的問(wèn)題。新型火道墻節(jié)能爐頂板及雙層爐口密封蓋，其特點(diǎn)：主要選用兩種耐火材料，上部選用一層體積密度在1.6-1.7g/cm3的高強(qiáng)半輕質(zhì)保溫材料，下部為高強(qiáng)重質(zhì)耐火材料，制作成為復(fù)合保溫爐頂板。同時(shí)，為了更好的降低爐口熱耗損失和漏風(fēng)現(xiàn)象，把爐口結(jié)構(gòu)改為雙層密封結(jié)構(gòu)的爐口蓋。使用該種耐火材料后觀察孔密封性能大為改善，爐面溫度相應(yīng)地降低，而且移爐操作比三件套組件更加簡(jiǎn)便，縮短了移爐作業(yè)時(shí)間。
(2) 高強(qiáng)隔熱澆注料蓋板磚和耐高溫遠(yuǎn)紅外輻射涂料選用高強(qiáng)隔熱澆注料蓋板，主要針對(duì)火道墻爐面溫度過(guò)高，熱能損耗大的問(wèn)題所采取的一種節(jié)能措施。主要方法是把火道墻上部的原蓋板磚改為用體積密度在1.6-1.7g/cm的高強(qiáng)半輕質(zhì)保溫材料制作的保溫蓋板，該材料耐火度大于1750℃，可以直接接觸火焰，使用溫度在1300℃以上。
高強(qiáng)隔熱澆注料蓋板有一個(gè)技術(shù)特點(diǎn)是：在其接觸火焰的底部涂抹了一層厚度在0.3-1.0mm的高溫遠(yuǎn)紅外輻射節(jié)能涂料。該涂料是一種用于工業(yè)窯爐的高效節(jié)能環(huán)保新產(chǎn)品，可直接噴涂在各種高溫窯爐的耐火材料表面，形成一層堅(jiān)硬的陶瓷釉面硬殼，能起到有效反射爐膛內(nèi)紅外熱能的作用，顯著提高爐膛內(nèi)的熱傳遞效果，減少外壁散熱損失，提高爐體氣密性，減少高溫氣體外逸而造成的熱量損失等特點(diǎn)。同時(shí)，起到保護(hù)爐體、延長(zhǎng)火道墻使用壽命作用。
(3) 耐高溫遠(yuǎn)紅外輻射涂料
耐高溫遠(yuǎn)紅外輻射涂料正常使用溫度≥1400℃-1600℃，最高使用溫度1700℃。該涂料采用過(guò)渡族元素氧化物、氧化鋯、高溫體系高級(jí)耐火材料超細(xì)粉體材料、經(jīng)過(guò)高溫?fù)诫s形成固溶體，既增加了材料電子的能級(jí)，提高熱能紅外輻射系數(shù)，又保持了相應(yīng)的耐熱性能，高強(qiáng)度、耐腐蝕性強(qiáng)、耐磨性能優(yōu)異，提高了涂層整體強(qiáng)度和致密性。稀土元素氧化物的摻入能提高反應(yīng)物的活性，同時(shí)也是摻雜和穩(wěn)定涂層結(jié)構(gòu)的優(yōu)選最佳材料。
該涂料在高溫窯爐、爐膛內(nèi)襯上形成致密陶瓷輻射涂層，并通過(guò)涂層紅外輻射，改善爐內(nèi)熱交換工況，在同樣的加熱條件下，由于傳熱能力的加強(qiáng)，提高了爐膛內(nèi)燃燒溫度及燃燒均勻性，使燃料燃燒更充分，達(dá)到增加加熱效率，減少能耗、節(jié)約能源和延長(zhǎng)爐體內(nèi)襯使用年限。涂料涂層使用最佳壽命為4-5年，因此，每隔4年左右時(shí)間在原有的涂料涂層上再噴涂/刷一次，保持涂層的最佳工作狀態(tài)。
結(jié) 論
(1) 焙燒爐火道墻結(jié)構(gòu)改進(jìn)，使裝爐料箱寬度由703mm增加到743mm，解決了高度620mm以內(nèi)經(jīng)濟(jì)性陽(yáng)極生產(chǎn)難題，能生產(chǎn)滿足用戶32天及以上經(jīng)濟(jì)性換極周期高度陽(yáng)極。
(2) 焙燒爐料箱、火道墻結(jié)構(gòu)調(diào)整改進(jìn)，按火道墻大修形式安排，避免了焙燒爐停產(chǎn)損失，保證了客戶正常產(chǎn)品需求供應(yīng)，為窄料箱焙燒爐料箱擴(kuò)大改造提供了可以借鑒的路徑。
(3) 目前，使用現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制砌塊構(gòu)件火道墻已占到34室焙燒爐火道墻的近四分之一，最早使用的預(yù)制砌塊構(gòu)件火道墻已運(yùn)行近三年，未出現(xiàn)下沉、彎曲變形等情況。
(4) 火道墻預(yù)制砌塊構(gòu)件消化了近50%的大修火道墻廢磚，不僅降低了預(yù)制砌塊構(gòu)件生產(chǎn)成本，而且為固廢的綜合利用拓展了新的途徑。
(5) 組合使用焙燒爐火道墻新型耐火材料，滿足了火道墻傳熱及隔熱保溫不同性能的需要，顯著提高火道內(nèi)輻射傳熱能力和熱傳遞效果，減少爐頂散熱損失，延長(zhǎng)爐體使用壽命，改善爐頂觀察孔氣密性，減少高溫氣體外逸而造成的熱量損失等，對(duì)降低焙燒過(guò)程中的燃料消耗、減少爐面作業(yè)人員熱輻射起到了好的作用。
