預(yù)焙陽(yáng)極是鋁電解槽的“心臟”，預(yù)焙陽(yáng)極炭塊質(zhì)量的好壞直接影響鋁電解槽的運(yùn)行工況和鋁電解成本。而預(yù)焙陽(yáng)極質(zhì)量的優(yōu)劣，不但與陽(yáng)極生產(chǎn)所使用的原材料、混捏成型工藝、焙燒工藝以及陽(yáng)極組裝工藝有關(guān)，還與陽(yáng)極焙燒爐的運(yùn)行工況有很大的關(guān)系。焙燒爐的運(yùn)行工況良好，陽(yáng)極炭塊的各種理化指標(biāo)優(yōu)良(如強(qiáng)度高、電阻率低等)，可以促進(jìn)和保持比較高的電流效率，從而降低噸鋁成本。因此，保持良好的焙燒爐運(yùn)行工況十分重要。根據(jù)國(guó)內(nèi)預(yù)焙陽(yáng)極焙燒爐的運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，通常，陽(yáng)極焙燒爐的使用壽命為8~10年。但是，在實(shí)際運(yùn)行中，要達(dá)到8年的使用壽命很困難，因?yàn)橛绊懕簾隣t使用壽命的因素非常多10多年來(lái)，國(guó)內(nèi)許多研究人員和預(yù)焙陽(yáng)極生產(chǎn)工藝技術(shù)人員對(duì)如何延長(zhǎng)焙燒爐的使用壽命進(jìn)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(diǎn)或者某個(gè)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。因此，分析影響陽(yáng)極焙燒爐使用壽命的因素，制定完善的應(yīng)對(duì)措施并加以實(shí)施，對(duì)于延長(zhǎng)陽(yáng)極焙燒爐使用壽命，進(jìn)而降低陽(yáng)極生產(chǎn)成本和噸鋁成本，很有必要。

影響陽(yáng)極焙燒爐使用壽命的因素分析

總體來(lái)說(shuō)，影響陽(yáng)極焙燒爐使用壽命的主要因素包括筑爐材料質(zhì)量、筑爐質(zhì)量、烘爐質(zhì)量、操作質(zhì)量、陽(yáng)極炭塊中堿金屬含量和日常維護(hù)管理等。

01筑爐材料質(zhì)量的影響

筑爐材料質(zhì)量對(duì)陽(yáng)極焙燒爐使用壽命有重要影響。陽(yáng)極焙燒爐用筑爐材料主要是Al?O?-SiO?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(zhì)量要求項(xiàng)目包括Al?O?含量、Fe?O?含量、K?O+Na?O含量、耐火溫度、0.2MPa荷重軟化開(kāi)始溫度、顯氣孔率、體積密度、常溫耐壓強(qiáng)度、高溫抗折強(qiáng)度、高溫蠕變率、加熱永久線變化率和熱震穩(wěn)定性。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，炭素廠所購(gòu)買的陽(yáng)極焙燒爐耐火制品往往無(wú)法完全滿足所有的性能指標(biāo)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(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，一些小型耐火材料生產(chǎn)廠以低于市場(chǎng)價(jià)格的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，利用回收的廢舊陽(yáng)極焙燒爐耐火磚，經(jīng)過(guò)重新加工生產(chǎn)耐火制品，也對(duì)一些炭素制品生產(chǎn)廠造成了很大影響。因?yàn)樵陂L(zhǎng)達(dá)5~8年的陽(yáng)極焙燒生產(chǎn)過(guò)程中，大量來(lái)自陽(yáng)極炭塊的堿金屬K和Na被Al?O?-SiO?耐火材料所吸收，并與耐火材料的組織發(fā)生反應(yīng)，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(huì)造成耐火材料結(jié)構(gòu)的損害，從而加速陽(yáng)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(shù)量較多(遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求)的堿金屬K和Na，從而使得利用回收廢舊陽(yáng)極焙燒爐耐火磚所生產(chǎn)的“新”火道墻磚的應(yīng)用，從一開(kāi)始就對(duì)陽(yáng)極焙燒爐使用壽命帶來(lái)了極大的隱患。

目前，在陽(yáng)極焙燒爐砌筑時(shí)，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(fù)責(zé)筑爐操作。后者為保證陽(yáng)極焙燒爐質(zhì)量，可以采購(gòu)高品質(zhì)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(rùn)空間，很可能采購(gòu)不符合筑爐要求的筑爐材料，再加之如果炭素廠方對(duì)筑爐材料質(zhì)量監(jiān)督不力，就會(huì)將不合格的耐火磚用于陽(yáng)極焙燒爐的火道墻中。不合格耐火磚的使用必然導(dǎo)致陽(yáng)極焙燒爐使用壽命縮短。如果耐火材料的氧化鋁含量達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)、顯氣孔率高、0.2MPa荷重軟化開(kāi)始溫度低、常溫耐壓強(qiáng)度低、高溫抗折強(qiáng)度低以及耐熱震性能差等，很容易導(dǎo)致火道墻變形與塌陷。

02筑爐質(zhì)量的影響

在耐火材料質(zhì)量得到保證的前提下，筑爐工序是陽(yáng)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(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照事先制定的砌筑方案進(jìn)行砌筑施工，然而，在實(shí)際操作中，很可能出現(xiàn)磚縫的砂漿飽和度不夠、應(yīng)該使用石棉氈進(jìn)行密封的地方?jīng)]有用石棉氈等問(wèn)題，從而造成火道墻磚之間縫隙過(guò)大、密封程度不夠，導(dǎo)致焙燒爐正常使用過(guò)程中漏風(fēng)嚴(yán)重以及填充料滲漏嚴(yán)重，這些砌筑缺陷均會(huì)對(duì)陽(yáng)極焙燒爐的使用壽命產(chǎn)生不利的影響。

03烘爐質(zhì)量的影響

焙燒爐烘爐的目的是排出爐體內(nèi)的水分，使整個(gè)爐室形成一個(gè)整體達(dá)到使用效果，因而焙燒爐烘爐質(zhì)量的好壞，直接影響焙燒爐的使用壽命。從理論上來(lái)講，要保證焙燒爐的烘爐質(zhì)量，只需要考慮耐火材料的熱膨脹系數(shù)即可，即在新建或大修的焙燒爐爐室內(nèi)全部填裝廢的熟塊，然后按一定的升溫速率進(jìn)行升溫，就能保證焙燒爐的烘爐質(zhì)量，也就是說(shuō)，在升溫過(guò)程中，除了燃料燃燒外，沒(méi)有揮發(fā)分的逸出與燃燒發(fā)生。然而，企業(yè)必定是要追求最大的經(jīng)濟(jì)效益，在烘爐的同時(shí)進(jìn)行生陽(yáng)極的焙燒，可使經(jīng)濟(jì)效益最大化，但如此一來(lái)，就使得烘爐過(guò)程復(fù)雜化。

從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度出發(fā)，首先必須考慮的是烘爐質(zhì)量;另一方面，也必須兼顧烘爐過(guò)程所焙燒陽(yáng)極的質(zhì)量能夠滿足鋁電解過(guò)程的要求。在焙燒爐烘爐過(guò)程中，火道溫度會(huì)達(dá)到或超過(guò)1200℃，因此有人認(rèn)為如此處理就可以穩(wěn)定耐火材料的使用性能，但其實(shí)這卻嚴(yán)重破壞了耐火材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致荷重軟化性能遭到破壞，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致基礎(chǔ)薄弱的爐墻發(fā)生坍塌。升溫速率對(duì)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(huì)在耐火材料體內(nèi)形成較大的熱應(yīng)力和應(yīng)力集中，造成砌體開(kāi)裂，從而導(dǎo)致焙燒爐使用壽命降低。此外，在焙燒爐烘爐結(jié)束后，如果在爐溫比較高的情況下出爐，同樣冷卻速率過(guò)快也會(huì)造成爐體產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中，導(dǎo)致?tīng)t體開(kāi)裂，二者均會(huì)對(duì)焙燒爐使用壽命造成嚴(yán)重影響。

04操作質(zhì)量的影響

在實(shí)際生產(chǎn)操作中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)以下幾種影響焙燒爐使用壽命的不規(guī)范操作：1)火道墻修理與裝爐操作同步進(jìn)行，導(dǎo)致施工材料混入陽(yáng)極填充料中。2)裝爐的陽(yáng)極炭塊與兩側(cè)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(guò)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(jī)械碰撞，導(dǎo)致火道墻變形，尤其是在高溫出爐時(shí)發(fā)生碰撞危害更大。4)布料管和吸料管操作不當(dāng)損傷爐面砌塊和料箱。5)長(zhǎng)期采用同一燃燒方向運(yùn)行焙燒爐，造成焙燒爐局部由于應(yīng)力集中而產(chǎn)生火道墻嚴(yán)重變形，導(dǎo)致裝卸爐困難而損傷火道墻。上述不規(guī)范操作均會(huì)影響焙燒爐使用壽命，因此，焙燒爐的操作運(yùn)行質(zhì)量對(duì)焙燒爐使用壽命的影響不容忽視。

05陽(yáng)極炭塊中堿金屬含量的影響

劉民章系統(tǒng)分析了陽(yáng)極焙燒爐火道墻中堿金屬的來(lái)源、危害及其控制途徑。文獻(xiàn)指出，由于預(yù)焙陽(yáng)極生產(chǎn)中使用了大約15%~30%的殘極，且在電解槽中陽(yáng)極一直有大約150mm浸沒(méi)在電解質(zhì)中，故電解質(zhì)中的一部分K、Na會(huì)通過(guò)殘極循環(huán)利用帶入生陽(yáng)極炭塊中(粗殘中的Na含量約為9337×10??;細(xì)殘中的Na含量約為3771×10??;另外，預(yù)焙陽(yáng)極生產(chǎn)的主要原料煅后焦中的Na含量也高達(dá)30×10??，以及陽(yáng)極生產(chǎn)所使用的粘結(jié)劑煤焦油瀝青中也含有0.003%~0.01%的Na。這幾個(gè)方面構(gòu)成了預(yù)焙陽(yáng)極生塊中堿金屬的主要來(lái)源，在焙燒過(guò)程中滲入焙燒爐火道墻磚中，并通過(guò)與火道墻磚耐火材料組元的反應(yīng)，形成對(duì)耐火材料具有嚴(yán)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。

06日常維護(hù)管理的影響

陽(yáng)極焙燒爐的日常維護(hù)管理對(duì)于延長(zhǎng)其使用壽命非常重要。在焙燒爐的運(yùn)行過(guò)程中，由于種種原因，不可避免地會(huì)出現(xiàn)火道墻的局部破損、變形甚至爐面砌塊塌陷等，如果對(duì)于剛剛出現(xiàn)的較小缺陷不記錄和及時(shí)處理，那么，時(shí)間稍長(zhǎng)，小缺陷將會(huì)發(fā)展成大缺陷，不但會(huì)増加焙燒爐維護(hù)保養(yǎng)的難度和工作量，還將對(duì)焙燒爐的使用壽命造成更大的影響。對(duì)于管理嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的焙燒車間來(lái)說(shuō)，焙燒爐運(yùn)行工況的建檔、設(shè)備故障的及時(shí)檢查與登記、故障出現(xiàn)時(shí)間、類型與產(chǎn)生原因、處理方法以及處理效果等，應(yīng)該在設(shè)備檔案中一目了然，以便再次出現(xiàn)類似故障及其處理時(shí)有可以查閱和借鑒的依據(jù)。