各种炭质原料在高温下进行热处理,排出原料中的挥发分。并相应地提高原料物理化学性能的生产工序。一般炭质原料的煅烧温度为1250~1350℃。针状焦的煅烧温度应达到1450℃左右,电炉煅烧无烟煤时温度达到1500-2000℃。炭质原料煅烧时应尽可能减少氧化损失,原料煅烧的好坏对成品石墨电极或其他炭紊制品的质量有明显的影响,国外石油焦的煅烧一般在原料生产厂进行,中国生产炭素制品所用炭质原料的煅烧多数在炭素厂进行。
煅烧目的见煅烧工艺基础。煅烧质量指标原料无论在原料生产厂或炭素厂进行煅烧都必须达到一定的质量标准,煅烧质量的高低主要取决于煅烧温度,同时与高温下的持续时间有关,生产普通功率石墨电极时原料煅烧温度应达到1300℃以上,生产电解铝用的阳极糊或炭阳极时原料煅烧温度可略低一些中国炭素厂生产普通功率石墨电极及炭块。
煅烧设备类型与工艺操作炭质原料煅烧主要设备有回转窑、罐式煅烧炉、水平旋转床煅烧炉、电煅烧炉4种,中国炭素厂使用比较多的是回转窑和罐式煅烧炉,两者各有优缺点,水平旋转床煅烧炉只有少数工厂使用,而电煅烧炉主要用于煅烧无烟煤或小规模煅烧石油焦的电炭厂。回转窑无论在石油焦生产厂或炭紊厂回转窑都是常见的煅烧设备,回转窑的建设投资较低、生产能力大、操作机械化程度高。主要缺点是煅烧时氧化损耗比较高,如耐火材料使用不当,则窑体检修工作量比较大。
回转窑的主体是一台由钢板焊成的圆筒,内部砌耐火砖,炭素工业使用的小型回转窑直径1.5m左右、长度为20~30m左右,大型回转窑的直径可达3m左右、长度可达70m以上。为了冷却灼红的煅烧料在回转窑的正下方还需安装一台结构类似、但直径较小和长度较短的冷却窑,表2为中国炭素厂用得较多的几种回转窑的设备规格。
回转窑的工艺操作主要是控制好窑内的温度梯度、煅烧带的长度、加料量和窑内负压4项。向窑内喷入的燃料和原料排出的挥发分燃烧后产生高温,在窑内形成三个温度带,预热带、煅烧带和冷却带,预热带为窑体全长方向靠近窑尾的一段,原料从窑尾上方的加料管进入窑内,窑尾温度一般为800-900℃,原料从窑尾向窑头移动先经过预热带加热,排出水分及部分挥发分。
煅烧带是窑内温度最高的一段,一般达到1200~1300℃,高温煅烧可达到1450℃左右。煅烧带的长度受窑体长度及窑内负压的影响,在正常情况下约占窑体长度的一半,煅烧带的温度与喷人燃料的数量及热值有关,同时与喷入燃料和挥发分是否充分燃烧有关,特别是煅烧挥发分较大的石油焦时,燃料和挥发分的燃烧都需要有大量的空气,没有足够的空气助燃,窑内温度升不上去,但是空气量过多又会增加窑内原料的氧化损耗,煅烧石油焦时仅靠窑头吸入的空气是不够的,需要在窑体中部增加二次鼓风以补充空气。
原料在长度36m的回转窑内通过时间一般只有40~60min,通过时间的长短取决于回转窑的长度及原料在窑内的前移速度,而原料在窑内的前移速度又与窑的转速、窑体的倾斜角及原料在窑内的动态安息角等几项因素有关,为了达到较高的煅烧质量应控制好煅烧带的温度,调节好原料在窑内的前移速度,在达到规定温度条件时,一台回转窑的产量主要取决于原料的堆积密度、原料在窑内的充填率及前移速度三项因素。炭质原料在回转窑内煅烧时与高温火焰直接接触,因此氧化损耗比较大,中国炭素厂利用回转窑煅烧石油焦的氧化损耗一般为10%~12%。
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