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[摘 要]分析阳极焙烧炉在节能生产方面存在的问题，提出了阳极焙烧炉节能技术的新的方向，为阳极焙烧炉节能技术提供有益的参考。
[关键词]焙烧炉；节能
中图分类号：TM96 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）12-0047-01
引言：炭素焙烧炉是将高压成形后的各种炭素制品，在无氧条件当中进行焙烧并按照升温曲线对制品间接加热，以完成制品在导电、导热性能的发挥，提高制品强度的一种热工设备。目前，我公司铝用炭素阳极焙烧均采用敞开式环式焙烧炉。对我公司焙烧炉作详细的热平衡计算，在整个加热过程中，热能来源为燃料燃烧（天然气）、材料中的挥发成分的燃烧、其他填充材料的燃烧三个部分为主。热能的支出项主要包括加热过程中随烟气逸散的、焙烧炉中的蓄积、炉中炭块的加热等。从热平衡的角度进行分析，在焙烧炉当中能够进行影响的因素有：挥发成分能够得到充分燃烧、热能的继续与回收、焙烧炉中对于热量逸散的控制能力以及自动控制技术的应用。也正因为有这样的要素在铝用炭素的阳极焙烧炉中热能的节约与应用，成为了我们生产技术人员关注的问题。
以下就这些影响因素作进一步的探讨。
影响焙烧炉能耗的因素及节能的途径
1.优化升温曲线，抑制挥发份的溢出速度，确保挥发份均匀溢出，确保挥发份充分燃烧：
阳极焙烧是指在隔绝空气的环境中对已经具备形态的生阳极进行焙烧，在一定的温度下，使生阳极当中的粘合剂发生碳化变化的热处理过程。根据煤沥青在高温环境当中发生的变化特点分析，在可挥发成分当中此类物质的析出、阳极物质温度上升的速度通常都与火道当中承受的压力有关。
2.合理设定预热炉室的负压值，减少烟气带走的热量
以高温改质沥青为粘结剂生产的生阳极焙烧，加热的过程可分为四个阶段：
（1）较低温度的预热阶段
在较低温度的预热过程中，随室温的逐渐升高，制品中的粘结成分逐渐软化，在制品生阳极的塑性状态下，理化性质并未能发生变化，所以也就导致整个过程当中挥发分的排出较少，此时的制品开始从炉室的温度当中进行加热，火道的温度也逐渐升高而制品的状态处于粘合成分，开始发生软化与挥发分的挥发状态。在产品达到相应温度时，便开始发生膨胀，制品内部粘结成分硬度降低，重新成为可塑造状态，但挥发成分的排除并不多，制品的性质还未发生明显改变，改变的主要情况是对吸附物的排除，完成对制品的预热。lP位置属于排除化合水、炭的氢化物和轻馏分低温预热阶段；
（2）中等温度的剧变阶段
制品逐渐加热，温度在200～700℃之间，火道温度大约为350～850℃之间，继续升高温度，煤沥青分解速度加快。当从350℃时起，粘结剂开始分解和聚合。随着温度的升高，分解和聚合不断进行，气体排除量显著增加。到了500℃时，粘结剂形成半焦，此段火道温度大约在350～650℃之间；当制品温度达600℃以后，火道温度至850℃时，半焦结构剧烈分解，逐渐形成焦炭。这个阶段当中，挥发分会大量排除和粘合剂成分的焦化，同时粘结剂开始焦化。当制品自身的温度升高到一定的标准时，排出的挥发分的量会大大增加，不同物质会按照性质进行排出，以设定的温度点为开端，粘合成分会开始分解并重新聚合，这个过程会随着温度升高持续进行，温度逐渐升高，在焙烧炉的排气量也会增加，粘结成分焦化变化的程度也在逐渐加深，当温度到达承受极限时，就会脱离半焦结构直至彻底焦化。中温剧变阶段区段较长，而且为间接温度控制区，所以应作重点管理，控制好挥发份位置及升温速度，2P位置属于气体排除增加，粘结剂分解、聚合的中温剧变阶段；3P位置基本是挥发份大量排除，粘结剂形成半焦的中温剧变阶段。
（3）高温炭化阶段
在這个阶段当中，制品被加热到了较高的温度，火道温度也因此需要进行较大的提升，而制品当中的温度通常在700℃以上时，煤沥青分解及挥发速度减缓，粘结剂焦化过程基本完成，此时会开始缩聚反应。此阶段当中，温度的提升可以逐渐加快，但是加热的速度仍然需要控制，因为制品以及粘结成分当中仍然有未完全排出的挥发分，为了防止制品因为温度的不均匀发生不稳定的情况，因此对于加热的速率也要进行控制，此时制品温度可达900℃左右。此阶段中若想使产品的各种性质得到提高，就必须要将制品中的挥发成分继续排除，进一步加强焦化的程度，以此来对制品进行改善，产品的温度则可以继续进行升高。并在达到制品能够承受的最高温度后进行一定时长的保温，确保在焙烧炉中的温度能够均匀并逐步接近最高温度，确保制品烧透并使各部分品质趋于稳定体现。4P位置基本上是半焦热解阶段；5P为高温焙烧阶段，为粘结剂焦化基本完成、焦化程度更加完全的阶段，6P为缓慢升温结构不断均化的保温阶段。
（4）制品的降温阶段
这个阶段是焙烧结束后开始冷却到出炉的阶段。但制品的内部温度还可能会继续升高，同时还伴有收缩现象，表面部分收缩已停止，此时就加剧了各部分体积变化的不一致而产生内应力，随着冷却的进一步进行，制品表面会再次收缩而使内应力降低，若表面冷却速度大于内部，就会出现大量裂纹，所以此过程应缓慢冷却。在此阶段要做好对降温的管理，在1200～800℃之间降温速率不宜太快，一般应保持在5～10℃∕h左右，800℃以下，降温速度可为50℃∕h。按设定好降温温度和频率作为冷却的主要控制参数，当温度下降到一定的阶段后，就可以放任其进行自然冷却，再次下降到一定温度后便可出炉。1C～4C为强制冷却阶段；5C～7C为缓慢冷却阶段。
3.合理控制鼓风量，充分利用余热
在阳极焙烧冷却阶段，一是需要鼓入大量的冷空气来预热后供给高温区天然气、预热区的沥青挥发份燃烧所需的空气（即氧气），二是通过预热的空气供给高温区热量，三是需要鼓入冷空气来冷却阳极。合适的鼓风量对确保阳极质量、生产效率、降低燃料消耗及提高烟气质量等有很大的影响：鼓风量过小，对2阳极的冷却效率低，产量小；另外由于鼓风量小，高温区和预热区的助燃空气不够，燃料燃烧不完全，烟气质量差。通过工艺摸索，把鼓风量下限從25%提高到75%，上限从75%升到95%，6P零压值从-10Pa提高到0～+5Pa，确保在重油的燃烧过程以及挥发分的燃烧结果对排除气体氧气含量的控制，在提高了冷却炉室余热利用率和供氧量，保证了天然气和挥发份燃烧，在降低天然气消耗的同时，烟气质量得到改善。在焙烧炉当中，烟气能够帮助热量逸散的部分占支出热量的四成以上，烟气当中的温度则在二百到三百摄氏度之间，在经过电除尘系统进入大气之前，要对烟气降温至90～120℃才能被净化。合理地控制预热炉室的负压值，尽量减少烟气带走的热量，是有效的节能途径之一。
结语
（1）加强焙烧炉的生产维护，使其保持较好的密封性，是焙烧炉节能的前提。
（2）合理制定低温炉室升温曲线，保持合理的负压控制，合理有效利用冷却炉室余热，减少烟气带走热量；优化高温炉室升温曲线，确保天然气和挥发份的充分燃烧，是焙烧炉节能的关键。
（3）引进利用一些新型的节能材料，降低焙烧炉散热和热量损失是焙烧炉节能的强力保障。
参考文献
[1] 张斌，谭芝波.，炭素焙烧炉节能研究与应用[J].炭素技术，2010，29（5）：53-55.
[2] 赵杰三；潘三红，带盖环式焙烧炉与敞开环式焙烧炉应用之比较[J]；炭素技术；2010年06期
[3] 张利，霍少辉，杨维平，炭素制品焙烧工艺的优化研究[J].工程技术：文摘版，2016（5）.
[4] 齐守智，第七届全国铝用炭素技术与市场研讨会侧记[J].中国金属通报，2015（11）：15-19.
[关键词]焙烧炉；节能
中图分类号：TM96 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）12-0047-01
引言：炭素焙烧炉是将高压成形后的各种炭素制品，在无氧条件当中进行焙烧并按照升温曲线对制品间接加热，以完成制品在导电、导热性能的发挥，提高制品强度的一种热工设备。目前，我公司铝用炭素阳极焙烧均采用敞开式环式焙烧炉。对我公司焙烧炉作详细的热平衡计算，在整个加热过程中，热能来源为燃料燃烧（天然气）、材料中的挥发成分的燃烧、其他填充材料的燃烧三个部分为主。热能的支出项主要包括加热过程中随烟气逸散的、焙烧炉中的蓄积、炉中炭块的加热等。从热平衡的角度进行分析，在焙烧炉当中能够进行影响的因素有：挥发成分能够得到充分燃烧、热能的继续与回收、焙烧炉中对于热量逸散的控制能力以及自动控制技术的应用。也正因为有这样的要素在铝用炭素的阳极焙烧炉中热能的节约与应用，成为了我们生产技术人员关注的问题。
以下就这些影响因素作进一步的探讨。
影响焙烧炉能耗的因素及节能的途径
1.优化升温曲线，抑制挥发份的溢出速度，确保挥发份均匀溢出，确保挥发份充分燃烧：
阳极焙烧是指在隔绝空气的环境中对已经具备形态的生阳极进行焙烧，在一定的温度下，使生阳极当中的粘合剂发生碳化变化的热处理过程。根据煤沥青在高温环境当中发生的变化特点分析，在可挥发成分当中此类物质的析出、阳极物质温度上升的速度通常都与火道当中承受的压力有关。
2.合理设定预热炉室的负压值，减少烟气带走的热量
以高温改质沥青为粘结剂生产的生阳极焙烧，加热的过程可分为四个阶段：
（1）较低温度的预热阶段
在较低温度的预热过程中，随室温的逐渐升高，制品中的粘结成分逐渐软化，在制品生阳极的塑性状态下，理化性质并未能发生变化，所以也就导致整个过程当中挥发分的排出较少，此时的制品开始从炉室的温度当中进行加热，火道的温度也逐渐升高而制品的状态处于粘合成分，开始发生软化与挥发分的挥发状态。在产品达到相应温度时，便开始发生膨胀，制品内部粘结成分硬度降低，重新成为可塑造状态，但挥发成分的排除并不多，制品的性质还未发生明显改变，改变的主要情况是对吸附物的排除，完成对制品的预热。lP位置属于排除化合水、炭的氢化物和轻馏分低温预热阶段；
（2）中等温度的剧变阶段
制品逐渐加热，温度在200～700℃之间，火道温度大约为350～850℃之间，继续升高温度，煤沥青分解速度加快。当从350℃时起，粘结剂开始分解和聚合。随着温度的升高，分解和聚合不断进行，气体排除量显著增加。到了500℃时，粘结剂形成半焦，此段火道温度大约在350～650℃之间；当制品温度达600℃以后，火道温度至850℃时，半焦结构剧烈分解，逐渐形成焦炭。这个阶段当中，挥发分会大量排除和粘合剂成分的焦化，同时粘结剂开始焦化。当制品自身的温度升高到一定的标准时，排出的挥发分的量会大大增加，不同物质会按照性质进行排出，以设定的温度点为开端，粘合成分会开始分解并重新聚合，这个过程会随着温度升高持续进行，温度逐渐升高，在焙烧炉的排气量也会增加，粘结成分焦化变化的程度也在逐渐加深，当温度到达承受极限时，就会脱离半焦结构直至彻底焦化。中温剧变阶段区段较长，而且为间接温度控制区，所以应作重点管理，控制好挥发份位置及升温速度，2P位置属于气体排除增加，粘结剂分解、聚合的中温剧变阶段；3P位置基本是挥发份大量排除，粘结剂形成半焦的中温剧变阶段。
（3）高温炭化阶段
在這个阶段当中，制品被加热到了较高的温度，火道温度也因此需要进行较大的提升，而制品当中的温度通常在700℃以上时，煤沥青分解及挥发速度减缓，粘结剂焦化过程基本完成，此时会开始缩聚反应。此阶段当中，温度的提升可以逐渐加快，但是加热的速度仍然需要控制，因为制品以及粘结成分当中仍然有未完全排出的挥发分，为了防止制品因为温度的不均匀发生不稳定的情况，因此对于加热的速率也要进行控制，此时制品温度可达900℃左右。此阶段中若想使产品的各种性质得到提高，就必须要将制品中的挥发成分继续排除，进一步加强焦化的程度，以此来对制品进行改善，产品的温度则可以继续进行升高。并在达到制品能够承受的最高温度后进行一定时长的保温，确保在焙烧炉中的温度能够均匀并逐步接近最高温度，确保制品烧透并使各部分品质趋于稳定体现。4P位置基本上是半焦热解阶段；5P为高温焙烧阶段，为粘结剂焦化基本完成、焦化程度更加完全的阶段，6P为缓慢升温结构不断均化的保温阶段。
（4）制品的降温阶段
这个阶段是焙烧结束后开始冷却到出炉的阶段。但制品的内部温度还可能会继续升高，同时还伴有收缩现象，表面部分收缩已停止，此时就加剧了各部分体积变化的不一致而产生内应力，随着冷却的进一步进行，制品表面会再次收缩而使内应力降低，若表面冷却速度大于内部，就会出现大量裂纹，所以此过程应缓慢冷却。在此阶段要做好对降温的管理，在1200～800℃之间降温速率不宜太快，一般应保持在5～10℃∕h左右，800℃以下，降温速度可为50℃∕h。按设定好降温温度和频率作为冷却的主要控制参数，当温度下降到一定的阶段后，就可以放任其进行自然冷却，再次下降到一定温度后便可出炉。1C～4C为强制冷却阶段；5C～7C为缓慢冷却阶段。
3.合理控制鼓风量，充分利用余热
在阳极焙烧冷却阶段，一是需要鼓入大量的冷空气来预热后供给高温区天然气、预热区的沥青挥发份燃烧所需的空气（即氧气），二是通过预热的空气供给高温区热量，三是需要鼓入冷空气来冷却阳极。合适的鼓风量对确保阳极质量、生产效率、降低燃料消耗及提高烟气质量等有很大的影响：鼓风量过小，对2阳极的冷却效率低，产量小；另外由于鼓风量小，高温区和预热区的助燃空气不够，燃料燃烧不完全，烟气质量差。通过工艺摸索，把鼓风量下限從25%提高到75%，上限从75%升到95%，6P零压值从-10Pa提高到0～+5Pa，确保在重油的燃烧过程以及挥发分的燃烧结果对排除气体氧气含量的控制，在提高了冷却炉室余热利用率和供氧量，保证了天然气和挥发份燃烧，在降低天然气消耗的同时，烟气质量得到改善。在焙烧炉当中，烟气能够帮助热量逸散的部分占支出热量的四成以上，烟气当中的温度则在二百到三百摄氏度之间，在经过电除尘系统进入大气之前，要对烟气降温至90～120℃才能被净化。合理地控制预热炉室的负压值，尽量减少烟气带走的热量，是有效的节能途径之一。
结语
（1）加强焙烧炉的生产维护，使其保持较好的密封性，是焙烧炉节能的前提。
（2）合理制定低温炉室升温曲线，保持合理的负压控制，合理有效利用冷却炉室余热，减少烟气带走热量；优化高温炉室升温曲线，确保天然气和挥发份的充分燃烧，是焙烧炉节能的关键。
（3）引进利用一些新型的节能材料，降低焙烧炉散热和热量损失是焙烧炉节能的强力保障。
参考文献
[1] 张斌，谭芝波.，炭素焙烧炉节能研究与应用[J].炭素技术，2010，29（5）：53-55.
[2] 赵杰三；潘三红，带盖环式焙烧炉与敞开环式焙烧炉应用之比较[J]；炭素技术；2010年06期
[3] 张利，霍少辉，杨维平，炭素制品焙烧工艺的优化研究[J].工程技术：文摘版，2016（5）.
[4] 齐守智，第七届全国铝用炭素技术与市场研讨会侧记[J].中国金属通报，2015（11）：15-19.