铝电解预焙阳极焙烧24小时周期生产工艺
技术领域:
本发明属于有色金属铝电解技术领域,具体地说是一种用于铝电解槽预焙阳极炭块的焙烧升温工艺。
背景技术:
铝电解预焙阳极的生产流程为:(见图1)生块输送,生块装炉,阳极焙烧(系统),炭块出炉,焙烧阳极块在炭块储存架上冷却,焙烧阳极块解组清理(解组机组),焙烧阳极块存放。其中预焙阳极焙烧是铝电解预焙阳极的生产中最关健的工艺。预焙阳极焙烧系统年设计产能80000吨,两个火焰系统,三十六个炉室的敞开环式焙烧炉,国内炭素行业同类型炉室普遍采用法国SETARAM公司提供的阳极焙烧炉燃油系统软件,在该软件支持下的168-216小时焙烧周期升温曲线,即火焰移动周期在28-36小时之间。
焙烧系统包含预热炉室3个,加热炉室3个、冷却炉室7个。
当焙烧火焰移动周期28小时时,每隔28小时系统所有设备均往前移动一个炉室,即预热时间为3×28=84小时、加热时间为3×28=84小时、冷却时间7×28=196小时。
①产量:按照28小时火焰移动周期计算产量,每个炉室8个料箱,每个料箱立装3层,即21块炭块,每个炉室装168块,每块炭块0.836吨,假设成品率97%,考虑到一年需要清理二次烟道,实际生产时间按345计算,对于2火焰系统的敞开环式焙烧炉,全年生产炭块总量为:345(天)×24(小时/天)÷28(小时周期)×2(系统)×168(块)×97%×0.836(吨/块)=80573吨
②能耗:焙烧重油单耗设计值75kg/t-c,平均值54kg/t-c
③曲线设定:28小时火焰移动周期时焙烧升温曲线制定见下表(表一):
28小时火焰移动周期T1温度设定程序
序号 |
经过时间(h) |
温度设置点(℃) |
升温速率(℃/h) |
温差上限(℃) |
温差下限(℃) |
1 |
0 |
181 |
|
30 |
30 |
2 |
2 |
201 |
10.00 |
30 |
30 |
3 |
5 |
232 |
10.33 |
30 |
30 |
4 |
12 |
305 |
10.43 |
30 |
30 |
5 |
20 |
390 |
10.63 |
30 |
30 |
6 |
28 |
480 |
11.25 |
30 |
30 |
28小时火焰移动周期T4、T5、T6温度设定程序
序号 |
经过时间(h) |
温度设定点(℃) |
升温速率(℃/h) |
温差上限(℃) |
温差下限(℃) |
1 |
0 |
840 |
|
|
|
2 |
5 |
868 |
5.6 |
20 |
20 |
3 |
15 |
930 |
6.2 |
10 |
20 |
4 |
28 |
1020 |
6.9 |
10 |
20 |
5 |
46 |
1145 |
6.9 |
10 |
20 |
6 |
84 |
1145 |
0 |
10 |
20 |
上述28小时焙烧升温工艺,因其焙烧周期相对较长,直接影响到预焙阳极的产能和能耗。移动周期从28h减少到26h,预热、加热、冷却时间分别减少6h、6h、14h,会出现下列困难:
●焙烧时间缩短后,炭块出现裂纹废品,外观合格率下降。
●焙烧时间缩短后,炭块烧不透,电阻率等理化指标下降。
●由于冷却时间减少,出炉温度高,给多功能天车出炉、编解组作业、护炉操作带来不便,甚至会损坏设备
26小时移动周期,目前国内多家企业进行了试验,其中专利申请号为200610104509.6则公开一种26小时焙烧升温工艺试验的曲线设定大致如下:
26小时火焰移动周期T1、T4、T5、T6温度设定程序
26小时T1曲线设定表
序号 |
经过时间(h) |
温度设置点(℃) |
升温速率(℃/h) |
温差上限(℃) |
温差下限(℃) |
1 |
0 |
310 |
|
30 |
30 |
2 |
3 |
350 |
13.33 |
30 |
30 |
3 |
26 |
700 |
15.22 |
30 |
30 |
26小时T4、T5、T6曲线设定表
序号 |
经过时间(h) |
温度设定点(℃) |
升温速率(℃/h) |
温差上限(℃) |
温差下限(℃) |
1 |
0 |
860 |
|
|
|
2 |
2 |
890 |
15.0 |
25 |
25 |
3 |
8 |
940 |
8.3 |
25 |
25 |
4 |
20 |
1050 |
9.2 |
25 |
25 |
5 |
26 |
1100 |
8.3 |
25 |
25 |
6 |
52 |
1150 |
2 |
25 |
25 |
7 |
78 |
1150 |
0 |
25 |
25 |
但上述26小时焙烧升温工艺仍存在缺陷,尤其是升温速率过快,容易产生裂纹废品。
据了解国内有多家企业进行过26小时移动周期的探索试验,但最终因为上述问题未能解决而退回了28小时周期。如果移动周期进一步缩短至24小时,则困难将比26小时成倍增加。另外,现有技术资料中更还没有如何确定24小时火焰移动周期焙烧升温曲线的研究资料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能在确保产品质量的前提下,缩短焙烧火焰移动周期,实现增大产能、降低能耗的预焙阳极焙烧24小时周期生产工艺。
为实现上述目的,本发明采取的技术方案为:
所述的焙烧升温工艺采用24小时焙烧火焰移动周期的升温工艺,焙烧周期为144小时,在第一个预热炉室T1温度设定为初始温度设置为260℃,在2:00小时的温度设置为284℃,在5:00小时的温度设置为321℃,在12:00小时的温度设置为408℃,在18:00小时的温度设置为484℃,在24:00小时的温度设置为560℃,以上各个时间段的炉室温差均控制在+30℃~-30℃;在3个加热炉室的T4、T5、T6的温度设定为:初始温度为880℃,在5:00小时的温度设置为908℃,在24:00小时的温度设置为1050℃,在36:00小时的温度设置为1145℃,在38:00小时至72小时的温度保持为1160℃,在5:00~24:00小时的炉室温差控制在+20℃~-20℃,在24:00~36:00小时、36:00~38:00小时、38:00~72:00小时温差控制在+10℃~-20℃。
在第一个预热炉室的升温速率为:0~2:00为12℃/h,2:00~5:00为12.33℃/h,5:00~12:00为12.43℃/h,12:00~18:00为12.67℃/h,18:00~24:00为12.67℃/h;在3个加热炉室的T4、T5、T6的升温速率为::0~5:00为5.6℃/h,5:00~24:00为7.5℃/h,24:00~26:00为8.0℃/h,36:00~38:00为7.5℃/h。
本发明提供的上述预焙阳极焙烧升温工艺,通过采用24小时移动周期焙烧工艺,以缩短焙烧火焰移动周期为主要途径,对于年设计产能80000吨,2火焰系统的36室预焙阳极焙烧炉,在保证预焙阳极质量的前提下,达到超出设计产能13400吨以上,焙烧重油单耗降低2kg/吨以上。这不仅增加了预焙阳极碳块产量,而且降低了能源消耗,取得了较好的经济效益。具体数值计算如下:
①产量:按照24小时火焰移动周期计算产量,每个炉室8个料箱,每个料箱立装3层,即21块炭块,每个炉室装168块,0.836吨/块,假设成品率97%,考虑到一年需要清理一次烟道,实际生产时间按345计算,对于2火焰系统的敞开环式焙烧炉,全年生产炭块总量为:345(天)×24(小时/天)÷24(小时周期)×2(系统)×168(块)×97%×0.836(吨/块)=94001吨
每年多生产:94001吨一80537吨=13464吨;
以销售、税后净利润500元/吨预计,每年多产生净利润产值673万元。
②能耗:24小时火焰移动周期焙烧重油单耗平均值为52kg/吨计算,比28小时火焰移动周期焙烧重油单耗降低了2kg/t-c,以重油单价为3800元/t-c计,每年降低成本费用为:2kg/t-c×3.8元/kg×94001t-c/年=71.4万元/年。
另外,本发明与专利申请号为200610104509.6的26小时移动周期(以下简称26小时)的对比情况如下:
1、曲线设置理念不同
2、本发明突破了传统思维,以提高预热区初始值温度,适当提高升温速率来获得加热区高的初始值。
而专利申请号为200610104509.6的26小时方法为提高升温速率,他可能面临的问题是:在炭块反应剧烈的终温阶段升温过快,导致裂纹的产生;
这里要说明的是,测量点不同:本发明为测量的是第1预热炉室火道的第二孔,有利于更精确而实际的控制炉内温度,从而得到本发明所需较高的预热区的初始值温度。而检索到的26小时的专利申请文件中为第一孔,测到的是火焰的温度,第一孔温度高出第二孔约150℃~180℃,而实际温度则显然要低,易造成误差。
3、针对快速冷却的问题:
本发明采取的是提前冷却(在4C打开火道孔盖)和外部冷却(在储存架上放置、启用备用架)并结合风道阀门的开度的综合强化方式来解决问题;
而26小时解决的方法为简单的将BR前置。
4、因而专利申请号为200610104509.6的单位,仍存在着未能很好的解决产品外观质量(裂纹)问题,使26小时方法无法有效运用到生产实践中,已经退回28小时。
附图说明
图1铝电解预焙阳极的全部生产流程。
图2焙烧火焰系统配置图。
图3为28小时火焰移动周期系统配置图。
图4为24小时火焰移动周期系统配置图。
具体实施方式
本发明提供的24小时火焰移动周期的焙烧升温工艺,在28-36小时火焰移动周期的系统上采用,焙烧升温工艺曲线设置如下表:
24小时火焰移动周期T1温度设定程序
序号 |
经过时间(h) |
温度设置点(℃) |
升温速率(℃/h) |
温差上限(℃) |
温差下限(℃) |
1 |
0 |
260 |
|
30 |
30 |
2 |
2 |
284 |
12.00 |
30 |
30 |
3 |
5 |
321 |
12.33 |
30 |
30 |
4 |
12 |
408 |
12.43 |
30 |
30 |
5 |
18 |
484 |
12.67 |
30 |
30 |
6 |
24 |
560 |
12.67 |
30 |
30 |
24小时火焰移动周期T4、T5、T6温度设定程序
序号 |
经过时间(h) |
温度设定点(℃) |
升温速率(℃/h) |
温差上限(℃) |
温差下限(℃) |
1 |
0 |
880 |
|
|
|
2 |
5 |
908 |
5.6 |
|
|
3 |
24 |
1050 |
7.5 |
20 |
20 |
4 |
36 |
1145 |
8.0 |
10 |
20 |
5 |
38 |
1160 |
7.5 |
10 |
20 |
6 |
72 |
1160 |
0 |
10 |
20 |
由于焙烧时间缩短后,炭块出现裂纹废品,外观合格率下降。且而存在着焙烧时间缩短后,炭块烧不透,电阻率等理化指标下降。对于上述情况,原有的焙烧控制思想,为了预防排烟架高温着火,和减少热量的损失,火道负压在保证解热架燃烧不返火的情况下越低越好,预热段火道温度T1均控制在500℃以内。本发明从全新的思维角度,突破该限制,从预热段开始提高温度,从而提高了加热段的起始温度,并在加热段适当提高升温速率,最终保持了焙烧火焰的1145℃以上的保持时间与28小时相交仅仅少2小时。同时将最高温度由原来的1145℃提高到1160℃,弥补了保持时间少2小时的不利影响。通过以上措施不仅克服了炭块烧不透,电阻率等理化指标下降的问题。同时,由于在最容易产生裂纹废品的温度区间(约300~650℃)的升温速率并没有明显提高(最大值12.67℃/h),也确保了产品外观质量。
另外,从项目实施情况来看,除了初期未能摆脱原有的焙烧控制思想的影响,造成产品出现了大面积裂纹(试验炉室合格率仅为90%),后期(从2007年9月至今)进行创新后,按照本发明的设计思路进行后,产品外观合格率均超过了设计指标(97%)。从而很好地解决了焙烧时间缩短后,炭块出现裂纹废品,外观合格率下降的问题。
下表为28小时和本发明24小时炭块理化指标对比如下:
另外,缩短至24小时,由于还会出现因焙烧时间缩短后,炭块烧不透,电阻率等理化指标下降的问题。因为焙烧火焰移动周期每缩短4小时,对于每个冷却炉室来说将缩短28小时冷却时间。出炉炭块温度高,出现了解组机组光电开关及信号线被烤断的现象;同时出炉后料箱内温度高,待修炉室空气温度均达50℃以上,护炉人员无法进入料箱对炉子进行养护。针对这些问题,采取的措施为:
●炭块在储存架上冷却8小时后再进入解组机组,炭块温度降低到200℃以下,从而解决了解组机组设备被烤坏的问题。
●将鼓风机架BR前一个冷却炉室(4C)的第四个观察孔盖打开,由于BR为通过零压架ZPR对火道压力的检测自动控制变频电机的频率,因此风机频率由原来的30%~40%提高到了70%~90%,从而进入4C的冷空气增加冷却速度加快。由于个别火道泄漏严重,BR提高到95%仍然不能满足ZPR的需求,因此同时将冷却架CR的风道挡板由原来的40%调整到80~90%,通过冷却炉室6C加大鼓风量来弥补BR功率的不足。
●同时将备用CR挂入待修炉室以加快冷却,较好的解决了待修炉室温度高人员无法进入的问题,待修炉室温度空气降低到了30~40℃。
由于冷却时间减少,出炉温度高,火道墙变形加快,炉子寿命降低。
发明人解决措施为专门配置了炉墙校直机。每一个运行周期后对变形量超过20mm的火道墙进行校直作业,使火道墙的寿命得到了延长。
综上所述,本发明的工艺是一种能在确保产品质量的前提下,缩短焙烧火焰移动周期,实现增大产能、降低能耗的预焙阳极焙烧24小时周期生产工艺。