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淺論焙燒爐使用冶金焦填充料的性質(zhì)及其應(yīng)用
中國(guó)長(zhǎng)城鋁業(yè)公司工學(xué)院 劉義 2006/12/23
摘要：本文針對(duì)焙燒生產(chǎn)中較普遍地使用冶金焦作為填充料的狀況，對(duì)冶金焦填料的性質(zhì)及其應(yīng)用中發(fā)生的一些變化，以及因此對(duì)焙燒工藝生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生的一系列影響進(jìn)行了初步的分析研究,并為改進(jìn)冶金焦填料的使用效果提出了若干問(wèn)題和建議。
關(guān)鍵詞：焙燒 冶金焦 填充料
碳素成品在焙燒過(guò)程中，填充料在炭素生產(chǎn)工程中有著重要的作用，是一種不可缺少的輔助材料。因此，人們對(duì)可供選用的許多材料進(jìn)行了對(duì)比研究。盡管按照焙燒工藝對(duì)填充料的要求，冶金焦并不是一種理想的材料，但實(shí)際上，由于冶金焦除了內(nèi)能夠滿足填充料的基本要求外，還具有來(lái)源充足、價(jià)格便宜、制備方便、粉塵危害相對(duì)較小等優(yōu)點(diǎn)，因此許多廠家的焙燒爐都采用了冶金焦作為填充料。本文對(duì)作為填充料的冶金焦的性質(zhì)及冶金焦填充料使用效果進(jìn)行了探討。
1焦料的制備和基本要求
冶金焦是煉焦煤在煉焦?fàn)t中經(jīng)高溫干餾焦化而得到的一種固體殘留物。冶金焦的灰分含量較高，其強(qiáng)度、導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能也較石油焦或?yàn)r青焦差，而且不容易石墨化，因此，冶金焦一般很少直接用于碳素成品，尤其是石墨成品的生產(chǎn)，而通常被用作焙燒時(shí)的填充料或石墨化保溫料和電阻料。
目前，工廠生產(chǎn)對(duì)焙燒填充料制備的要求通常比較簡(jiǎn)單。粒度和水分是兩個(gè)基本的指標(biāo)要求，一般認(rèn)為，冶金焦的粒度控制在6mm以下比較合適。粒度的配比則在具體使用時(shí)有所不同。過(guò)粗的粒度會(huì)對(duì)成品坯體，尤其是對(duì)表面結(jié)構(gòu)造成破壞，造成焙燒坯嚴(yán)重變形，表面粗糙度增加甚至嚴(yán)重凹凸不平的現(xiàn)象。過(guò)多的細(xì)粉特別是小于0.5mm的收塵粉混入焦料，會(huì)增加操作時(shí)的粉塵危害和成品表面的結(jié)焦程度。對(duì)水分一般要求小于3％，過(guò)濕的填充料會(huì)導(dǎo)致填充不密實(shí)，在焙燒過(guò)程中塌陷，從而引起成品氧化和變形，嚴(yán)重的甚至直接影響焙燒成品的性能，導(dǎo)致成品實(shí)際上的未燒成而使電阻率過(guò)大等問(wèn)題。
2 使用過(guò)程中焦料的性質(zhì)及變化
（1）灰分和導(dǎo)熱性
冶金焦原是一種高灰分的焦炭。在幾種可供選用的填充料中，冶金焦的導(dǎo)熱率是比較低的。雖然導(dǎo)熱性與水分、粒度等也有一定的關(guān)系，但灰分含量的高低影響最大。根據(jù)有關(guān)的實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)果，返回的填充料的導(dǎo)熱性比新鮮的焦料還要低。實(shí)際生產(chǎn)中的焙燒曲線也表明，采用返回料時(shí)要比使用新料時(shí)升溫困難。顯然，返回料中尤其是經(jīng)多次使用的返回料中灰分的增加起了決定性的作用，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，焙燒爐中填充料即使在上面油覆蓋保護(hù)層的情況下，表面被氧化的灰渣層也有10～20cm厚，占所用填充料的5％左右。由此可見(jiàn)，如果每次出料時(shí)不清除上面的灰渣層，無(wú)疑會(huì)增大焦料的灰分，其后果是嚴(yán)重惡化填充料的傳熱效果。因此應(yīng)嚴(yán)格控制焦料中灰渣雜質(zhì)的混入，每次從爐料中出料返回時(shí)，應(yīng)把表面的氧化灰渣層清理干凈。
（2）焦料的吸附性
填充料的吸附性可以說(shuō)直接影響焙燒成品的性質(zhì)。成品中粘結(jié)劑瀝青焦化時(shí)產(chǎn)生的揮發(fā)物一部分被填充料吸附（其中僅高溫?zé)峤獾奶蓟瘜映练e在焦料顆粒的表面上），另一部分則經(jīng)顆粒的間隙排除被高溫?zé)煔鈳ё呷紵�。眾所周知，填充料的吸附能力大小影響著成品中粘結(jié)劑的析焦率。根據(jù)有關(guān)資料顯示，冶金焦的吸附性大小與其粒度組分有關(guān)。過(guò)細(xì)的焦粒會(huì)導(dǎo)致過(guò)大的吸附性，所以填充料制備的粒度要求也應(yīng)考慮到這一因素。
對(duì)返回料和新料的真密度進(jìn)行測(cè)試對(duì)比，發(fā)現(xiàn)前者約為2.04g/cm3，而后者為1.8g/cm3左右。返回料真密度之所以增大，是因?yàn)榻沽媳旧碓诒簾隣t中經(jīng)過(guò)相當(dāng)于煅燒溫度的熱處理過(guò)程和對(duì)成品中揮發(fā)物的吸附以及沉積作用后，在一定程度上改變了焦粒的性質(zhì)。這些性質(zhì)改變的綜合影響則導(dǎo)致了焦料吸附能力的增加，從而降低了成品的析焦率。據(jù)有關(guān)測(cè)定，返回料與煅燒焦相比吸附性增強(qiáng)一倍多，而析焦率則降低10％。
由此可見(jiàn)，焦料經(jīng)多次返回使用一段時(shí)間后，為保證其良好性能就必需摻入一定比例的新料或更換新料。摻入新料的數(shù)量和更換焦料的次數(shù)可視具體的生產(chǎn)條件和經(jīng)濟(jì)條件而定。在實(shí)際操作中，可先將加工制備好的新料和原來(lái)覆蓋層的返回料填充成品的周?chē)溆嗖糠謩t用舊料填充。
（3）焦料的填充性
作為焙燒填充料，要求在爐中有最大的填充性，使之盡量作密實(shí)填充。一般粉料的填充性質(zhì)跟其許多方面的物理性質(zhì)有關(guān)，如粉料的形狀、粘附性、流動(dòng)性等。具體對(duì)于冶金焦填充料，如前所述，水份的含量影響著焦料的粘附性和流動(dòng)性，因此水分的控制至關(guān)重要。粒度合理配比則決定著焦料堆積時(shí)的最小空隙率。值得一提的是，焦料經(jīng)過(guò)多次的使用，由于粒子的摩擦、磨損、相互碾壓，不但改變了粒度的組份，而且也改變了顆粒表面形狀。正因如此，與新料相比，返回料的堆積密度增大，而表征粒子流動(dòng)性的休止角和壓縮率的減少表明粒子流動(dòng)性增大，顯然這有利于改善焦料的填充性，使之（未完，下一頁(yè)）
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