1、3 原料的煅烧3.1 煅烧原理炭素煅烧在隔绝空气的条件下进行高温（1200-1500）热处理的过程称为煅烧。煅烧是炭素生产的预处理工序。各种炭素原材料在煅烧过程中从元素组成到组织结构都发生一系列显著的变化。无烟煤、石油焦和延迟沥青焦都含有一定数量的挥发分，需要进行煅烧。冶金焦和焦炉生产沥青焦的成焦温度比较高（1000以上） ，相当于炭素厂的煅烧温度，可以不再煅烧，只需烘干水分即可。天然石墨为了提高其润滑性，也可以进行煅烧。一般来说，煅后料比较硬、脆、便于破碎、磨粉和筛分。3.1.1 煅烧的目的煅烧的目的是为了排除原料中的水分和挥发分，使炭素原料的体积充分收缩，提高其热稳定性和物理化学性能。进厂
2、原料的水分一般在 3-10之间，原料如含有较多的水分，不便于破碎、磨粉和筛分等作业的进行，并影响原料颗粒对粘结剂的吸附性，难以成型，故一般要求煅后水分不大于 0.3。如果原料的挥发分过高，则生制品在焙烧过程中，将会发生过大的收缩，以至变形，甚至导致生制品的断裂，所以必须排除原料中的挥发分。在煅烧，伴随挥发分的排出，高分子芳香族碳氢化合物发生复杂的分解与缩聚反应，分子结构不断变化，原料本身体积逐渐收缩，从而提高了原料的密度和机械强度。一般来说，在同样温度下，煅后料的真密度愈高，则愈容易石墨化。炭素原料煅烧过程中导电性能的提高也是挥发分逸出和分子结构重排的综合结果。经过同样温度煅烧后，石油焦的电阻
3、率最低，沥青焦的电阻率略高于石油焦，冶金焦的电阻率又高于沥青焦，无烟煤的电阻率最高。无烟煤的电阻率不仅与煅烧程度有关，而且与其灰分大小有关。同一种无烟煤，灰分愈大，煅后电阻率愈高。随着煅烧温度的提高，炭素原料所含杂质逐渐排除，降低了原料的化学活性。同时，在煅烧过程中，原料热解逸出的碳氢化合物在原料粒颗粒表面和孔壁沉积一层致密有光泽的热解炭膜，其化学性能稳定，从而提高了煅后料的抗氧化性能。3.1.2 煅烧前后焦炭结构及物理化学能力的变化3.1.2.1 煅烧前后焦炭结构的变化未煅烧石油焦微晶的层面堆积厚度只 Lc和层面直径 La 有几个纳米， ，它们随煅烧温度的升高不断变化，其变化趋势如图 3-1
4、 所示。在 700以前，L c和 La 有所缩小。700以上则不断增大。这种变化趋势与侧链的断裂和结构重排有关，在接近 700时，L c和La 的缩小说明焦炭内微晶层面结构在这一温度区间内移动和断裂，变得更杂乱和细化，此时挥发分的排出最为剧烈。图 3-2 表示了煅烧无烟煤时排出气体总量及其组成。由此可见，在 700-750间气体的排出量最大。各种炭素原料在煅烧过程中，先后进行了热分解和热缩聚以及碳结构的重排，其变化如图 3-3 所示。随着缩合反应的进行，发生了晶粒互相接近，导致原料因收缩而致密化。这种收缩（致密化）直到挥发分排尽才结束。煅烧过程中，加热制度对煅烧料的晶体尺寸也有影响。表 3-1
5、 所示为加热制度对石油焦晶体尺寸的影响。由表可见，当加热到 700保温 1h 后，再升温到 1000，将使煅后焦的晶粒小。这也说明，在 700附近，焦炭层面结构正经历断裂和重排。由于断裂，产生大量自由基，在此间内保温，促使焦炭中交叉键增多，抑制了焦炭层面间的有序排列。表 3-1 加热制度对石油焦微晶尺寸的影响加热制度 焦种 La,10-6m Lc,10-6m 层间距 d002,10-6m热裂焦 51 20 3.4650/h，加热至 1000并在 1000保温 1h 热解焦 51 20 3.49热裂焦 32 18 3.54热解焦 35 19 3.5350/h，加热至 700并在 700保温 1h
6、,连续升温至 1000保温 1h3.1.1.2 煅烧前后焦炭物理化学性质的变化在煅烧过程中，焦炭的物理化学性质发生了明显的变化。表 3-2 列出了我国各种原料在煅烧前后的理化性质指标。图 3-4 表示了一种热裂石油焦随煅烧温度提高，其理化性质的变化。（1）煅烧前后焦炭氢含量的变化 表 3-3 表示了热裂焦的真密度、氢含量与煅烧温度的关系，可以看到在 1000-1300温度范围内，焦炭的氢含量几乎减少了十分之九。日本角田三尚等人在实验室条件下，对两种石油焦在煅烧阶段（950-1400）进行元素分析，焦炭 A 的氮含量为 0.6，焦炭 B 的氮含量为 0.4，随热处理温度的提高，没有发现有变化。焦
7、炭 A 煅烧前的氢含量为 3.4，经 1100热处理后为 0.3，经1400热处理后为 0.1；焦炭 B 煅烧前的氢含量为 3.3，经 1100热处理后为0.2，经 1400热处理后为痕量。由此可见，随热处理的进行，焦炭发生脱氢反应。近年来，世界上一些工业发达国家逐渐以氢含量来判断煅烧质量。对大部分炭素原料来说，氢含量降低到 0.05 的温度为最佳煅烧温度。（2）煅烧前后焦炭硫含量的变化 最现实而有效的脱硫方法是高温煅烧，因为高温表 3-2 我国各种原料煅烧前后的理化指标指标名称 石油焦石油焦石油焦石油焦石油焦沥青焦 无烟煤无烟煤灰分，% 煅前煅后0.110.350.150.410.20.35
8、0.170.540.140.210.380.446.4710.045.069.11真密度，g/cm 3 煅前煅后1.612.091.462.091.422.081.372.051.302.081.982.06 1.77 1.85体积密度，g/cm 3 煅前 0.9 0.82 0.93 0.99 0.94 0.8 1.35 1.35煅后 0.97 0.99 1.11 1.13 1.15 0.8 1.61 1.59机械强度,Mpa 煅前煅后3.635.133.004.082.245.726.027.638.727.941.1416.813.003.190.51 0.40 0.17 1.09 0.3
9、8 0.27 0.73 0.41硫分，% 煅前煅后 0.58 0.57 0.19 1.26 0.42 0.25 0.84 0.73挥发物，% 煅前 2.23 3.23 5.79 11.71 14.95 0.55 7.43 6.31水分，% 煅前 0.95 1.97 0.28 0.34 6.5 0.06 0.49 0.33煅后粉末电阻率,m10 -6 511 493 487 480 523 791 1074 1022可促进焦炭结构重排，使 CS 的化学键断裂。如图 3-5 所示，硫要到 1200-1500范围内才能大量排出。在煅烧无烟煤时，含硫量可降低 30-50。表 3-3 热裂焦的真密度、氢
10、含量与煅烧温度的关系煅烧温度， 真密度,g/cm 3 氢含量，% 煅烧温度， 真密度,g/cm 3 氢含量，%100011001.9562.0370.3320.188120013002.0962.1360.0850.031（3）煅烧前后焦炭的收缩和气孔结构的变化 煅烧时焦炭的体积收缩是挥发分排出所发生的毛细管张力以及结构和化学变化，使焦炭物质致密化而引起的。图 3-6 是石油焦和沥青煅烧时的线尺寸变化曲线。从图中可见，所有曲线都有两个拐点，第一拐点相应于焦炭生成时的温度，显示在该温度下焦炭是受热膨胀的，第二个拐点相应于焦炭的最大收缩期。它们收缩量的绝对值视焦炭品种和横向交联发展程度而定。对于气
11、孔结构来说，在 700-1200之间气孔的总体积大幅度增长，它与 700时气体的大量析出有关。由于气体的析出产生了开口气孔。当温度提高到 1200以上时，气孔的体积由于焦炭收缩而减小，大部分转变为连通的开口气孔。（4）煅烧前后焦炭导电性的变化 焦炭导电性的变化与其结构变化相关，它取决于共轭 键的形成程度。煤和焦炭的导电性是碳原子网格中共轭 键体系的离域电子的传导性的反映，它随六角网格层面的增大而增大。图 3-7 表示焦炭的电阻率与热处理温度的关系，曲线可分为四个温度区：500-700时，焦炭的电阻率最大；700-1200的范围内，焦炭的电阻率呈直线下降，从107cm 降到 10-2cm；120
12、0-2100范围内，电阻率变化甚少；2100以上，电阻率随热处理高而进一步降低，这与焦炭的石墨化有关。由此可见，在煅烧过程中，焦炭的电阻率随煅烧温度提高而直线下降，到 1200后转为平缓。3.1.3 煅烧温度与煅烧质量指标3.1.3.1 煅烧温度对焦炭性能的影响煅烧温度对煅后焦的性能有十分重要的作用。一般情况下，煅烧温度应高于焙烧温度。煅烧温度影响到制品焙烧和石墨化时的收缩率。如煅烧温度过低，炭素原料得不到充分收缩，其热解和聚缩反应不够，使在焙烧和石墨化时收缩率大，引起制品的变形或开裂，影响产品的成本率；煅烧温度过高（在电煅烧炉中是常见的） ，则生制品在焙烧和石墨化时收缩率小，其收缩仅靠粘结剂
13、提供，将使制品结构疏松，制品的体积密度和机械强度低。为了使煅烧后石油焦收缩更加稳定和晶体排列整齐，适当提高煅烧温度是有重要意义的。3.1.3.2 煅烧温度制定的确定煅烧温度的确定要视生焦的品种及产品的用途而定。真密度可以直接反映原料的煅烧程度。真密度不合格者，需回炉重新煅烧。根据真密度可以确定煅烧温度。炭素原料的煅烧温度一般为 1250-1350。但对于不同制品所用煅烧温度是不同的。例如高功率和超高功率电极比普通石墨电极要求原料焦炭的真密度大，所以煅烧温度高，要达到1400或更高一些。而对于炼铝用阳极来说，原料焦炭煅烧温度应尽量接近于焙烧温度1150左右，以防止温度过高引起的选择性氧化。3.1
14、.3.3 各种原料煅烧的质量指标原料的煅烧质量一般用粉末电阻率和真密度两项指标来控制。原料煅烧程度愈高，煅后料的粉末电阻率愈低，真密度愈大。各种原料质量控制指标列于表 3-4.表 3-4 原料煅烧质量控制指标原料种类 粉末电阻率,m10 -6 不大于真密度,g/cm 3 不小于 水分，% 不大于石油焦 600 2.04 0.3沥青焦 650 2.00 0.3冶金焦 900 1.90 0.3无烟煤 1300 1.74 0.33.2 煅烧工艺和设备焦炭煅烧工艺视所用煅烧设备不同而异，煅烧设备的不同也影响到煅后焦的质量。煅烧设备的选型要按照工厂的产品品种、年产量、原料质量、能源供应等情况综合决定。目
15、前，国内外通用的煅烧炉有以下几种：1）罐式煅烧炉；2）回转窑；3）电煅烧炉。3.2.1 罐式煅烧炉罐式炉是将炭素原料放在煅烧罐内，耐火砖火墙传出的热量以辐射方式来间接加热炭素原料的炉子。常用的有顺流式罐式炉和逆流式罐式炉两种。罐式煅烧炉车间的生产流程如图 3-8 所示。3.2.1.1 顺流式罐式煅烧炉的结构和工艺煅烧物料运动的方向与热气体运动总的流向一致的罐式煅烧炉称为顺流式罐式煅烧炉。（1）顺流式罐式炉的结构和工作原理 顺流式罐式炉由以下几个主要部分组成：1)炉体包括罐式炉的炉膛和加热火道；2）加料、排料和冷却装置；3）煤气管道、挥发分集合道和控制阀门；4）空气预热室、烟道、排烟机和烟囱。罐
16、式煅烧炉的炉体（见图 3-9）是由若干个用耐火砖砌成的相同结构及垂直配置的煅烧罐所组成。每个罐体高 3-4m，罐体内宽为 360mm，长 1.7-1.8m，每四个煅烧罐为一组。根据产量的需要，每台煅烧炉可配置 3-7 组，大多数罐式炉由 6 个组组成，共有 24 个煅烧罐。在每个煅烧罐两侧设有加热火道 5-8 层，目前多数为 6 层。现将 6 个组的罐式炉的基本尺寸列于表 3-5。表 3-5 6 个组罐式炉的基本尺寸炉体尺寸(长宽高)蓄热室尺寸(长宽高)煅烧罐尺寸(长宽高)火道尺寸(长宽高)火道层数相邻两蓄热室中心距离1576096009990mm12409704390mm1780360340
17、0mm4013215479mm61200mm相邻两煅烧罐纵向中心距离(组与组)(同一组)相邻两煅烧罐横向中心距离煅烧罐两侧火道中心距离支承底板表面标高1330mm1070mm2075mm740mm5300mm罐式炉两侧火道的最高温度可达到 1300-1350。加热燃料由两部分组成，一部分是原料煅烧时排出的挥发分，另一部分是外加煤气。煤气和挥发分在首层火道燃烧，炽热的火焰及燃烧后的高温气流由烟囱及排烟机产生的抽力引导，从首层火道末端向下迂回进入第二层火道，又由第二层火道向下迂回进入第三层火道。最后，从末层火道进行蓄热室，在蓄热室通过格子砖的热交换使冷空气加热到 400-500。预热后的空气上升到
18、第一层火道，与挥发份或煤气混合燃烧。通过蓄热室的烟气，经总烟道和排烟机由烟囱排入大气。此时，烟气温度还有 500-600，其余热可以继续利用。原料在煅烧时排出的挥发分，从煅烧罐上部排出，进入挥发分集合道及分配道，再向下引入第一层火道及第二层火道燃烧。原料通过炉顶的加料机构间断地或连续地加入罐内，接受罐两侧火道间接加热。原料在罐内经过预热带排出水汽及一部分挥发分，再往下经过煅烧带（相当于加热火道的1-3 层） 。在此处，火道温度达到 1250-1350。原料在煅烧带继续排出挥发分，同时产生体积收缩，密度、强度不断提高。最后，原料从煅烧带继续排出挥发分，同时产生体积收缩，密度、强度不断提高。最后，
19、原料从煅烧罐底部落入带有冷却水套的冷却筒，使灼热的原料迅速冷却下来，再经过密封的排料机构定期或连续排出。原料在罐内停留时间达 18-36h，每个罐的排料量一般为 60-100kg/h。原料在煅烧罐内停留时间可用（3-1）式计算：公式（3-1）式中 Z停留时间，h；煅烧罐的长度，m；煅烧罐的宽度，m；h煅烧罐的高度，m；原料平均堆积密度，kg/m 3；Q每罐每小时排料量，kg/h。由式（3-1）可知，由于罐体的尺寸是固定的，原料在罐内停留时间，主要受原料的堆积密度及每小时排料量的影响。当煅烧固定品种时，堆积密度也可视为常数，因此，停留时间直接与每小时排料量呈反比关系，排料量愈多，则原料在罐内停留
20、时间愈短。（2）顺流式罐式煅烧炉的生产工艺 为了保证煅烧物料的挥发分在煅烧过程中能够均匀地逸出，避免原料在煅烧罐内结焦，对于含挥发分高于 12的石油焦，要加入低挥发分的原料混合煅烧。混入焦可用沥青焦或回炉重新煅烧的焦炭，其加入量视原料焦的挥发分而定。一般混合焦的平均挥发分控制在 5-7，粒度以 50mm 为宜。用加料和排料来控制煅烧质量，这是在煅烧生产中常采用的一种方法。在温度正常的情况下，加料和排料需按时、适量，以保证火道内总有一定的挥发分在燃烧。一般地说，在炉内温度恒定的情况下，排料量应不使罐内料面的允许高度有所改变，并且排出的热料不应有红料为宜。而在加料时，供给的原料不应含有过高的水分，
21、而且要加得均匀。提高罐式煅烧炉产量和质量的关键，是适当提高炉温或延长煅烧带。虽然罐式煅烧炉的火道温度最高可达 1300左右，但由于煅烧物料与火道温度之间存在着温度差（一般相差 100-150） ，因此，要保证煅烧的质量，煅烧带（主要是 1-3 层火道）的温度必须控制在 1250-1350。实践证明，罐式煅烧炉内火道温度是受许多因素制约的。一般说来影响煅烧炉内火道温度的主要因素有以下几方面：1）燃料燃烧的影响。在正常生产中，原料在煅烧时所产生的挥发分是热源的主要部分。因此，对挥发分必须充分利用，但又要严格控制。如果挥发分不足，就要用煤气及时进行补充，否则煅烧温度就要下降，影响煅烧质量。如果挥发分
22、过多，要关闭煤气阀门，调整挥发分的拉板，控制挥发分的给入量。否则，挥发分过量，个别火道温度过高，会烧坏炉体。因此，在生产中，为了确保煅烧炉火道温度的恒定，对原材料的配比，挥发分和煤气的用量都要严格控制，及时进行调整。2）空气量的影响。经预热的空气进入量的大小也是保证煅烧炉温度火道恒定和煅烧质量的一个重要环节。因为只有空气量调整适当，燃料才能充分燃烧，煅烧炉的火道才能达到高温，煅烧的质量才能得到保证。空气量不足时，燃烧不充分，火道的温度下降，同时，还会在进入蓄热室或烟道以后继续燃烧，以致烧坏设备；空气量过多时，就会把火道内的热量带走，使火道温度降低，燃烧质量下降。3）负压的影响。炉子负压的控制也
23、是极为重要的。以每组炉室顶部负压在 49-98Pa，罐内负压接近零最为理想。负压过大，火道内空气流量大，热损失大；负压过小，则挥发分难以抽出，预热空气也将供给不足，燃烧不完全。因此，在煅烧炉生产中，只有很好地掌握煤气、空气和挥发分的供给量与负压大小的相互关系，并且严格执行生产技术操作规程，才能保证恒定的煅烧温度，提高原料的煅烧质量。各炭素厂的罐式煅烧炉，虽然炉体结构大同小异，但煅烧原料种类不一样，对煅烧质量要求不一样，工艺操作条件也有所差别。现将 6 层火道的罐式煅烧炉的主要工艺操作条件举例如下：首层火道温度（） 1250-1350二层火道温度（） 1250-1350六层火道温度（） ，不大于
24、 1250排烟机前废气温度（） 400-500首层火道负压（Pa） 9.8-14.7六层火道负压（Pa） 78.4-98原料在罐内停留时间（h） 34-36炭质烧损（） 2-5排料量（kg/罐h）少灰混合焦 65-75无烟煤 70-80煅烧后少灰混合焦质量指标真密度（g/cm 3） ，不小于 2.04电阻率（m10 -6） ，不大于 650煅烧炉的密封和煅后料的冷却也是重要环节。如果煅烧炉的密封性能不好，将使煅烧原料烧损，火道温度降低或者烧坏炉体。特别是排料装置要有好的密封性，否则，灼热的煅后料将大量被氧化，也会把排料设备烧坏。与此同时，煅后料的冷却装置的冷却效果要好，使煅后料能迅速冷却。由于
25、石油化工厂已经将釜式焦化改为延迟焦化，使顺流式罐式炉在煅烧高挥发分的延迟焦时产生了不少困难，为此把炉体结构改造为上窄下宽罐体的逆流式罐式炉。3.2.1.2 逆流式罐式炉的结构和生产工艺罐内煅烧物料流向与火道内热气流运动总方向相反的罐式炉叫逆流式罐式炉。（1）逆流式罐式炉的炉体结构和工作原理 逆流式罐式炉的炉体是由煅烧罐、火道和挥发分道等组成，每四个罐为一组，每座炉可根据产量配置 6-7 组。逆流式罐式炉炉体结构图示于图 3-10。逆流式罐式炉在炉体结构上与顺流式罐式炉的区别：1）逆流式煅烧罐由厚度为 80mm 的耐火砖砌筑而成，带有适当的锥度，上部内宽为260mm，下部内宽为 360mm。由于
26、截面自上而下逐渐扩大，使原料在下移的过程中容易产生相对位移而松动，从而为避免结焦和堵塞炉子创造了有利条件。2）逆流式罐式炉的水平火道增加到八层，其目的在于加长煅烧带，增加原料在罐内的煅烧时间，以便充分利用挥发分而达到高产优质的目的。3）逆流式煅烧罐还把挥发分出口设置得高于煅烧料面，并且加大了挥发分出口和分道的截面，以便于挥发分顺利排出。4）逆流式煅烧罐取消了蓄热室，采用加热火道所传递的热量和煅后料的余热来加热炉底空气预热道，从而把冷空气加热，其目的在于简化炉体结构，并利用余热。煅烧罐的两侧是加热火道，火道是沿罐体的高度配置的，每层火道是用硅砖和火道盖板砌筑的。煅料从第八层火道喷嘴喷入（或从第五
27、层火道喷嘴喷入） ，燃烧后沿火道由下向上迂回流动，最后经集合烟道到余热锅炉或副烟道排出。由于煅烧料是由上往下移动，而热烟气由下往上迂回流动，就使物料与烟气在炉内形成了逆流，从而提高了热的利用率。挥发分总通道是设计在煅烧罐的上部，每两个煅烧罐的挥发分通道互相联通，同时还与边墙的挥发分垂直道相连。挥发分从罐内逸出后，就直接进入挥发分垂直道，然后通过挥发物的拉板调节或分别进入第一、第八和第五层火道，或直接进入余热锅炉。挥发分垂直道具有清扫容易，减少炉顶散热和改善操作条件等特点。第八层火道的下部还有两层空气预热道，冷空气从调节风门进入第十层空气预热道，经十、九两层预热后就可进入第八层或第五层火道，与煤
28、气或挥发分混合而燃烧。预热空气量是由第九层空气预热道末端的空气拉板来调节的。罐式煅烧炉的喷火嘴是用两种形状简单的异形砖砌成的。它的结构特点是：煤气和挥发物分别进入火道，因而煤气和挥发物就可以在该处同时使用。炉子的总负压是由烟道闸门、锅炉和副烟道闸门来调节的。而每层火道的负压则是由该层火道的负压拉板来控制的。（2）逆流式罐式炉的生产工艺 逆流式罐式炉在生产工艺上除了与顺流式罐式炉具有相同之处外，还有以下不同点：1）在逆流罐式炉的生产过程中，保持低料面操作，可以保证挥发分出口畅通无阻。适当提高首层火道温度，使延迟焦中的挥发分在短时间内排出，避免结焦堵炉。2）在逆流罐式炉的生产中，煅烧料料面的高低是
29、由自动探料装置控制的，它能使煅烧料面终保持在一定高度范围内。当罐内料面低于控制位置的，加料装置自动加料；当料面达到控制位置时，加料装置停止加料。连续自动加料和连续排料，保证了挥发分均匀排出，使罐内煅烧料不断松动，可防止结焦。3）逆流罐式炉进行延迟焦这类高挥发分烧时，在操作上要求较高，对负压和空气量必须严加控制，要保持一定负压，使挥发分均匀排出和充分燃烧。4）煅烧混合焦时，沥青焦应破碎到 20mm 以下（螺旋加料机的构造限制） ，并在预碎时要求配比准确，混合均匀，以避免结焦现象。3.2.1.3 罐式炉的优缺点罐式炉虽然形式较老，却有它的优点：1）热利用率高。这种炉子可以利用原料煅烧时排出的挥发分
30、。煅烧石油焦的挥发分热值高达 5837kJ/m3，几乎与发生炉煤气的热值相当。如煅前焦的挥发分较高，可以停用煤气。正常生产时，燃料自给有余，节约燃料费用。2）煅烧料缓慢地通过炉膛，挥发分在焦炭表面热解，形成热解炭膜，提高了焦炭强度。而且因煅烧料移动缓慢，耐火砖磨损较小。3）由于罐式炉煅烧罐是密闭的，在非排料情况下是很少有空气进入，故煅烧料的氧化烧损比较小，一般在 2-5。4）煅烧料在罐内的停留时间可以随时控制，保证煅烧质量均匀。但是，这种炉型需要较多的异形硅砖，基建投资较大，施工时间长；热烟气不易自动调节平衡，造成温度高的火道温度愈来愈高，而温度低的火道温度长期偏低。3.2.1.4 罐式炉的烘
31、炉（1）烘炉的理论依据 烘炉就是将砌筑好的炉体由低温状态加热到高温状态的过程。由于罐式炉是一个复杂的砖砌体，各种材料有不同的特性，所以要保证炉体的完整和密封，必须制定出合理的烘炉曲线和操作制度。罐式炉炉体的主要砌筑材料是硅砖，因此烘炉曲线的制定与硅砖的性质以及它在不同温度下的膨胀特性密切相关。硅砖具有导热性好，高温下荷重软化点高（硅砖的耐火度可达 1700-1750，在 0.2Mpa 的荷重下，软化点可达 1640和抗煅烧物料磨损等优点，但其耐急冷急热性能差，剧烈的温度波动，将会使它发生破损。硅砖是由含模糊石英（SiO 2）很高的硅石制成。SiO 2能以多种结晶形态存在。它们是-石英、-石英；
32、-方石英，-方石英；-鳞石英、-鳞石英、-鳞石英。SiO 2的不同结晶形态只要达到晶体转化温度，就在发生晶型转变，从而造成硅砖体积的急剧膨胀和收缩。SiO 2晶型体积随温度变化曲线示于图 3-11。由图可见，在加热时，方石英的体积变化最大，其次是石英，而鳞石英则较为缓和。罐式炉的烘炉曲线就是根据不同温度区间硅砖的膨胀特性而制定的。一方面要考虑硅砖本身受热后体积膨胀，另一方面也要尽量保持炉体各部位温度均匀性。（2）烘炉升温制度 烘炉的全过程可以分为两个阶段，即干燥期和升温期。干燥期的目的是排出砌体的水分（主要是灰浆中的水分） ，水分排出太快会影响灰缝的严密性，一般情况下，低温干燥需 3-6 天。
33、升温期是使炉体逐渐升高到正常生产的高温（1300左右） 。烘炉的关键是控制炉体的膨胀量。根据实践经验，全炉每天最大膨胀量不应大于0.03-0.05。现将一台六层火道罐式炉烘炉时升温制度举例示于表 3-6。按该表升温制度烘炉时，烘炉全过程为 41 天。烘炉时，在炉体的高度、长度及宽度方向均应设置标尺，定时观察炉体膨胀量，并进行记录。如出现异常膨胀，应立即查明原因及采取相应措施。当炉温升高到 1300-1350时即可转入正常生产。表 3-6 罐式炉烘炉温度制度温度范围， 升温制度，/h 保温时间50135 1 135保温 3 天135235 1 235保温 3 天235335 1335475 1.
34、5475575 1 575保温 3 天575600 1600735 1.9735885 2.0 885保温 3 天8851300 4.6（3）烘炉用燃料 烘炉所用燃料可以是固体（如焦炭、煤、木柴） 、液体（重油、柴油）和气体（煤气） 。罐式炉烘炉多采用气体燃料。3.2.2 回转窑目前世界上大约有 85的煅后焦是用回转窑生产的。用回转窑煅烧炭素原料，与罐式炉不同的是：罐式炉的煅烧物料是间接受热的，而回转窑中煅烧物料是受火焰直接加热的。3.2.2.1 回转窑的结构煅烧回转窑包括煅烧窑（大窑）和冷却窑（小窑） 。大窑由窑头、筒体和窑尾三部分组成，窑体的大小根据生产需要而定，较小的回转窑内径只有 1m
35、 左右，长 20m 左右；较大的回转窑内径可达 2.5m-3.5m，长 60m-70m。回转窑炉体结构如图 3-12 所示。为了使物料能在窑内移动，窑体要倾斜安装，其倾斜度一般为窑体总长的 2.5-5。（1）筒体 筒体是一个纵长的，由厚钢板卷成圆筒并焊接或铆接而成，内衬耐火砖。筒体借助轮缘在托辊上回转。为了防止筒体从托辊上滑下，在每个轮缘的两侧还要安装挡辊。筒体的传动装置是由一组齿轮构成的。电动机经减速机带动齿轮，使筒体转动。直接装在筒体外壳上的大齿轮称为冕状齿轮。冕状齿轮是用弹簧（或键子）固定在筒体的外壳上，当外壳受热时可以自由地膨胀。冕状齿轮应以整个齿面和传动齿轮互相啮合，两者之间的啮合必
36、须平稳而协调。大窑筒体的转速可用变速电动机的转数变化来调节，一般不超过 2.5r/min。（2）窑头 排出煅烧料及喷入燃料的一端称为窑头。窑头有固定式和可移动式两种。窑头内衬耐火砖并安装有燃料喷嘴和观测孔。煅烧好的物料从窑头底部的下料孔落入冷却窑。在窑头和筒体结合部位装有密封圈，以防止外部空气进入窑内。（3）窑尾 加入原料及排出废气的一端称为窑尾。窑尾经常做成可移动的，里面也砌有内衬。通过电磁振动给料机从窑尾上方连续加料。窑尾与烟囱的烟道相通。窑尾下部还与沉灰室相连。在窑尾与筒体的结合部位也装有密封圈。（4）冷却窑 冷却窑是一个钢制圆筒，其倾斜方向与大窑倾斜方向相反。它的支撑装置及传动装置与筒
37、体相似。在冷却窑外部设有淋水装置，以冷却煅后窑。在冷却圆筒内还装有一定量的提料板。在排料端安装有密封装置。除一般回转窑外，还有不同规格的变径窑（即回转窑的全长分为直径略有不同的两段）专用于煅烧延迟焦。现将几种不同规格的回转窑及其产能列于表 3-7。表 3-7 回转窑的规格与生产能力窑体内径，m 窑体长度，m 生产能力，t/h1.4 24 2.02.51.5 27 2.52.1 36 3.5变径 1.3/1.5 28 14变径 1.6/1.7 36 2.53.5变径 3.05/2.44 57 5.03.2.2.2 回转窑的生产工艺回转窑的生产工艺流程图示于图 3-13。回转窑生产时，原料从贮料仓
38、经过给料机连续向大窑窑尾加料，由于窑体略呈倾斜，所以随着筒体的缓慢转动，原料就逐渐向窑头移动。从窑头喷嘴喷入煤气或重油，与窑头控制的空气混合燃烧，形成一个长达 5-10m 的高温煅烧带，煅烧带达到 1200-1350。原料在窑内停留的时间只有 50-60min，窑内所产生的废气则借助排烟机和烟囱的抽力排入大气。回转窑的燃料为煤气或重油，还有煅烧物料所排出的挥发分。当煅烧挥发分低的炭素原料（如沥青焦或无烟煤）时，燃料喷嘴连续工作；当煅烧挥发分大于 5的原料时，喷嘴仅在大窑升温时工作，在升温以后，为了调整燃烧带才偶尔进行工作。在正常情况下，很少用外加燃料，主要靠煅烧料排出的挥发分燃烧来维持窑内高温
39、。回转窑的工艺参数主要包括：装料容量，物料在窑内移动速度，温度制度和压力制度。（1）装料容量 筒体内的装料体积决定于筒体工作段的尺寸，其填充率大致波动在6-15范围内。筒体内径愈大，填充率愈小。例如内径为 1m 或小于 1m 的窑内，填充率为 15；而直径为 2.5-3m 的仅为 6。但美国很多大型回转窑，直径在 3m 以上，但填充率仍维持在 11左右，生产效率高。我国现有回转窑的填充率只有 3.4-6。为此，有必要改进回转窑的设计和工艺制度。（2）物料在窑内的移动速度和停留时间 物料在窑内的移动速度对回转窑的煅烧质量和生产能力影响很大。如果物料在窑内停留时间过短，那么物料得不到充分的热处理，
40、煅烧质量变差；如果物料在窑内停留时间过长，将使烧损增加，煅后料灰分增加，产量减低。前苏联规定物料在窑内停留时间不少于 30min；我国为 50-60min，美国为 60-90min。物料在窑内的移动速度与窑体的倾斜角、转数、窑体内径等参数成正比，还与窑内料层断面对窑中心的圆心角等有关。郝道劳夫曾导出一个公式，可作参考：公式（3-2）式中 -在整个料层断面上物料顺窑中心线方向线方向运动的平均移动速度，m/s；D窑的内径，m；窑的回转数，r/min；窑内料层断面对窑中心的圆心角， （） ；窑体的倾斜角， （） ；物料在窑内的的最大静止角， （） （一般为 40-50） ；校正系数（由实验求出，在
41、1.5-1.7 之间） 。在窑长为 L（m）时，物料的停留时间 T（s）为：T=L/ （3-3）当已知窑的填充率（） ，物料的堆积密度（r）和物料的移动速度（）就可按下式算出窑的产量 Q，t/h：Q=焦炭在煅烧带的停留时间，在一定程度上可用改变温度的办法来调整。（3）窑内传热与温度 在回转窑的物料，随窑体不断旋转，由窑尾向窑头缓慢运动，在运动过程中受到火焰高温而被煅烧。上层物料由高温热气流的辐射和对流而加热。料层下部的物料则由窑内衬传导而加热，而料层中部的物料则是靠物料本身的热传导而加热。物料因窑体转动而不停翻动，物料交替受热，所以，可以认为在同一断面上，物料的温度是均匀的。煅烧窑的温度可以分
42、为三个区间（带） 。第一段是物料干燥和预热带。该带位于从窑尾开始的一段较长区域内。物料在此脱水并排出挥发分，应尽可能利用热烟气的热与挥发分煅烧热。其温度在高温端 800-1100，加料端为 500-600。筒体愈短，排出烟气温度就愈高。第二段是煅烧带，它的起点位于距煤气喷嘴 2m 左右的地方。该带温度最高达 1300，物料在此被加热到 1200左右。煅烧带的长度取决于燃料燃烧火焰的长度。例如 2.245m 的窑煅烧长度一般为 8-10m.如果被煅烧的物料中含有较高的挥发分，煅烧带的长度可扩大到 12m。第三段为冷却带，它位于窑头端，这一带长度为 1.5-2m，具体长度要根据喷嘴安装位置而定。回
43、转窑在正常生产时，其煅烧带的温度控制在 1300-1350，由于稳定煅烧带的高温是提高回转窑的产量和质量的关键，所以，在回转窑煅烧工艺中，对于影响煅烧温度的主要因素必须严加控制。1）煅烧带的长度和位置对于煅烧作业有很重要的意义，因为它与物料的烧损有关，也与保护窑头与煅烧的最高温度有关。煅烧带应处在保证窑头不被烧损的最近距离。若离窑头过远，物料的烧损将急剧增加，因为在这种情况下，送入窑内燃烧挥发分所需的空气过剩，过剩的空气通过已煅烧好的温度达 1100-1200的料层时，就使煅烧料燃烧。若煅烧带过长将出现空气量不足，一方面使挥发分不能充分燃烧而降低其热效率；另一方面，未完全燃烧的挥发分可能在空气
44、尾处与随物料带入的空气一起燃烧，而使窑尾烟气温度急剧升高。因此，在回转窑的燃烧生产中，煅烧带的加长应在煅烧的长度方向都能保持最高温度才是有益的。2）燃料量和空气量的合理配比是保证回转窑煅烧温度的关键。一般来讲，燃料完全燃烧所需要的空气量要比理论空气量大一些，而实际空气需要量要比理论需要量大多少，可用空气系数来表示：公式（3-5）式中 m空气系数；Va实际空气供给量，m 3；V6a理论空气需要量，m a。回转窑煅烧过程中，若空气系数合适，燃料燃烧完全，窑内温度较高，目测火焰呈深蓝色；如果空气系数过大，空气量过多，窑内产生废气量增大，废气带走热量，使窑内温度降低，目测火焰呈浅蓝色；如果空气系数过小
45、，空气量不足，燃料燃烧不完全，窑内温度低，目测火焰呈浅蓝色；如果空气系数过小，空气量不足，燃料燃烧不完全，窑内温度低，目测火焰呈褐色。正常情况下，空气系数以 1.05-1.10 为宜。3）给料量均匀、稳定和连续才能保证煅烧质量。如果给料少，且不均匀，会使物料烧损大而降低实收率，回转窑的生产能力也将受到影响；如果给料量过多，则料层太厚，物料煅烧不透，影响煅烧质量。回转窑的生产能力也将受到影响；如果给料量过多，则料层太厚，物料煅烧不透，影响煅烧质量。回转窑的生产能力也将受到影响；如果给料量过多，则料层太厚，物料煅烧不透，影响煅烧质量。回转窑给料量取决于窑体内径，一般规定窑内料层厚度以 200-30
46、0mm 为宜。4）回转窑正常生产时，窑内始终保持负压，负压过大或过小对窑内温度控制和煅烧质量不利。负压过大，造成窑内抽力增大，料粉被吸走而导致实收率下降，窑内火焰会被拉长，相应地使燃烧带的热力强度和温度降低；为了保证煅烧质量不得不增大燃料用量，挥发分燃烧不完全而被吸入烟道燃烧，导致废气温度过高，不仅热量损失，而且容易烧坏排烟装置；窑尾温度过高，造成刚进入窑尾的物料产生不均匀收缩，挥发分急剧逸出，导致煅后粉料增多。如果负压过小，造成窑内外压差小，使窑头、窑尾冒烟，恶化操作环境；燃烧火焰不稳定，窑头有引起火焰反扑的危险；煅烧带由于火焰不长而变短，直接影响煅烧质量和产量，窑内烟气流动差，造成窑内混浊
47、不清，难以观察煅烧温度。回转窑的负压通常用调节窑尾余热锅炉的引风机抽力来控制的。当煅烧带移向窑头，则增加窑尾负压。反之，则降低窑尾负压。由于煅烧物料不同，要求负压的大小不同，一般窑头负压控制在 19.6-49.0Pa 水柱以上。3.2.2.3 回转窑的优缺点与罐式炉和电煅烧炉相比，回转窑有以下优点：1）结构简单，材料单一，造价低，修建速度快；2）生产，中等规格的回转窑生产能力为 2.5-3.5t/h；3）原料更换方便，对原料适应性强；4）便于实现机械化和自动化；5）燃料消耗少，燃烧高挥发分延迟焦时，主要靠自身挥发分的燃烧来维持窑内高温；6）使用寿命长，一般可用 20-30 年。回转窑的缺点是：
48、1）物料氧化烧损大，一般为 10左右，从而使灰分增加；2）由于窑体旋转，煅烧物料在窑内转动，造成内衬耐火材料的磨损和脱落，使煅烧料灰分增加和检修频繁。3.2.2.4 提高回转窑产量和质量、降低消耗的途径随着炭素工业的扩大生产，罐式炉的生产能力已不能满足需要，故逐渐转向回转窑。但我国回转窑的产量与质量和世界先进水平相比，还存在较大差距，主要表现在生产能力、炭质烧损率等几项主要指标。窑单位体积生产能力方面，世界先进水平为国内水平的三倍，而炭质烧损率则国内比世界先进水平高 1.4-3 倍，特别是煅烧焦质量明显低于先进水平。提高产量和改进质量可以从以下途径着手。（1）提高回转窑的生产能力 国际上趋向于集中煅烧石油焦，采用大型回转窑。我国目前 30m 以下的回转窑，热效率和生产效率低，物料在炉内停留时间短，煅烧质量差，故也可采取根据地区条件，由煅烧设备好，生产能力大的炭素厂集中煅烧石油焦的措施。我国回转窑，物料停留时间短，为 30-50min。同时由于内衬质量差，只能把煅烧温度维持在下限。由于传热速度的影响，使煅烧料的升温滞后于烟气 100-150，当停留时间短时，更为严重。因此，在设计新回转窑时应调整工艺参数。如填充率可由 3.4-5提高到 6
