第四章 原料的煅烧,4.1 煅烧的概念和目的 固体炭质原料在隔绝空气或空气很少的条件下进行的高温预热处理过程称为煅烧 在煅烧过程中，各种炭质原料的结构和元素组成都发生了深度的变化，从而提高了物理化学性能 炭材煅烧分为: 火焰煅烧:火焰煅烧一般煅烧温度为1250～1350℃， 电煅烧，电煅烧温度可达2000℃左右 火焰煅烧：直接煅烧（回转窑）；间接煅烧（罐式炉）,,4.1.1、 煅烧目的 1.排除原料中的挥发分； ——C-H-N-S,1300℃，V：7～18％——0.5％； 2.提高炭质原料的密度和机械强度——分子结构变化； ——延迟石油焦du提高30％左右，体积收缩30％～50％，dk提高12％左右，块抗压强度提高30％左右； ——无烟煤体积收缩5～13.5％）； 3.提高原料的导电性能； ——导电性是排挥发、提密度的综合效果；结构变化； 4.排出原料中的水分； ——3～10％水分，不利破碎、筛分、磨粉操作的进行，同时影响粘结剂对炭颗粒的浸润粘结能力； 5.提高原料的化学稳定（抗氧化）性 ——杂质排除，碳氢价电子活性大，其热解还可生成稳定碳膜4.1.2 煅烧质量 影响煅烧质量的关键——煅烧温度、高温持续时间 （阳极料煅1250℃左右，石墨用1300 ℃以上）。
煅后石油焦质量指标 ——du=2.05～2.08g/cm3; ρ粉末 550μΩm,常见原料的煅烧质量控制指标,,4.2炭原料煅烧过程中的物理化学变化和煅烧质量要求 4.2.1 炭素原材料煅烧过程中的物理化学变化（6） 1.挥发分的排出（油焦成焦500 ℃ ，V500～800℃快，800～1100 ℃较缓) 2.真密度的变化(1000℃前缩聚反应，线性升；1000～1100平拐点，后体积收缩du继续升高.） 3.体积收缩和质量损失（1000微裂纹） 4.电阻率的变化（500～800℃，1230；800～1000℃缓变；1000～1300少量）,,5.孔隙率与氧化重量损失的变化（1000℃，微裂纹，再次增；氧化损失呈下降趋势） 6.石油焦煅烧后氢含量的变化（挥发分700℃大量H；1000℃挥发物中80～90％H；H与收缩、电阻相关，要求 0.05％，适宜温度1230～1280℃,,我国阳极用煅后石油焦质量指标（YS/T625-2007）,,4.3 煅烧工艺与设备 4.3.1 原料的预碎 50±20mm ——烧不透；过烧——块度基本均匀：颚破、双齿辊 煅烧设备：回转窑；罐式煅烧炉；电热煅烧炉 4.3.2 罐式煅烧炉 4.3.2.1罐式煅烧炉主要组成： 罐式炉由多个相同的煅烧罐组成。
每个罐体高约4～5m，罐体内宽为360mm，长为1.7～1.8m，每四个罐为一组多为24、36罐 ① 炉体——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 1.顺流式罐式煅烧炉——物料流动与热气体流动方向一致 (1) 顺流式罐式煅烧炉炉体结构和工作原理 原料炉顶部加入，预热、挥发道－一层火道，2、3层火道1250～1380℃——被煅烧——到底部带有水套的冷却筒——密封的排料机构排出（60～100kg/罐.时）停留20～36h （p69图4-6),,,图4－6 顺流式罐式煅烧炉炉体结构 1－煤气管道； 2－煤气喷口； 3－火道； 4－观察口； 5冷却水套； 6－煅烧罐； 7－蓄热室； 8－预热空气道 逆流炉 （略）,,4.3.3、罐式炉中原料在燃烧罐内的停留时间： 式中：Z—料停留时间（h)； a—罐长度（m)； b—罐宽度（m)； h—罐高度（m)； r—原料平均堆积密度（kg/m3); Q—排料量（kg/h) 例：1780×360×5000；原料平均堆积密度800（kg/m3); 每小时排料量为80 kg/h。
计算物料的停留时间？ 解： Z=1.78×0.36×5. 0×800÷80＝32.04≈32（h） 顺流罐式炉的优缺点 优点：质量好；可充分利用挥发份；氧化烧损小；热效率高；生产连续；维修量少，费用低 缺点：异型砖规格多，投资大；高挥发分料、碎焦多时，易结焦堵炉或放炮，操作困难；环保治理难，不易实现自动化4.3.4.罐式煅烧炉的工艺操作 (一)技术要求 主要有：1、控制各火道温度（重点上火道）和废气温度， 2、调整好负压（预热空气量和挥发分）， 3、排料适量 一般要求,负压制度：首层：40~60pa;六层80~100pa上不冒挥发份，烟囱不冒烟 低：挥发份在首层排不完，棚料、结壳，三层温度高，六层低 高：挥发份在上层火道燃烧不完全，温度低，六层未完全燃烧就被排出炉体二)工艺操作技术 24罐八层火道顺流罐式炉工艺操作条件——参考（7） ： ① 煅前焦的挥发分需配置在9～11％左右； ② 加排料同步进行，避免加排料过大，焦子烧不透真密度2.05～2.08g/cm3时，排料量为60～100kg/罐·h ③ 煅烧焦温度达到1150～1200℃，火道与焦子温差为100～150℃保证1、3层1300℃，提高6层温度1150℃左右。
④ 负压：首层火道40～60pa，六层80～lOOpa，烟道120～160pa，——排挥发分、提供充分氧气 低——挥发分排不完全，棚料、结焦；首、三火道温度高，六火道温度偏低； 大——首、三火道部分燃烧，温度低，六层未完全燃烧排出 合理负压确定——炉面不冒挥发分；烟囱不冒烟；首、三层温度达到规定温度，总负压不低于160Pa ⑤ 清理制度（用高压风吹进行清理）： 1)挥发分道、各通道、溢出口一月左右一次； 2)罐壁结焦：3～4月清理一次； 3)下火口：要及时清理⑥ 煅烧焦在炉内的停留时间：36h左右 ⑦ 注意煅烧炉的密封和煅烧料的冷却 密封不好：料烧损、温度或高或低，排料：烧设备，进冷空气“放炮”；冷却效果好 提高罐式炉产量和质量的关键： 1、适当提高炉温—— 1300℃ 1200～1250℃；兼顾炉寿命 2、拉长燃烧带——合理负压；适当增加火道,罐式炉常见故障及处理,,4.3.5 回转窑 基本概念：它是一种直接加热物料的煅烧设备结构简单，产量大，机械化程度高，建设速度快；烧损大（6～10％），实收率低，碎料多，修理频度高24、36、45、55－φ3.43×67.1m 1.回转窑的结构 大窑、小窑；窑头、窑体、窑尾；用14mmA3铆、焊，内砌耐火料；托轮支撑，弹簧钢、大齿轮带动；倾斜2.5～5％（倾角β 1.5～3.0°）；转速2～5/min；料停留30～60分钟； 回转窑生产时，原料生焦从贮料仓经给料机连续向窑尾均匀加料，随着窑体的转动原料在倾斜的窑体内逐渐向窑头移动。
由窑头喷入的燃料和石油焦的挥发分与从窑头及配风口进入的空气（1次风）混后合燃烧，形成一个长达5~10米的高温煅烧带，煅烧带温度达到1200~1300℃，直接对石油焦进行加热煅烧，原料在窑内停留的时间约30~60分钟，大窑内产生的废气借助排烟机和烟囱的抽力经沉灰室、余热锅炉排入大气 高温料由窑头底部排出并进入冷却窑中喷林冷却 回转窑煅烧石油焦时，主要靠原料焦的挥发分燃烧提供热量，很少用外加燃料，只是在启动升温或调整温度时，才喷入重油、煤气或天然气等外加燃料升温l—筒体； 2—炉衬； 3—托辊； 4—轮缘； 5—大齿轮； 6—传动齿轮； 7—窑头； 8—排料口； 9—冷却机；10—沉灰室； 11—燃烧喷嘴； 12—三次风管； 13—二次风管,,回转窑结构示意图,,2.回转窑的工艺参数——料容量、移动速度、温度、负压制度 ⑴ 装料容量——料层200～300mm，（影响煅烧、料运动、给热条件） 充填（率）系数：随φ增大而减小 φ1m－12～15％；φ2.5～3.0m－6～8％ ⑵ 物料在窑内的移动速度——质量、产能 时间过长：烧损增加，产能低，灰加；过短：烧不透≮ 30min ——窑倾角、转速、内径呈正比；料断面圆心角。
平均转速经验公式： 式中： D－窑内径； n－窑转速； α－物料安息角，45～50度；β－窑倾角 物料停留时间： L：窑长度,m r：料堆积密度；A充填率,,例题：L=55m，D=2.3m，n=2.26r/min，窑倾角β＝2.20度，安息角α＝40度, 求物料在窑内停留时间T 解1： ＝2.3×2.26×2.20÷1.77÷ ＝1.022（m/min) ＝55÷1.022＝53.82≈ 54（min) 解2： ＝324×2.3×2.26×sin2.20÷（24＋40） ＝1.010(m/min) ＝55÷1.010＝54.46≈ 54（min) 答：物料在这种回转窑内停留时间约为54分钟,,⑶ 窑内的传热与温度 （一）过程描述：不断旋转——缓慢移动——被加热煅烧 （二）窑内传热：上层——高温气体的辐射和对流换热； 下部——窑内衬传导给热； 中部——物料传导获得热量转翻——交替 （三）回转窑的温度分布： （1）干燥预热带——窑尾部脱水、排出挥发分低温端500～600℃，高温端800～1100℃10～25m，筒短——烟气温度高 （2）煅烧带——中部，起点距窑头10m左右。
1250℃～1300℃ 24m——3～5m; 30m——8～12m与火焰长度相关 （3）冷却带——窑头端7～8m，800～900℃ 稳定煅烧带的高温（1300℃），是提高回转窑产量和质量的关键 （四）影响煅烧温度的主要因素（p81）： ①煅烧带的长度和位置对于煅烧作业具有重要意义——与烧损、保护窑头、最高温度有关——保证不烧坏窑头的最近距离 过远：烧损急剧增加－过多接触空气；过长：烧损多；过剩空气少，挥发分不能充分燃烧，影响窑温；在窑尾燃烧，尾温高；——长窑、长带：加快转速，设置2、3次配风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 空气过剩系数是衡量燃料燃烧是否合理的标志 空气过剩系数过大，进入空气多，增加物料的烧损，且使煅烧带后移；空气过剩系数过小，空气量不足，挥发分燃烧不完全，温度低，物料煅烧不足适当的空气管剩系数，挥发分燃烧充分，温度较高，煅烧质量好一般空气过剩系数为1.05~1.10 ——正常：白焰；较大：火焰红褐色 ——一旦发现，及时调整 ③给料量的均匀、稳定和连续直接影响到热工制度的稳定性 料层厚200～300mm不均：温度波动；料少：产量低、烧损大；过量：烧不透，质量差；阻力大，烟气流通性差，恶化条件。
④负压是窑内煅烧温度控制的重要因素.（窑头的负压在25~30Pa ) 过大： 1、抽力大，实收率下降； 2、火焰拉长，传热强度削弱，温度降低； 3、挥发分未完全燃烧进入沉灰室、烟道燃烧，烧坏设备 过小： 1、窑内、外压差小，头、尾冒烟，污染环境； 2、火焰不稳定，燃烧带变短，降产量、质量； 3、烟气流动差，窑内浑浊不清，难观测煅烧温度 ——负压控制是回转窑生产操作的重要因素控制好负压，就能使燃烧带的位置和长度保持正常，从而稳定产量和煅烧质量窑头负压一般为20～60pa调节温度和控制好温度是回转窑生产操作最关键性的工作操作者必须掌握的调温技能： ①在煅烧温度正常时，做到物料均匀、适量和稳定的加入，保证全窑温度稳定分布 ②当发现煅烧带温度逐渐下降且火焰伸长时并有时发暗的现象，就应该及时调整燃料和空气的配给量，并根据火焰的位置调整负压 ③如果窑内温度过低时，采取增加燃料配给量和增加负压，若仍不能提高窑内温度，就要相应调节加料量 ④在改变燃料配给量时，特别要注意火焰的形状，不能急剧、大量地增加燃料量，必须使燃料完全燃烧为原则白色；红褐色） ⑤当回转窑系统发生故障时，按计划停窑或短暂停窑，都要以稳定窑内热工制度为原则。
思考题： 1、什么叫碳材料的煅烧?炭素原料煅烧的目的是什么？如何控制和评价煅烧质量？ 2、目前炭素生产主要使用哪些煅烧方法？主要炉子有哪些？ 3、简述煅烧过程中原料所发生。