回转窑煅烧技术

  1—筒体；2—炉衬；3—托辊；4—轮缘；5—大齿轮；6—传动齿轮； 7—炉头；8—排料口；9—冷却圆筒；10—炉尾；11—燃料喷口

  ❖ ①窑身 窑身由厚钢板卷成圆筒并用焊接或铆接而成，内衬耐火材料，按一定倾角安装在两 对以上的托轮上。为了冷却煅烧后灼红的物料，在主窑的正下方另安装一台尺寸稍小的冷却 窑。冷却窑的表面用淋水冷却。

  炭素原料通常都含有少数的挥发份，原料经过煅烧可排除其中的 挥发份，来提升原料的固定碳含量。炭素原料一般都含有3～10％的 水份，通过煅烧排除原料中的水份，有利于破碎、筛分及磨粉等作业的 进行，提高碳素原料对粘结剂的吸附性能，有利于产品质量的提高。

  如果煅烧温度过高，原料体积密度降低，制品机械强度下降，而且砌筑煅烧炉 的耐火材料也不允许煅烧温度提得过高。

  因此，合适的煅烧温度是既能够保证煅烧物料的质量，又能延续煅烧设备的 常规使用的寿命。根据长期的生产经验，碳质原料的煅烧温度一般为1250～1380℃。

  ❖ 1）原料所含挥发分的排除 ❖ 碳质原料在煅烧过程中的变化是复杂的，既有物理变化又有化学变化。

  ❖ （2）空气量的影响 经预热的空气量要调整适当，才可能正真的保证燃料的充分燃烧以及足够高的煅烧温度。如果空气 量不足，燃料燃烧不完全，火道温度低，剩余燃料进入预热室或烟道会继续燃烧，以致烧 坏设备。如果空气量过多，空气会把火道内的热量带走，导致火道温度降低，进而影响煅 烧质量。

  ❖ （3）负压的影响 在煅烧过程中，挥发分和空气量的多少，除用人工调节外，主要靠负压大小来控制。罐式 炉火道内负压如果过小，煅烧罐内的挥发分抽不出来，罐内产生正压，会使挥发分从炉顶 冒出，污染罐式炉的工作环境，同时空气量小，燃料燃烧不完全，导致煅烧温度降低。如 果负压过大，火道内的空气流量大，在燃料不多的情况下，会出现空气过剩，热损失增大， 同时也会破坏炉体的密闭性能，导致物料烧损和炉体烧坏。

  炭素原料经过煅烧，随着温度的升高，通过原料的热解和聚合过程， 氢、氧、硫等杂质相继排出，化学活性下降，物理化学性质趋于稳定， 来提升了原料的抗氧化性能。

  原料的煅烧质量一般用粉末比电阻和真密度两项指标控制。原料的煅 烧程度越高，则煅后料粉末比电阻越低，同时线 煅烧工艺的主体参数控制

  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

  ❖ 炭素原料煅烧是在不同的煅烧炉内进行的，根据不同的炉型，其煅烧工艺也有各自不同的 特点。

  ❖ 目前采用较普遍的煅烧炉主要有三种： （1）罐式煅烧炉；（2）回转窑煅烧炉；（3）电热煅烧炉。

  ❖ 罐式煅烧炉由于加热方式和使用燃料的不同，又可分为： ❖ 1）顺流式罐式煅烧炉：燃气的流动方向与原料的运动方向一致。 ❖ 2）逆流式罐式煅烧炉：燃气的流动方向与原料的运动方向相反。 ❖ 3）简易罐式煅烧炉：中小厂采用的燃煤煅烧炉。

  原料在低温烘干阶段（200℃以下）所发生的变化（主要是排除水份）， 绝大多数都是属于物理变化；而在挥发份的排出阶段，主要是化学变化，原 料中既发生芳香族化合物的分解，又产生缩聚过程。

  ❖ 在煅烧过程中随热处理温度的升高碳质原料排出的可燃性气体称为挥发 分。碳质原料所含挥发分的高低，取决于原料成焦温度或变质程度的高 低。一般石油焦和无烟煤都从200～300 ℃开始排出挥发分。挥发分逸 出量随煅烧温度的升高而增大，在一定温度范围内挥发分的排出达到最 大值（石油焦为500～700℃，无烟煤为700～850℃）。若继续升高温 度.挥发份的排出量会急剧下降；当温度达到1100℃以上时，挥发份排 出基本停止，煅后碳质物料的挥发份含量降低到0.5%以下。相对而言， 煅烧过程中无烟煤挥发份的排出比石油焦平稳。

  ❖ 碳质原料块度过大，不仅在煅烧工序保证不了煅后料质量的均一性，而 且受到煅烧设备的限制，使加料和排料造成困难，还会影响中碎设备的 效率。因此碳质原料在煅烧前要预先破碎到50～70mm左右的中等块度， 以确保大小块料均能得到均匀的深度煅烧。

  ❖ 以上几种炉型，由于结构和煅烧工艺条件不同而有明显差别，不仅传热介质类别不同，更 主要的是传热条件和煅烧气氛有所差异。罐式炉和焦炉绝大多数都是一种加热类型，即以耐火 砖火墙传出的热量间接加热碳质原料。回转窑则是另一种类型，燃烧气体与碳质物料接触 而直接加热。电热煅烧炉是借助电能转化为热能加热，被煅烧物料同时起着电阻发热 体的作用。

  程中逸出量多，则其体积收缩大。例如，成焦温度比较低的石油焦在煅烧过程中体积收缩 比较大，达到20%以上，而成焦温度接近煅烧温度的沥青焦，煅烧后体积收缩很小。

  ❖ 总之，在煅烧过程中，炭素原料的物理化学性质的变化主要根据炭素原料的性质，也取 决于煅烧温度。一般煅烧温度控制在1350℃左右，此时，炭素原料形成碳原子平面网络 呈两维空间的有序排列，如果经过更高的煅烧温度，其中所含杂质的进一步排除，原子热 运动加剧，碳原子的平面网格将逐渐向三维空间的有序排列转化，原料性质更趋稳定。应 该指出，炭素原料经过煅烧后，仍残留有少量的挥发份，一般在0.5％以下，而灰份的含 量有所增加。

  ❖ 4.5 罐式煅烧炉的优缺点 优点：煅烧质量稳定，物料氧化烧损小，煅烧物料纯度较高，挥发分可 以充分的利用，高温废气通过蓄热室预热冷空气，全炉热效率比较高。 缺点：炉体庞大复杂，需要大量钢材和规格繁多的异性耐火砖（尤其是

  ❖ 4.4 提高罐式炉产量和煅烧质量的方法 提高罐式炉产量和煅烧质量的关键是适当提高炉温或延长煅烧带，煅

  烧带温度必须控制在1250～1380℃（指火道温度、火道温度与罐内物 料温度相差100～150℃）范围内，火道温度不高于1250℃时要停产调整， 直到温度合格才能正常加排料。如果煅烧带温度偏低，就会影响罐式炉 的产量和煅烧质量，如果煅烧带温度过高，炉体就容易烧坏，导致炉子 常规使用的寿命缩短。影响煅烧温度的重要的因素是燃料、空气量和负压。

  ❖ （2）煅烧炉的密封和煅后料的冷却 如果煅烧炉的密封性能不好，煅烧物料就会烧损，火道温度会降低，

  特别要求排料装置的密封性能更好一些，否则灼红的煅后料将大量被化， 同时会把排料设备烧坏。冷却装置的冷却性能要好，使煅假烧料能迅速 冷却下来，既可减少煅后料的烧损，又可延长设备的常规使用的寿命和改善工 作环境。

  ❖ （1）加排料 按时适量加排料，能够保证火道内总保持一定量的挥发分燃烧，而且

  挥发分的排出量基本稳定，使火道内气温变化不大，这样就可保证煅烧 物料质量的基本稳定。如果加排料过多、过少或不及时；则火道内燃烧 的挥发分就会忽多忽少，导致煅烧温度忽高忽低，既使煅烧物料的质量 不稳定，又影响炉体的使用寿命。

  ❖ 各种碳质原料煅烧后的真密度都有较大 程度的提高，特别是各种石油焦的线g/cm3，提高了约40%。如 图所示，煅烧过程中煅烧料的真密度随 煅烧煅温度的变化呈很好的直线关系。 这表明测定煅烧料的真密度可以直接反 映碳质原料的煅烧程度以及所处的煅烧 温度。煅烧料真密度的提高，主要是由 于碳质原料在高温下不断逸出挥发份并 同时发生分解缩聚反应，导致结构重排 和体积收缩的结果。碳质原料煅烧过程 中真密度的增大与其挥发份的逸出密切 相关。由于真密度可以表示煅烧料的结 构致密化程度和微晶规整化程度，因此 煅后料的真密度可拿来评价煅后料质 量的优劣以及煅烧工艺的好坏。一般来 说，在同样温度下煅烧后物料的真密度 越高，则其赵容易石墨化。

  ❖ 碳质原料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。煅烧是炭素生产的第一道热处理工序，煅烧使各种碳质原 料的结构和物理化学性质发生一系列变化。

  ❖ 无烟煤和石油焦都含有少数的挥发份，有必要进行煅烧。沥青焦和冶 金焦的成焦温度比较高（1000℃以上），相当于炭素厂内煅烧炉的温度， 可以不再煅烧，只需烘干水分即可。但如果沥青焦与石油焦在煅烧前混 合使用，则应与石油焦一起送入煅烧炉煅烧。天然石墨和炭墨则不需要 进行煅烧。

  ❖ （2）提高原料的密度和机械强度 炭素材料经过煅烧，由于挥发份的排除，体积收缩，密度增大，强度

  提高，同时获得较好的耐热性，由此减少制品在煅烧时产生二次收缩。 原料煅烧越充分，对产品质量就越有利。

  ❖ （3）改善原料的导电性能。 炭素原料经过煅烧后排除了挥发份，同时分子结构也发生明显的变化，电阻

  率降低来提升了原料的导电性。一般来说，原料煅烧程度越高，煅后 料的导电性越好，对生产制品的质量越有利。 ❖ （4）提高原料的抗氧化性能。

  ❖ 3）原料的抗抗氧化性变化 ❖ 随着煅烧温度的提高，碳质原料所含杂质逐渐排除，降低了碳质原料的化学活性。同时，

  在煅烧过程中碳质原料热解逸出的碳氢化合物在原料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，来提升了煅后料的抗氧化性能。

  ❖ 4）原料的体积（密度）变化 ❖ 所有碳质原料煅烧后体积都有所收缩，但收缩程度不一样，原料挥发分含量大并在煅烧过

  为了保证煅烧物料的挥发分在煅烧过程中均匀逸出，避免物料在罐内结焦堵炉， 对于含挥发分12%以上的石油焦，可加入低挥发分的物料混合煅烧。加入物料 为沥青焦或回炉重新煅烧的焦炭。混合焦的配比视原料焦的挥发分含量而定，使 混合焦的挥发分控制在7～12%为宜。混合焦应在预碎时混合好，焦粒大小以 50mm为宜，最大不应超过70mm。如果粒度过大，物料不能烧透，会影响煅 烧质量。

  ❖ 煅烧温度是煅烧工序的主要控制参数。 ❖ 经过1300℃煅烧的碳质原料已达到充分收缩，因此通常的煅烧温度选择1300℃

  左右较为贴切。 如果煅烧温度过低，碳质原料就得不到充分收缩，原料中挥发份不能完全排除，

  原料的理化性能不能达到均匀稳定，在下一步焙烧过程中原料颗粒会再次收缩， 会导致制品变形或产生裂纹，而且制品的密度和机械强度都比较低。（为了尽最大可能避免 碳质原料颗粒在焙烧热处理时产生再收缩，一般煅烧温度应高于焙烧温度。）

  回转窑是一台纵长的钢板制作而成 的圆筒，内衬耐火砖。窑体的 大小依据生产要而定，较小 的回转窑内径只有1m左右， 长20m左右；较大的回转窑内 径可达2.5～3.5m，长60～ 70m。回转窑炉体结构如图27所示。为了使物料能在窑内 移动，窑体要倾斜安装，其倾 斜度的大小一般为窑体总长的 2.5～5%。

  式中 t——物料逗留时间，h； V——煅烧罐的有效体积，m3； ——物料平均堆积密度，kg/m3； Q——每小时排料量，kg。

  ❖ （1）燃料的影响 在正常生产中，原料在煅烧时产生的挥发分是热源的主要部分，要充分的利用并严控。 如果挥发分不足，要及时补充煤气，否则煅烧温度就会下降，进而影响煅烧质量。如果挥 发分过多，要关闭煤气阀门，调整挥发分道拉板，以控制挥发分的给入量，否则会使火道 温度过高，烧坏炉体。因此，在煅烧操作中对原料配比、挥发分和煤气用量都要严控 并及时作出调整。