焙烧工艺学

焙烧工艺学青年进修学院讲义任课教师：穆永平青年进修学院讲义任课教师：穆永平焙烧工艺学主要内容第一章焙烧工艺概述第二章填充料第三章焙烧调温第四章焙烧装出炉第五章复习题青年进修学院讲义任课教师：穆永平第一章焙烧工艺概述第一节焙烧机理第二节焙烧曲线第三节焙烧过程的影响因素青年进修学院讲义任课教师：穆永平第一节焙烧机理一、焙烧的概念和机理1焙烧的概念：焙烧是把压型后的生制品装在焙烧炉内、保护介质（填充料）中，在隔绝空气的条件下，按规定的升温速度进行间接加热，使生制品内的黏结剂焦化，并与骨料颗粒固结成一体的热处理过程。青年进修学院讲义任课教师：穆永平2焙烧的机理：炭素生产用的黏结剂一般为煤沥青，是一种由多种多环和杂环芳香族化合物及少量高分子物质组成的混合物。生制品中的骨料已经过1300℃左右的高温煅烧，所以焙烧的过程主要就是黏结剂煤沥青焦化形成沥青焦的过程。青年进修学院讲义任课教师：穆永平二、焙烧目的焙烧的主要目的是使黏结剂成为沥青焦，把骨料颗粒结成一个整体，获得最大的残炭量，使制品具有良好的物理化学性能。具体物理化学性能主要有以下几个方面：青年进修学院讲义任课教师：穆永平1、排除挥发分2、降低比电阻，提高导电性能3、固定几何形状4、黏结剂焦化5、提高各项物理化学性能6、焙烧过程中制品理化指标的变化（如下表）青年进修学院讲义任课教师：穆永平加热温度℃挥发分%真密度g/cm3体积密度g/cm3电阻率μΩm气孔率%抗压强度MPa重量损失%1513.701.761.683.0659.910013.491.761.66166615.7847.30.1720013.161.781.601418711.0931.52.0530011.201.781.58997413.1928.23.433508.881.791.55772513.4923.44.514006.061.811.55568217.8215.17.734502.541.831.52396020.0215.49.385001.261.851.49270820.2921.39.595501.101.871.47193821.1329.59.826000.961.891.46138521.9934.19.776500.861.921.4875321.7035.59.787000.791.951.4817722.0841.29.898000.601.971.499223.1443.59.809000.321.991.518223.6342.510.0610000.282.001.526523.6741.510.3211002.011.526023.7641.010.7112002.011.525523.7940.710.78青年进修学院讲义任课教师：穆永平三、焙烧过程的四个不同阶段1、低温预热阶段明火温度350℃时，制品温度在200℃左右，黏结剂软化，制品成塑性状态，这段的升温速度要快一些。2、挥发分大量排除，黏结剂焦化阶段明火温度在350℃—800℃之间，制品本身温度在200℃—700℃之间，黏结剂开始分解，挥发分大量排除。450℃—500℃时黏结剂焦化成沥青焦。此阶段必须均匀缓慢的升温。青年进修学院讲义任课教师：穆永平3、高温烧结阶段明火温度达到800℃—1200℃，制品本身温度达到700℃以上，黏结焦化过程基本结束。此阶段升温速度可以适当加快一些，当达到最高温度后保温15—20小时，这是为了缩小焙烧炉内水平和垂直方向的温差。4、冷却阶段冷却过程温度下降太快，会引起产品内外收缩不均产生裂纹废品，也会对焙烧炉炉体带来不利影响，因此，冷却降温速度控制在50℃/h为宜，到800℃以下可使其自然冷却，一般到400℃以下方可出炉。青年进修学院讲义任课教师：穆永平第二节焙烧曲线一、焙烧曲线制定的依据1、根据制品在焙烧过程中各温度阶段的不同物理化学变化制定曲线2、根据制品的种类和规格制定曲线3、根据焙烧炉炉型结构及尺寸制定曲线4、根据制品的成型方式制定焙烧曲线5、根据使用填充料种类不同制定焙烧曲线6、根据原料煅烧程度、制品搭配、炉体运行状况制定曲线青年进修学院讲义任课教师：穆永平二、常用焙烧曲线1、带盖环式焙烧炉常用的焙烧曲线一般为280小时、300小时、320小时、360小时，以最常见的320小时、360小时焙烧曲线为例。，如表1-2-1、1-2-2。2、车底式炉焙烧曲线举例，如表1-2-3、表1-2-4。青年进修学院讲义任课教师：穆永平温升阶段温度范围（℃）温升速度（℃/h）持续时间（h）1130－3504.4502350－4001.7303400-5001.4704500-6002.0505600-7004.0256700-8005.0207800-10006.73081000-1250102591250±25－20合计－－320表1-2-1带盖环式焙烧炉320小时9室运行焙烧曲线青年进修学院讲义任课教师：穆永平表1-2-2带盖环式焙烧炉360小时9室运行焙烧曲线温升阶段温度范围（℃）温升速度（℃/h）持续时间（h）1130－3504.4502350－4001.7303400-5001.1904500-6001.7605600-7003.3306700-8005.0207800-10006.73081000-12508.33091250±25－20合计－－360青年进修学院讲义任课教师：穆永平表1-2-3车底式炉一次焙烧曲线举例温升阶段温度范围（℃）温升速度（℃/h）累计持续时间（h）1室温－32525122325－6008463600-80013614800保温11小时—725800冷却至25014.5110青年进修学院讲义任课教师：穆永平表1-2-4车底式炉二次焙烧曲线举例温升阶段温度范围（℃）温升速度（℃/h）累计持续时间（h）1室温－1705242170－24011163240-4301.42404430-5202.62755520-8503.03846850保温24小时—4087850冷却至25012.5456青年进修学院讲义任课教师：穆永平三、带盖环式焙烧炉曲线变更在正常生产中，由于焙烧的制品规格和种类不同，经常将短曲线变为长曲线，或将长曲线变为短曲线。为了在改变曲线的过程中不影响制品的焙烧质量，要确定一合理的曲线过度方法。青年进修学院讲义任课教师：穆永平假如400小时/8室运转曲线已上盖至1#炉，第二与第一炉室的上盖间隔计算方法如下：两个曲线上盖间隔差：（400÷8）-（360÷8）=5h在360小时/8室运转上2#盖时间间隔再加上第二至第五炉室这4个炉室的时间差即为上2#炉室与1#炉室的时间差：（360÷8）+4×［（400÷8）-（360÷8）］=65h上3#、4#、5#炉室盖的时间间隔为：360÷8=45h6#炉改为320小时/8室运转，6#与5#炉室上盖时间差：（320÷8）+4×［（360÷8）-（320÷8）］=60h从此改为320小时/8室运转。1、焙烧曲线由长改短的方法青年进修学院讲义任课教师：穆永平例如由320小时/8室运转改为400小时/8室运转，这两个曲线差80小时，若直接由320小时/8室运转改为400小时/8室运转，长曲线相对短曲线拖后上盖，在实际生产中易出现废气温度过高现象，会导致烟道着火并危及电除尘装置；另外，即使采用320小时/8室温度走下限，400小时/8室温度走上限的方法，调温工不易调整，所以实际生产中一般也采用过渡曲线的方法，即用360小时/8室运转曲线过渡的方法。例如1#盖是320小时/8室已上完的盖，从2#炉盖采用360小时/8室运转曲线，即1#与2#炉上盖时间间隔为45小时，上至4#盖时过渡完，从5#盖开始运转400小时/8室运转曲线，即5#盖与4#炉上盖时间间隔为50小时，5#以后就是运转400小时/8室运转曲线。2、焙烧曲线由短改长的方法青年进修学院讲义任课教师：穆永平环式焙烧炉在春季入夏，为了改善装、出炉操作条件，采用将系统的炉室运转数减少的办法。如26个炉室的环式焙烧炉，其322小时/7室运转改为324小时/6室运转，曲线长短基本未变，只是上盖时间改变，就是将原来每46小时上一个盖改为每54小时上一个盖，即相对原上盖时间拖后8小时，具体方法如下：3、焙烧炉系统炉室运转数的变更方法青年进修学院讲义任课教师：穆永平（1）322小时/7室运转改为324小时/6室运转。例如322小时/7室运转已上1#盖，上2#盖时应改为324小时/6室运转，即2#与1#上盖时间间隔为54小时，1#炉及其以前炉室按原曲线升温，2#炉以后再上盖炉室按320小时/6室运转新曲线升温，当5#炉室上完盖后，可从5#炉（本系统中的低温炉室）向25#炉（本系统中的高温炉室）按324/6室曲线的温度任务推算，25#、26#保温等待1#炉以后的炉室温度符合新曲线要求，这样就改变完毕。青年进修学院讲义任课教师：穆永平（2）由324小时/6运转改为322小时/7室运转。例如324小时/6室运转已上1#盖，上2#盖改为322小时/7室运转，上5#盖后用322小时/7室运转曲线从5#炉推至25#炉，此时，实际温度比322小时/7室运转曲线要求温度高的炉室可进行保温，实际温度比322小时/7室运转曲线要求温度低的炉室可按规定进行带温，这样即可改变为322小时/7室运转。青年进修学院讲义任课教师：穆永平如果因某种原因本系统炉室拖后半个上盖的时间间隔才上盖，这时应根据炉内所装产品及炉室实际温度等具体情况调整升温任务，以拖后半个上盖时间的炉室的温度为基准，从低温推到高温，此时，炉室实际温度比调整后任务高的要进行保温。另外，上盖时间也需要调整，将两个系统上、启盖时间顺次对调即可。举例如下：4、生产实际中拖后上盖时间的炉室温度调整方法青年进修学院讲义任课教师：穆永平以一台采用320小时/8室运转曲线的30室环式焙烧炉为例，一系统1#炉应上盖时间为1日1点，而另一系统上盖炉室及时间是16#炉1日21点，1#炉拖后半个盖时间，上盖时间变为1日21点，另一系统的16#炉上盖时间变为2日17点（为原来一系统的2#炉上盖时间），以后两系统顺次对调上、启盖时间即可。青年进修学院讲义任课教师：穆永平环式焙烧炉一般是由26室、30室、32室组成，分成两个系统运转。如某台环式焙烧炉为30室，采用320小时/8室运转曲线：（1）本系统每个炉室上盖时间间隔为：320÷8=40小时；（2）每个系统有1.5个带盖冷却的炉室；（3）用分式表示上盖炉号和时间，分子表示炉号，分母表示上盖时间（小时）5、环式焙烧炉上、启盖时间表的编排方法青年进修学院讲义任课教师：穆永平第三节焙烧过程的影响因素对焙烧过程产生影响主要有以下因素一、升温速度的影响二、压力的影响三、制品收缩的影响四、焙烧炉室温度场分布的影响五、黏结剂迁移的影响青年进修学院讲义任课教师：穆永平一、升温速度的影响焙烧升温速度影响着黏结剂分解、聚合、炭化过程以及黏结剂的结焦率，也影响着生制品形态的变化，因此焙烧品物理化学性能与焙烧的升温速度有密切关系。焙烧低温软化阶段若升温速度慢，会造成黏结剂迁移，导致产品上下端质量上较大的差异，也易使制品变形、空头；焙烧过程一定阶段中若升温速度过快，则黏结剂的分解、挥发速度较快，挥发量也增加，黏结剂的结焦率下降，导致制品的物理化学性能降低；同时升温速度快对制品裂纹废品的产生有直接影响，会导致焙烧成品率降低。而合理的升温速度使炭氢化合物分子有比较充分的时间进行分解和聚合反应，提高黏结剂的结焦率，改善了制品的物理化学性能，青年进修学院讲义任课教师：穆永平二、压力的影响在焙烧过程中，生制品内黏结剂热分解产生的挥发气体不断地透过制品的气孔和填充料，并随着流过炉室的热气流经烟道进入大气中。起初，黏结剂产生的气体压力随着温度升高而不断增大，当压力等于或大于外界压力时，分解的挥发分气体就不断地从制品内部逸出。当这些气体受到的阻力不大时，制品外围的气体浓度就会因气体的不断流走而降低，制品内外的气体浓度差使制品中分解气体扩散出来的速度加快