摘要：本文介紹了板狀剛玉生產工藝中節能減耗的方式和方法，主要從原料的選擇、球磨、乾燥、窯爐燒成以及後續的破碎加工等生產工藝上分析節能減耗的方式，從而也是降低板狀剛玉生產成本的一種方法，另外也簡單介紹板狀剛玉和電熔白剛玉在生產和使用過程中的節能對比，鼓勵大量使用板狀剛玉取代電熔剛玉，也可以起到耐火行業上的整體節能降耗。
能源是人類社會賴以生存的物質基礎，是經濟和社會發展的重要源泉。節約能源不僅能夠產生巨大經濟效益，而且從長遠考慮社會效益更為顯著。同時面對當前嚴峻的鋼鐵市場大環境，節能降耗、降本增效成為我國耐火材料行業提高競爭力的重要措施。
板狀剛玉作為耐火材料中的一種大型重要原料，其生產是通過大型豎窯快速燒結而成，因此其生產過程也是一個大量能耗的過程，因此從生產工藝角度思考降低其能耗是提升板狀剛玉競爭力的必要方式，同時從原料開始就節能降耗也是為整個耐火材料節能降耗起到帶動作用。
1.我國國內板狀剛玉生產狀況
1.1國內板狀剛玉發展歷程
早期板狀剛玉是由ThomasS.Curtis於1934年在豎窯中燒成製得，接著便開始工業化生產使用，用作耐火材料和陶瓷行業窯爐的內襯材料、後來美國鋁業公司(也是現在的安邁鋁業公司)大力發展板狀剛玉產品，並開發一系列燒結板狀剛玉產品。
國內接觸板狀剛玉比較晚，其發展經歷大致可以分為4個階段：初期接觸階段、了解發展階段、嘗試生產階段、發展壯大階段，見表1。
表1國內板狀剛玉發展歷程
1.2國內板狀剛玉生產規模和質量
通過近十年的發展，我國燒結板狀剛玉事業實現了大面積的工業化、規模化、國產化。表2示出了2014年國內主要板狀剛玉生產企業的生產情況。
但是目前國內生產的板狀剛玉質量也參差不齊，表3顯示了國內幾家板狀剛玉生產的主要指標。
表22014年國內皇要板狀剛玉生產企業的生產情況
表3不同廠家3-1mm板狀剛玉的理化指標
2.板狀剛玉生產工藝中可以節能降耗的方式
從燒結板狀剛玉的基本生產工藝和生產設備出發，研究討論節能降耗的幾種方式。
2.1原料的選擇
目前國內生產板狀剛玉的原料大部分是採用工業氧化鋁粉，而安邁鋁業採用煅燒氧化鋁粉。煅燒氧化鋁粉是工業氧化鋁粉經過一定的高溫處理得到，所以較工業氧化鋁粉而言，煅燒氧化鋁粉具有較高的活性和燒結性能，能適當得降低燒結溫度。然而由於煅燒氧化鋁粉成本較高，這也是國內一些板狀剛玉生產廠家不去選擇的原因。因此，綜合考慮，在原料方面採用工業氧化鋁和煅燒氧化鋁粉復配使用，以一定的比例復配使用後既可以控制原料成本，同時也可以提高原料的燒結性能，降低燒結溫度，減少天然氣的用量，降低能源的消耗，從而也降低生產成本。目前已經有廠家採用該方法在試生產，並取得不錯的效果。
2.2球磨技術的改進
板狀剛玉所用的原料在成球之前需要球磨成細粉，而目前大部分廠家只是控制球磨機出粉粒度為325目通過率，並沒有從細粉粒度上去研究。然而原料粒度是影響燒結效果的一個重要因素，粒度的減小，增大原料的比表面積，增加燒結活性，促進燒結效果，降低燒結需要的溫度，從而降低天然氣用量。
原料粉的粒度主要是通過球磨機控制來實現的，安邁球磨機中使用的研磨球為鋼質，而國內大部分生產廠家還是採用瓷球。球磨機中採用鋼質磨球的生產效率要比瓷球效率高20-30%左右，節約電力消耗10-15%左右。另外同樣的條件下，鋼質磨球生產出的細粉粒度要比瓷球生產出的粒徑小5%左右，這樣可以大幅度提高原料的燒結活性，降低燒成時需要的熱能能耗。
2.3成球方式的選擇
板狀剛玉的燒成過程是一個固相燒結，通過物質遷移使粉末體產生強度並導致緻密化和再結晶的過程。因此板狀剛玉的半成品球的緻密度是影響製品燒結效果的一個重要因素，半成品緻密度的提高是改變粉料顆粒之間的接觸狀態，縮短顆粒之間的距離，增大接觸面積，提高固相之間傳遞能量的速度和效率，從而提高燒結效果。
為了達到較為緻密的半成品球，浙江某氧化鋁材料科技有限公司對成球系統進行改造發明了一種迴轉式成球機，該迴轉式成球機基於的理論為雙向循環成球理論：粉狀物料在旋轉的多層造粒筒內實現洩落滾動，同時加入經過霧化的粘結劑，在筒體的旋轉作用下，物料滾動成球，在雙向返料器的作用下，物料在成球機內實現雙向閉路循環，不同粒徑的料球和未成球的粉狀料經過篩分筒分級後，大顆粒料球經過整粒後洩出作為成品，小粒徑料球和粉狀物料返回成球筒繼續成球，料球在雙向循環過程中經過整粒筒的不斷滾動，成為極其緻密且表面光滑的圓球。此方法成出的半成品球的體密在2.0g/cm3以上，而傳統式的成球機半成品體密只在1.85-1.90g/cm3之間，半成品緻密度的提高可以適當降低高溫下燒結需要的能耗。
2.4利用餘熱進行完全乾燥
由於半成品球在成型的過程中加入大量的水分結合，其含水率高達18-23%，因此在進入豎窯之前必須進行乾燥處理，要求進窯前半成品球的含水率低於5%，否則在窯爐中會出現大量炸球碎料狀況，進而影響到整個窯爐的氣氛分布，降低天然氣的燃燒效率，增加天然氣消耗量。同時有大量的逆流熱氣從豎窯窯口排向大氣中，造成熱能散失浪費。為此，大多數廠家也會利用餘熱進行乾燥處理，但是由於烘乾倉設計問題，除豎窯的逆流熱風供能外，該烘乾倉還需要額外提供能源，來供燒嘴加熱產生熱空氣，促進原料球的快速乾燥。雖然最終也可以達到很好的烘乾效果，但增加了天然氣的消耗量。
為了僅靠豎窯的逆流熱風能量就達到半成品球完全乾燥的效果，浙江某氧化鋁材料科技有限公司發明了一種改進換熱的剛玉原料球的烘乾倉，該烘乾倉包括加熱室，加熱室上部為帶有進風口和出風口的烘乾工作區，加熱室下部為出料區，烘乾工作區內設有熱風輸送管。熱空氣由進風口進入熱風輸送管總管後，沿各支管管道流動，可加熱熱風輸送管管壁。剛玉半成品球由進料管進入加熱室的烘乾工作區內部，一方面與烘乾工作區中的熱空氣進行熱交換，實現烘乾效果;另一方面與熱風輸送管的管壁接觸進行熱交換，實現剛玉半成品球的乾燥。此方法乾燥後的球含水率基本上都小於5%，起到較好的烘乾效果。同時也回收利用了窯爐口的逆流熱風能量，減少烘乾倉中天然氣消耗。
2.5提高燃燒系統效率
豎窯燃燒系統是生產板狀剛玉最重要也是耗能最大的地方，板狀剛玉是要經過1900℃~1950℃的高溫快速燒結，而這麼高的燒結溫度是通過天然氣的燃燒實現。因此，提高燒嘴天然氣的燃燒效率是節約能源的一個重要方式。
天然氣的燃燒是一個化學放熱過程，其燃燒的充分性由天然氣和助燃風之間的比例及其之間混合的均勻度來決定的。若助燃風不夠可能導致天然氣燃燒不充分，若助燃風比例過高又會帶走一部分熱量造成能源浪費。目前國內大部分廠家是在分別向豎窯中通入天然氣和助燃風，在燒嘴處混合後燃燒，這樣可能會導致不容易控制天然氣和助燃風之間的比例，不能保證天然氣和助燃風混合均勻，這樣也難以確保天然氣得到充分燃燒。而按脈鋁業公司則在是在進入窯爐之前，在一個特定的容器中進行天然氣和助燃風之間的混合，這樣可以保證天然氣和助燃風混合的比例及均勻性。因此，為了提高燃燒系統的效率，降低天然氣的消耗量，首先就要改進燃燒系統，包括燒嘴、氣體混合裝置等，確保天然氣的燃燒能夠充分、集中。
2.6出爐機餘熱的充分利用
板狀剛玉的燒制過程是一個快速燒成快速冷卻的過程，因此成品從窯爐出爐機中出來時還是溫度較高，帶有較高熱能。若靠自然冷卻，不但影響其生產效率，而且造成熱能的大量浪費。因此，可以考慮在出爐機下發安裝一個冷卻倉，進行冷風冷卻，同時冷卻後的熱風進行回收送往前面的烘乾倉，提高烘乾倉的乾燥效果。經過冷卻倉後的板狀剛玉成品球溫度可以低於35℃，可以進行後面的加工處理，提高生產效率。另外，大量的熱量回收利用，降低了能源消耗。
2.7加工破碎系統的改進
板狀剛玉的加工破碎系統中基本都是採用巴馬克方式加工，然而現在巴馬克內襯和耐磨體都是採用耐磨鐵，而此材質導致的問題是向板狀剛玉成品中帶入較多Fe雜質，影響產品質量，另外消耗量高價格昂貴。現在有些廠家開始使用99瓷質耐磨襯磚代替耐磨鐵用於巴馬克，也取得了較好的效果。此方法可以降低原耐磨材料費用的50-70%，同時還可以降低產品中鐵雜質含量。
3.板狀剛玉與電熔剛玉在節能方面的對比
電熔剛玉生產是眾所周知的高耗能大戶，每噸電熔剛玉耗電2000-3000度，而燒結板狀剛玉綜合能耗只有電熔剛玉的20%到35%。電熔剛玉生產過程中要排放大量的廢氣和廢渣，而燒結板狀剛玉生產以天然氣為熱源，除了天然氣中的二氧化碳排放外，無其它廢氣和廢渣排放。所以無論是從節能方面還是從環境保護方面，燒結板狀剛玉都可以做到優於電熔剛玉。
在剛玉使用性能和指標上，燒結板狀剛玉也存在較大優勢。首先，燒結板狀剛玉雜質含量低且分布均勻，電熔剛玉雜質含量高且分布不均勻。燒結板狀剛玉以高純工業氧化鋁為原料，生產過程中不添加任何外加劑，所以其產品中雜質如鐵、矽、鈉均為微量。而電熔剛玉生產過程中需加入鐵、碳作為添加劑，鐵、碳、矽、鈉等雜質含量遠遠高於燒結板狀剛玉。同時由於電熔剛玉熔融塊冷卻中，不同部位冷卻速度不一樣，造成不同部位的雜質含量不一樣。因此電熔剛玉強調嚴格撿選，而燒結板狀剛玉不需要撿選，質量分布較為穩定和均勻。另外燒結板狀剛玉具有特性的顯微結構和較多的球形封閉氣孔，這決定其具有較好的抗熱震和抗剝落性能。而電熔剛玉開口氣孔較多，封閉氣孔較少，在抗侵蝕抗滲透等性能上不如燒結板狀剛玉。
由於近幾年國內燒結板狀剛玉已得到快速發展，無論是從技術指標還是從產量上已經達到了較高水平，打破了原來的安邁鋁業公司的壟斷局面，從而大幅度降低了燒結板狀剛玉的價格。因此，從某個角度來講，以燒結板狀剛玉來取代電熔剛玉在耐火製品中使用不但是提高耐火製品的使用壽命，降低耐材的消耗量，而且也是降低整個耐材對能源大消耗量的依賴。
4.結語
燒結板狀剛玉屬於高端耐火原料，在未來耐火行業中使用的範圍會廣泛越來越，使用的數量也會越來越多，因此降低板狀剛玉在生產過程中的能耗，不但是降低生產成本、提高競爭優勢的一種方式，也是為整個耐火材料行業節約能源消耗的一種貢獻。