電極糊在礦熱爐的使用中,影響焙燒質量的因素都有哪些?

2020-12-06 找耐火材料網

不同於其他炭素材料,電極糊產品的焙燒過程是在礦熱電爐中完成,又稱自焙電極,其反應機理與預焙電極基本相似,本文主要介紹電極糊在礦熱爐的使用過程中,焙燒質量的影響因素。

電極糊

電極糊在礦熱爐中焙燒的質量不僅與配料、混捏、壓型等工序有關,而且受到焙燒工序的爐內氣氛、壓力、升溫速度、最終溫度、填充料性質以及裝爐方法等多種工藝因素的影響。具體如下:

(1)焙燒體系中氣氛的影響

焙燒時,生製品裝在焙燒箱內,周圍覆蓋著填充料,熱是通過填料層到達生製品。這一個空間就構成一個焙燒體系。如果焙燒是在倒焰窯中進行,則整個窯室是一個焙燒體系,如果焙燒是在環式爐中進行,由於熱氣流順序通過各個爐室,所以各爐室連成一個焙燒體系。

在焙燒過程中,由於生製品中黏結劑的熱分解和熱縮聚反應,在生製品內部及周圍形成一定的焙燒氣氛。如果焙燒體系是一個封閉體系,則黏結劑熱分解產生的氣體從生製品中逸出,擴散到整個爐室,使分壓逐漸增大,直到一個極限,即黏結劑的飽和蒸氣壓。

這時,在生製品表面逸出的分子數與凝結的分子數達到平衡。但實際的焙燒過程並不在封閉體系中進行,黏結劑分解生成的氣體不斷地通過製品內部和填充劑間隙,隨熱氣流進入煙道而排出,致使製品內外層和填充料內外層之間都存在著分解氣體的濃度梯度,使氣體不斷向外擴散。若填充料和爐室上部空間的分解氣體濃度低,則分解氣體從製品中向外擴散的速度快,促進了黏結劑熱分解反應的進行,使黏結劑的析焦量相應減少。反之,若分解氣體排出速度慢,則析焦量就增加。

其次,在焙燒體系中存在著氧,氧除了來源於混捏前幹骨料和填充料吸附的氧以外,主要是從燃料氣中來。一般熱氣流中含氧量佔10%16%,此外,還有從爐牆洩漏處侵入的空氣。黏結劑焦化具有氧化脫氫縮聚反應,黏結劑氧化,有利於析焦量的增加。但受氧侵入的生製品表層收縮率降低,造成內外收縮不一致,就會產生硬殼型廢品,這種製品的表層和內層之間出現裂紋,這種廢品往往在靠近爐室壁和磚槽壁一側出現較多,這是因為靠近爐室壁處氧的濃度最高。為了減少硬殼型廢品率,就需要採取使製品與氧隔絕的措施,如及時修補爐牆,保證填充料的覆蓋厚度等。

礦熱爐

(2)壓力的影響

當焙燒體系達到300400℃時,黏結劑的分解和縮聚反應同時進行,如果此時增加體系的壓力,反應將向縮聚方向移動。同時,提高焙燒壓力還可減少分解產物的濃度梯度,使第一次反應產物在焙燒體系中延長停留時間,有利於參與縮聚反應,既可以提高析焦量,又有利於中間相小球體的生成。

在焙燒前期,當黏結劑還處於低黏度的熔融狀態時,增加體系壓力,可使黏結劑滲入骨料內部的微孔及微裂紋中,增強了骨料顆粒間的結合,使製品進一步緻密化。由於在一定壓力下焦化,液體的表面張力使新生成的氣孔內壁呈平滑的圓形,避免了在常壓焙燒時生成的多角形氣孔而產生應力集中的現象。因此,在相同體積密度的情況下,加壓焙燒製品的機械強度高,抗壓強度比常壓焙燒的製品增加30%,抗折強度提高40%左右。

在壓力下焙燒,可以消除生製品的應力弛放過程,同時加壓焙燒必然是一個密閉系統,可以防止生製品氧化。在加熱過程中,製品內外收縮均勻,避免造成硬殼型裂紋。由於收縮均勻,就可以適當提高升溫速度,縮短焙燒時間。如100mm的製品常壓下焙燒需150200h,而採用高壓焙燒僅需50h,提高了生產效率。因此,加壓焙燒是一項有前途的焙燒新技術。

(3)加熱速率的影響

升溫速率對黏結劑的析焦量及製品的密度有很大影響(表1)。升溫速率較慢時,黏結劑有足夠時間進行分解及縮聚,所以析焦量增加,製品的密度增大,物理機械性能也有所提高。同時,升溫速率較慢,可以形成焙燒體系內必要的均勻溫度場,使製品內外溫差小,防止製品裂紋的生成。反之,升溫速率過快,在同一個製品中就同時進行著不同階段的焦化反應,引起生製品內外收縮不均勻,而產生內應力。這種內應力在300℃以內將使製品變形,在500℃以上,製品外層黏結劑已固化,內應力將使製品開裂。

表1 不同升溫速率對焙燒品性能影響

但在400℃以前的升溫速率不宜過慢,否則就延長了黏結劑焦化的時間,將使帶硬殼型裂紋的廢品增加。

冷卻速率一般比升溫速率快,但也不能太快,否則製品內外溫度梯度過大,也會造成製品開裂。一般將降溫速率控制在50℃/h以下,到800℃以下則可任其自然冷卻。

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