電極生坯焙燒（baking of green carbon body）是指生坯在填充料保護下（防止氧化及變形）、進行高溫熱處理使煤瀝青炭化的工藝過程。焙燒是電極生產過程中，最重要的一個工藝過程，也是最複雜的一個過程，這個過中即有物理變化，同時又化學變化。最終石墨電極的機械強度、內在結構和性能都取決於焙燒時黏結劑轉變成結焦炭的數量，而且機械性能與焦化值有直接關係。
基本介紹
- 中文名：電極生坯焙燒
- 外文名：baking of green carbon body
- 學科：冶金工程
- 領域：冶煉
- 範圍：炭素
- 用於：電極生產過程
簡介,敞開式環式焙燒爐影響電極質量的因素,電極焙燒的溫度制度,
簡介
焙燒是電極生產過程中，最重要的一個工藝過程，也是最複雜的一個過程，這個過中即有物理變化，同時又化學變化。最終石墨電極的機械強度、內在結構和性能都取決於焙燒時黏結劑轉變成結焦炭的數量，而且機械性能與焦化值有直接關係。所以每個生產石墨電極的國內大廠對焙燒都很重視，但新上的一些炭素廠家對焙燒這環節重視不夠，很多廠家為此也負出很大代價。
敞開式環式焙燒爐影響電極質量的因素
1.爐體結構對電極質量的影響
國內敞開式環式焙燒爐很多，但能將擠壓成型的石墨電極生坯焙燒好的不多，主要的一個原因是爐子本身結構造成的。因為敞開式環式焙爐當初是鋁用炭素行業焙燒預焙陽極，預焙陽極是振動成型產品，由於它的瀝青含量低，焙燒難度相對小，對溫度場要求就低。另外敞開式環式焙燒爐本身也存在對擠壓成型產生不利的因素，低溫時特別是製品在250℃以前，電極焙燒時黏結劑軟化，黏結劑發生遷移，這個溫度段希望升溫速度快點，但是敞開式環式焙燒爐做不到。
由於敞開式環式焙燒爐與帶蓋爐相比，火道牆要厚很多，敞開式爐磚牆厚為113mm，而帶蓋爐的格子磚牆厚度僅為30mm，開始升溫時敞開式爐耐火磚需要蓄熱量大，溫升慢；另外帶蓋爐的熱煙氣都是通過火井從爐底往上走，而敞開式爐有一半是從上向下。總之敞開式爐不利於阻止電極焙燒時黏結劑的遷移，易造成焙燒出來電極結構不均勻。
敞開式環式焙燒爐火道設計的差異也會給焙燒品質量帶來很大影響。例如有一個敞開式環式焙燒爐爐室的火道長4500mm，採用每個爐室內兩下兩上的煙氣傳輸方式，每個煙氣間隔的長度是984mm，熱煙氣在流動時會走近路，在火道牆面就會出現溫度不均，實際測溫時發現最低點與最高溫度相差158℃，曲線越快差異越大，500℃左右時溫差最大。所以這種爐子結構給爐子升溫帶來難度，曲線必須選用長曲線，同時升溫曲線控制上要求很嚴格，溫度波動大時就會使製品產生廢品，即使製品在焙燒後沒有檢查出來缺陷，石墨化後也會出現大量的馬蹄型裂紋，更談不上電極內部結構均勻。所以每個火道煙氣間隔的長度最好不要超過600mm，這樣有利於間隔內煙氣溫度的均勻。
敞開式環式焙燒爐電極料箱底下設計熱煙氣通道，有利於減小料箱上下溫差，有利於改善焙燒電極的均勻性，大大降低焙燒廢品率；還有利於爐室降溫，因為在爐室降溫時，冷空氣能進入料箱底部。
2.爐箱尺寸對電極質量的影響
料箱尺寸寬度，見到是從696mm到1624mm，當然電極料箱的寬度是根據所裝產品的尺寸定的，但是由於我們炭素行業的特點，規格比較多，所以在定爐子寬度時沒有更多去考慮產品的質量，而是更多考慮產量。從焙燒爐的機理上有人做過研究，在實驗室中，直徑為100mm的試樣，表面溫度為400℃、升溫速度為3℃/min時，中心點在一個方向加熱時的溫度為160℃，在兩個方向加熱時為272℃，在四周加熱時為325℃。而且把一個方向加熱與其它方式加熱進行比較時，隨著試樣尺寸和加熱速度的增加，產品周邊和中心的溫度差也增加，產品兩側溫差過大時，就會產生裂紋廢品。單側加熱減少裂紋廢品的唯一途徑就降低升溫速度，延長升溫曲線。還存在另一個問題，大規格產品延長曲線又會帶來空頭、端部分層等問題。我們曾在812mm寬的爐箱中裝由500電極曲線用360小時即可，在1300mm寬的爐箱中裝兩排由500曲線就需480小時，在1500mm寬的爐箱中梅花裝由500電極，曲線用到了688小時，出爐後產品合格率僅為90%，而且產品的結構不理想。
所以，敞開式環式焙燒爐電極箱尺寸可能考慮裝單排電極，對擠壓成型的電極最好爐箱寬度不要超過1300mm。
長度方向結合火道煙氣間隔寬度問題，最好不要超過4500mm，當然長度方向短了更好。爐箱長了以後雖裝爐量大了，但是爐室在升溫時尾部溫度不易達到，升溫曲線就要拖長，產量並不會提高，同時還對質量不利。通過各長度爐箱使用過程中產品質量的比較，建議爐箱長度選用3500---4000之間。
爐箱深度方向，爐箱越深上下溫差越大。我們曾在一個焙燒爐料箱中同一位置預埋了三支熱電偶，1支1米的熱電偶、1支2米的熱電偶、1支4米的熱電偶。
料室的上下溫度是隨著升溫曲線在400---600℃之間的慢升溫，才逐漸縮小了上下溫差。這種上部溫度高於下部溫度，最容易使電極中的黏結劑發生遷移，造成電極結構的不均勻。裝單層電極的敞開式焙燒環爐與雙層爐相比，單層的質量明顯好於雙層。所以對於2400m以上電極最好選用單層焙燒爐，產品質量就會大大提高。
3.火道磚的磚型對電極質量的影響
火道磚主要是用標磚(230×113×65)和異形火道磚(帶子母扣，高度為100mm)兩種，人們通常只認識到採用異形磚，爐子火道牆比標磚砌築的堅固，爐子壽命長。但更重要一點，對產品質量都有很大的影響。標磚砌築的火道牆的磚縫要比異形磚的多三分之一以上，所以越靠近風筒的爐室，負壓損失越大，冷空氣進入料箱和火道的量就越大。嚴重時還會使料室的填充料焦粒氧化，甚至燃燒。並且在揮發爐室，電極所揮發出來的揮發份極易進入火道，這樣就加大了電極排出揮發份的量，最終使電極焙燒後的殘炭值降低，電極焙燒品的體積密度低。
電極焙燒的溫度制度
1.選擇測溫點是第一要素
無論什麼樣的焙燒爐，都存在選擇測溫點，如果測溫點選錯了，再合理的曲線也燒不出合格的產品。現實當中我們很多人最關心的是曲線，對測溫點不重視。甚至有很多人認為，曲線的溫度要看爐室的熱電偶的溫度，因為這是製品表面溫度。但實際上，如果控制這個溫度會產生很多廢品，原因是這個溫度點的溫度是由火道中的熱煙氣將溫度傳給耐火磚，耐火磚再將溫度傳給填充料，填充料再將溫度傳給製品，溫升速度滯後。開始升溫時溫度梯度不超過0.45℃/cm，當爐室內熱電偶溫度升到300℃以上後，溫度梯度可達到2.3-2.5℃/cm。正因為爐室溫度變數太多，同時溫升速度也有慣性，所以不能將爐室中間溫度做為曲線運行控制點的溫度。
選擇曲線運行控制測溫點應選火道煙氣溫度最敏感的點，但對於敞開式環式焙燒爐來說就是熱煙氣在火道內下去，再返上來的轉彎的位置。也有人將熱電偶插在緊靠火道第一個火孔外側的料室中。必須依據選擇的測溫點來確定升溫曲線。
2.制定曲線應注意幾點
（1）根據產品在焙燒過程不同溫度階段的物理化學反應制定曲線。
（2）根據毛坯的種類和規格、成型方式制定曲線。
毛坯的直徑愈大，其升溫速度要慢些；大規格的擠壓毛坯要比同規格振動毛坯要慢些；生坯體積密度高的要比體積密度低的慢一些；細顆粒結構的要比粗顆粒結構的慢一些；浸後產品升溫速度可以快些。
（3）根據爐子的結構制定曲線。
每台爐子溫度場分布的不同，爐室工作區的上下高度上、前後和左右都存在著溫度差。這溫差實際上在整個加熱過程都在持續著，僅在恆溫階段才能逐漸縮小。制定曲線必須考慮爐子本身結構特點。
（4）根據填充料的種類和燃料種類特性制定曲線。
3.電極毛坯焙燒冷卻也是溫度制度中一個關鍵階段
國外的焙燒曲線降溫是曲線的一個組成部分，而我們國內的曲線大多都沒有降溫，只是要求出爐溫度不能高於300℃。實際中往往做不到，毛坯出爐時溫度達到600℃以上，電極心部溫度還在700-800℃以上。因毛坯與外部介質之間存在溫差，所以會同時出現不同值的體積變化和不同速度的收縮。這就會造成熱應力的產生，此應力值與溫差成正比。當產生的應力超過毛坯材料的斷裂強度時，便會發生結構的局部破裂或整個毛坯斷裂。有的毛坯高溫出爐後檢查時雖沒有看到裂紋，但由於製品內部已有裂紋，在石墨化工序就會表現出來。因此焙燒工序的冷卻必須重視。
