超聲波無損檢測(cè)在大規(guī)格炭電極中的應(yīng)用研究

焙燒是炭素制品生產(chǎn)中的一個(gè)關(guān)鍵工藝。在焙燒爐加熱過程中，利用焙燒爐燃燒裝置及控制系統(tǒng)對(duì)爐溫進(jìn)行控制，以使其生產(chǎn)出優(yōu)良的電極產(chǎn)品，同時(shí)降低能耗。自2011年6月份以來，與北京華邦天控科技發(fā)展有限公司合作開發(fā)大規(guī)格炭電極的焙燒控制系統(tǒng)，結(jié)合車間的生產(chǎn)實(shí)際，從車間工藝曲線出發(fā)，通過不斷摸索制定相應(yīng)措施。在不斷完善過程中，滿足了焙燒工藝要求，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。 1、炭電極環(huán)式焙燒爐的結(jié)構(gòu)與工藝特點(diǎn) 公司建有三臺(tái)20室敞開式環(huán)式焙燒爐，均采用一個(gè)火焰系統(tǒng)運(yùn)行，每個(gè)火焰系統(tǒng)八室運(yùn)轉(zhuǎn)，焙燒曲線為672~720小時(shí)。毎室五個(gè)料箱六條火道，料箱寬度分別為1300mm、1400mm、1650mm，可適用于焙燒Φ1020~Φ1400mm電極產(chǎn)品。 焙燒過程中，大規(guī)格電極生制品溫度在200-500℃之間，升溫速度一定要慢，應(yīng)均勻緩慢升溫，否則會(huì)使制品產(chǎn)生裂紋。因此要求每個(gè)揮發(fā)爐室的料箱和火道進(jìn)行全面檢測(cè)，并對(duì)火道溫度控制精度較高：200℃~800℃（預(yù)熱區(qū)）±25 ℃：800℃~1200℃（加熱區(qū)）±5 ℃；保溫區(qū)火道間水平溫差≤5 ℃；焙燒爐室上下垂直溫差±25 ℃。炭電極的最終焙燒溫度為1000℃，且恒溫時(shí)間長(zhǎng)，要求控制系統(tǒng)滿足高溫使用要求。 2、炭電極焙燒控制系統(tǒng)的配置及特點(diǎn) 環(huán)式爐的每套火焰系統(tǒng)包括燃燒架3個(gè)，輔助燃燒架1個(gè)，排煙架2個(gè)，零壓架1個(gè)，測(cè)溫測(cè)壓架1個(gè)，冷卻架一個(gè)。 針對(duì)炭電極焙燒工藝的特點(diǎn)，采用合理技術(shù)設(shè)計(jì)，優(yōu)化的設(shè)備選型，包括：a、爐面設(shè)備及現(xiàn)場(chǎng)控制站適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)高溫、高粉塵和移爐沖擊大的運(yùn)行環(huán)境，可靠性好。b. 測(cè)溫測(cè)壓架設(shè)計(jì)成獨(dú)立的現(xiàn)場(chǎng)控制站，可根據(jù)需要測(cè)量不同爐室位置的火道工藝數(shù)據(jù)。c. 排煙架電動(dòng)蝶閥，采用適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)力矩，適用于可能的結(jié)焦工況。d. 測(cè)溫測(cè)壓架、燃燒架增加料箱測(cè)溫點(diǎn)，提供全面的測(cè)量數(shù)據(jù)。 3、焙燒控制系統(tǒng)應(yīng)用的控制技術(shù) 3.1邊火道控制技術(shù) 由于邊火道側(cè)墻密封問題造成易漏風(fēng)、溫度低和邊火道揮發(fā)份析出量少的特點(diǎn)，預(yù)熱區(qū)溫度不易控制，在控制模塊中，提供邊火道溫度單獨(dú)設(shè)定的方法，通過提高邊火道的溫度設(shè)定，解決預(yù)熱區(qū)邊火道溫度低的問題。 在焙燒實(shí)際操作時(shí)，如果高溫爐室采用遠(yuǎn)程控制火道設(shè)定溫度為1200℃，邊火道增加30℃偏移值即設(shè)定為1230℃，這樣可使高溫爐室各個(gè)料箱的水平溫差控制在5℃以內(nèi)；處于揮發(fā)階段的爐室，邊火道加15℃的偏移值時(shí)，各料箱的水平溫差最小。 3.2料箱溫差控制技術(shù) 制品在焙燒過程中能否均勻升溫，直接影響了制品品質(zhì)、能耗、產(chǎn)能及爐口設(shè)備壽命，是焙燒控制的重要目標(biāo)。公司環(huán)式爐料箱深度為6600mm，是國內(nèi)最深的爐型�？s小前后溫差與上下溫差是我們面臨的難題。通過優(yōu)化的燃燒器、負(fù)壓控制、燃燒架上下游功率控制及燃燒架各火道的均衡控制等一系列技術(shù)，使得火道及料箱上下、左右、前后溫差在要求的范圍內(nèi)。 為了縮小火道的上下溫差，我們經(jīng)過認(rèn)真分析總結(jié)，加強(qiáng)了對(duì)各火道負(fù)壓的調(diào)整。通過排煙架的蝶閥控制，各火道負(fù)壓控制在-100~ -130pa之間，零壓控制在0~ -10pa之間，現(xiàn)在火道上下溫差由以前的50℃縮小到了30℃以內(nèi)，保證溫度場(chǎng)均勻分布和產(chǎn)品均勻受熱，保證了上層和下層產(chǎn)品的均質(zhì)性。 為了縮小爐室的前后溫差，在自動(dòng)控制時(shí)，采取調(diào)節(jié)上下游功率的方法，根據(jù)實(shí)際情況，控制好上下游給氣量，從而達(dá)到縮小前后溫差的目的。手動(dòng)控制時(shí)，采用只點(diǎn)下游燒嘴的方法，根據(jù)實(shí)際溫度情況，控制好給氣量，掌握好升溫速度。通過采取這些措施，目前環(huán)式爐的前后溫差已經(jīng)由以前的100℃左右縮小到了50℃以內(nèi)。 3.3 火道負(fù)壓綜合控制技術(shù) 通過系統(tǒng)運(yùn)行在許可的負(fù)壓范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)焙燒區(qū)和預(yù)熱區(qū)火道溫度的自動(dòng)控制，使其保持跟蹤對(duì)應(yīng)區(qū)域的溫度設(shè)定曲線變化，從而保證各爐室實(shí)際溫度曲線滿足焙燒工藝的要求。上述所有控制都與火道負(fù)壓綜合控制相關(guān)，彼此互相影響，互相牽制，由于是在同一條火道中，因此必須對(duì)負(fù)壓進(jìn)行綜合控制。在中控室管理機(jī)上設(shè)置優(yōu)化控制軟件，通過模糊控制，多變量最優(yōu)控制等先進(jìn)控制方法，對(duì)負(fù)壓進(jìn)行綜合控制，以達(dá)到最優(yōu)效果。 3.4預(yù)熱爐室溫度控制技術(shù) 在炭電極焙燒運(yùn)行過程中，預(yù)熱爐室只靠高溫爐室和揮發(fā)爐室的余熱，無法滿足正常的升溫需求，造成焙燒時(shí)間長(zhǎng)，生產(chǎn)效率低。根據(jù)這一問題，我們利用輔助燃燒架提前加熱的方法，提高預(yù)熱的升溫速度。投產(chǎn)時(shí)，工藝設(shè)定產(chǎn)品溫度達(dá)到230℃后停止加熱，出現(xiàn)了部分廢品，因火道局部溫度高導(dǎo)致上部保溫料過燒氧化嚴(yán)重。根據(jù)這些問題，我們采取了逐步降低提前加熱溫度的方法，經(jīng)過多次試驗(yàn)，最終降低到180℃的預(yù)熱溫度。目前，揮發(fā)前期升溫速度得到了有控制，杜絕了上部保溫料氧化現(xiàn)象，而且還降低了天然氣消耗。 3.5焙燒爐數(shù)學(xué)模型技術(shù) 我公司與華邦天控公司通過大量的實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，焙燒爐的升溫曲線對(duì)于炭電極的質(zhì)量有著重要的影響，但對(duì)于6600mm深的火道來說，燃燒裝置僅用少量熱電偶來測(cè)量溫度，不能全面反映溫度場(chǎng)分布狀況。因此通過對(duì)焙燒爐火道溫度進(jìn)行測(cè)試，了解火道內(nèi)其它各點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)，對(duì)于保證炭電極的質(zhì)量、爐體的使用壽命及天然氣的能耗有重要的影響。我們針對(duì)不同的電極規(guī)格、不同的質(zhì)量要求進(jìn)行了認(rèn)真的摸索與試驗(yàn)，現(xiàn)在已經(jīng)取得了大量成熟的數(shù)據(jù)，并建立了焙燒爐溫度場(chǎng)、揮發(fā)份析出、煙氣排放、熱平衡及制品焙燒過程數(shù)學(xué)模型等一系列數(shù)學(xué)模型。 4、采用控制系統(tǒng)的節(jié)能與質(zhì)量效果 通過制定合理的工藝制度，采用合適的升溫曲線和負(fù)壓參數(shù)，通過采用研發(fā)的新型燃燒器，解決了由于燃燒器的原因?qū)е禄鸬郎喜繙囟冗^高，而下部溫度過低，爐室熱量損失大、熱效率低、明顯增加燃料消耗等問題；使得強(qiáng)制加熱區(qū)域升溫符合曲線要求，減少爐室水平與上下間溫差，提高產(chǎn)品均一性，同時(shí)延長(zhǎng)火道墻壽命；天然氣充分燃燒減少了天然氣對(duì)中溫區(qū)域揮發(fā)分燃燒的抑制作用，中溫區(qū)域揮發(fā)分燃燒充分，減少煙氣中焦油含量，同時(shí)揮發(fā)分燃燒產(chǎn)生的大部分熱量，得到充分利用，有利于節(jié)能降耗。 通過對(duì)爐型的優(yōu)化設(shè)計(jì)、最佳升溫曲線的制定，使焙燒控制系統(tǒng)獲得了最低的能耗，最佳的質(zhì)量控制效果。經(jīng)詳細(xì)統(tǒng)計(jì)，公司焙燒每噸Φ1146電極的平均天然氣消耗為107.7立方米，焙燒制品合格率為99.8%，電阻率為28.1~32.3μΩ·m，平均電阻率30.2μΩ·m，優(yōu)級(jí)品率100%，創(chuàng)造了國內(nèi)先進(jìn)水平。 5、結(jié)論 5.1通過控制系統(tǒng)的邊火道溫度單獨(dú)設(shè)定的方法，解決邊火道溫度低的問題是均質(zhì)焙燒的保證。 5.2大規(guī)格炭電極的焙燒控制系統(tǒng)采用輔助燃燒架是必要的，可以滿足正常的升溫需求，提高預(yù)熱的升溫速度。 5.3通過調(diào)節(jié)燃燒架上下游功率的方法，控制好上下游給氣量，從而達(dá)到縮小前后溫差的目的，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。 5.4大規(guī)格炭電極焙燒爐配備高性能的燃燒裝置和控制系統(tǒng)，是焙燒制品均質(zhì)和節(jié)能的保證。