超声波无损检测在大规格炭电极中的应用研究

焙烧是炭素制品生产中的一个关键工艺。在焙烧炉加热过程中，利用焙烧炉燃烧装置及控制系统对炉温进行控制，以使其生产出优良的电极产品，同时降低能耗。自2011年6月份以来，与北京华邦天控科技发展有限公司合作开发大规格炭电极的焙烧控制系统，结合车间的生产实际，从车间工艺曲线出发，通过不断摸索制定相应措施。在不断完善过程中，满足了焙烧工艺要求，达到了节能降耗的目的。 1、炭电极环式焙烧炉的结构与工艺特点 公司建有三台20室敞开式环式焙烧炉，均采用一个火焰系统运行，每个火焰系统八室运转，焙烧曲线为672~720小时。毎室五个料箱六条火道，料箱宽度分别为1300mm、1400mm、1650mm，可适用于焙烧Φ1020~Φ1400mm电极产品。 焙烧过程中，大规格电极生制品温度在200-500℃之间，升温速度一定要慢，应均匀缓慢升温，否则会使制品产生裂纹。因此要求每个挥发炉室的料箱和火道进行全面检测，并对火道温度控制精度较高：200℃~800℃（预热区）±25 ℃：800℃~1200℃（加热区）±5 ℃；保温区火道间水平温差≤5 ℃；焙烧炉室上下垂直温差±25 ℃。炭电极的最终焙烧温度为1000℃，且恒温时间长，要求控制系统满足高温使用要求。 2、炭电极焙烧控制系统的配置及特点 环式炉的每套火焰系统包括燃烧架3个，辅助燃烧架1个，排烟架2个，零压架1个，测温测压架1个，冷却架一个。 针对炭电极焙烧工艺的特点，采用合理技术设计，优化的设备选型，包括：a、炉面设备及现场控制站适应现场高温、高粉尘和移炉冲击大的运行环境，可靠性好。b. 测温测压架设计成独立的现场控制站，可根据需要测量不同炉室位置的火道工艺数据。c. 排烟架电动蝶阀，采用适当的驱动力矩，适用于可能的结焦工况。d. 测温测压架、燃烧架增加料箱测温点，提供全面的测量数据。 3、焙烧控制系统应用的控制技术 3.1边火道控制技术 由于边火道侧墙密封问题造成易漏风、温度低和边火道挥发份析出量少的特点，预热区温度不易控制，在控制模块中，提供边火道温度单独设定的方法，通过提高边火道的温度设定，解决预热区边火道温度低的问题。 在焙烧实际操作时，如果高温炉室采用远程控制火道设定温度为1200℃，边火道增加30℃偏移值即设定为1230℃，这样可使高温炉室各个料箱的水平温差控制在5℃以内；处于挥发阶段的炉室，边火道加15℃的偏移值时，各料箱的水平温差最小。 3.2料箱温差控制技术 制品在焙烧过程中能否均匀升温，直接影响了制品品质、能耗、产能及炉口设备寿命，是焙烧控制的重要目标。公司环式炉料箱深度为6600mm，是国内最深的炉型。缩小前后温差与上下温差是我们面临的难题。通过优化的燃烧器、负压控制、燃烧架上下游功率控制及燃烧架各火道的均衡控制等一系列技术，使得火道及料箱上下、左右、前后温差在要求的范围内。 为了缩小火道的上下温差，我们经过认真分析总结，加强了对各火道负压的调整。通过排烟架的蝶阀控制，各火道负压控制在-100~ -130pa之间，零压控制在0~ -10pa之间，现在火道上下温差由以前的50℃缩小到了30℃以内，保证温度场均匀分布和产品均匀受热，保证了上层和下层产品的均质性。 为了缩小炉室的前后温差，在自动控制时，采取调节上下游功率的方法，根据实际情况，控制好上下游给气量，从而达到缩小前后温差的目的。手动控制时，采用只点下游烧嘴的方法，根据实际温度情况，控制好给气量，掌握好升温速度。通过采取这些措施，目前环式炉的前后温差已经由以前的100℃左右缩小到了50℃以内。 3.3 火道负压综合控制技术 通过系统运行在许可的负压范围内，实现焙烧区和预热区火道温度的自动控制，使其保持跟踪对应区域的温度设定曲线变化，从而保证各炉室实际温度曲线满足焙烧工艺的要求。上述所有控制都与火道负压综合控制相关，彼此互相影响，互相牵制，由于是在同一条火道中，因此必须对负压进行综合控制。在中控室管理机上设置优化控制软件，通过模糊控制，多变量最优控制等先进控制方法，对负压进行综合控制，以达到最优效果。 3.4预热炉室温度控制技术 在炭电极焙烧运行过程中，预热炉室只靠高温炉室和挥发炉室的余热，无法满足正常的升温需求，造成焙烧时间长，生产效率低。根据这一问题，我们利用辅助燃烧架提前加热的方法，提高预热的升温速度。投产时，工艺设定产品温度达到230℃后停止加热，出现了部分废品，因火道局部温度高导致上部保温料过烧氧化严重。根据这些问题，我们采取了逐步降低提前加热温度的方法，经过多次试验，最终降低到180℃的预热温度。目前，挥发前期升温速度得到了有控制，杜绝了上部保温料氧化现象，而且还降低了天然气消耗。 3.5焙烧炉数学模型技术 我公司与华邦天控公司通过大量的实验及数据分析发现，焙烧炉的升温曲线对于炭电极的质量有着重要的影响，但对于6600mm深的火道来说，燃烧装置仅用少量热电偶来测量温度，不能全面反映温度场分布状况。因此通过对焙烧炉火道温度进行测试，了解火道内其它各点的温度数据，对于保证炭电极的质量、炉体的使用寿命及天然气的能耗有重要的影响。我们针对不同的电极规格、不同的质量要求进行了认真的摸索与试验，现在已经取得了大量成熟的数据，并建立了焙烧炉温度场、挥发份析出、烟气排放、热平衡及制品焙烧过程数学模型等一系列数学模型。 4、采用控制系统的节能与质量效果 通过制定合理的工艺制度，采用合适的升温曲线和负压参数，通过采用研发的新型燃烧器，解决了由于燃烧器的原因导致火道上部温度过高，而下部温度过低，炉室热量损失大、热效率低、明显增加燃料消耗等问题；使得强制加热区域升温符合曲线要求，减少炉室水平与上下间温差，提高产品均一性，同时延长火道墙寿命；天然气充分燃烧减少了天然气对中温区域挥发分燃烧的抑制作用，中温区域挥发分燃烧充分，减少烟气中焦油含量，同时挥发分燃烧产生的大部分热量，得到充分利用，有利于节能降耗。 通过对炉型的优化设计、最佳升温曲线的制定，使焙烧控制系统获得了最低的能耗，最佳的质量控制效果。经详细统计，公司焙烧每吨Φ1146电极的平均天然气消耗为107.7立方米，焙烧制品合格率为99.8%，电阻率为28.1~32.3μΩ·m，平均电阻率30.2μΩ·m，优级品率100%，创造了国内先进水平。 5、结论 5.1通过控制系统的边火道温度单独设定的方法，解决边火道温度低的问题是均质焙烧的保证。 5.2大规格炭电极的焙烧控制系统采用辅助燃烧架是必要的，可以满足正常的升温需求，提高预热的升温速度。 5.3通过调节燃烧架上下游功率的方法，控制好上下游给气量，从而达到缩小前后温差的目的，保证系统的正常运行。 5.4大规格炭电极焙烧炉配备高性能的燃烧装置和控制系统，是焙烧制品均质和节能的保证。