炭素厂焙烧(包括浸渍)车间设计(design of baking and impregnation  shop for carbon plant)

将加压成型的炭素生坯进行一次焙烧，使其炭化定型，成为一次焙烧品，或将其再用沥青浸渍进行二次焙烧，成为二次焙烧品，为焙烧炭素制品和石墨制品提供半成品的炭素厂车间设计。一次焙烧品进行沥青浸渍和二次焙烧的目的是为了提高石墨制品的密度和强度。一次焙烧品经加工后为焙烧制品，如进一步石墨化，加工后成为普通石墨制品；二次焙烧品经石墨化，加工后成为优质石墨制品。设计主要内容为：工艺752过程与技术要求、设备选择和车间配置。

工艺过程与技术要求   工艺过程包括一次焙烧、沥青浸渍和二次焙烧三部分。

一次焙烧   将生坯在专门炉窑内进行高温处理，使其炭化成无定型碳的过程。一般需经过装炉、预热、加热、保温、冷却和出炉等过程。装炉时在生坯四周填以冶金焦粒，以免生坯加热过程中产生变形；预热要尽量利用焙烧过程中产生的余热和挥发分燃烧热；加热的最高火焰温度要求达到1200～1300℃，采用煤气、天然气或重油作燃料。焙烧品在炉(窑)内从预热开始到炉内冷却结束，构成一个焙烧周期，一般需280～360h，视制品的性质、规格而定。

沥青浸渍   一次焙烧后的半成品，在密闭容器内抽真空、加压浸入沥青的过程。分预热、浸渍、冷却三个阶段。浸渍前，焙烧品在预热炉内于280～320℃温度下预热4～6h，采用煤或煤气作燃料；浸渍在密闭罐内进行，先将预热后的半成品装入罐内，抽真空(真空度为2.7～4.0kPa)，然后加入熔化的沥青，浸渍的温度为180～200℃，再加压(压力为1.27～1.47MPa，时间2～3h)。冷却有罐内冷却和罐外冷却两种方式，前辜者是将沥青先从罐内排出，然后通入冷水循环冷却，时间为1～2h；后者是将浸渍品从罐内取出，用水喷淋，时间为3～4h；浸渍用的沥青应是中软化点的煤沥青。

二次焙烧   浸渍后的半成品再次在高温下进行焙烧，以排除沥青中的挥发份，使炭质成分炭化的过程。二次焙烧的工艺过程与一次焙烧基本相同，但装炉时不需填充料，焙烧温度为750～800℃，相应的焙烧周期缩短为120～140h。

设备选择   主要设备有焙烧设备和浸渍设备。

焙烧设备   应用于工业生产的焙烧设备有倒焰窑、环式炉、隧道窑和车底炉四种。(1)倒焰窑。单窑操作、间断生产、结构简单、投资省，但劳动条件差、产量小，排出的废气余热无法利用，污染环境，设计已不采用。(2)环式炉。由多个互相连通的炉室组成一个环式单元(称火焰系统)，进行连续循环作业。一般由16～20个炉室组成一个火焰系统进行装炉、预热、加热、冷却、出炉和修炉作业，完成一个焙烧过程。一台焙烧炉一般由1～5个火焰系统组成。这种炉型的特点是，炉室固定、火焰移动(每隔40h左右移动一次)，炉内余热能利用，但排出废气中仍含有未完全燃烧的沥青烟，需要净化处理；而且环式炉体和基础在升温过程中的蓄热，随着降温过程而扩散，约占总热耗35％～40％的热量无法回收利用。环式焙烧炉有带盖炉和敞开式炉两种，敞开式炉投资省、装出炉方便，但只能进行一次焙烧，适合于铝电解阳极炭块的焙烧。带盖炉既可用于一次焙烧又可用于二次焙烧，能耗比敞开式炉低。(3)隧道窑。制品装在匣缶本里，制品四周以冶金焦粒充填，匣缶本放在窑车上，窑内有固定的温度带，装有制品的窑车在移动过程中完成焙烧作业。这种焙烧工艺的优点是不仅窑内余热可以充分利用，而且沥青中散发出的沥青烟作为二次能源利用，不需要净化处理。由于隧道窑有固定的温度带，避免了窑体和基础升温、降温产生的热损失，降低了热耗。(4)车底炉。由多台炉子(一般为15台)组成一组，共设一个烟气燃烧室，用以回收热量、净化尾气和预热空气。车底炉的基本结。构与隧道窑相似，焙烧工艺也基本相同：装有焙烧品的窑车首先推入炉内预热至200℃，然后再送至另一车底炉进行焙烧、冷却。热耗大致与环式炉相当。

环式炉焙烧适应性强，但能耗较高，而且排出废气尚须净化处理。车底炉生产灵活，废气不需净化，但只适宜作二次焙烧。隧道窑热耗低、适应性强、废气不需净化，是较理想的焙烧设备。

除上述四种焙烧设备外，尚有回转床焙烧炉，它是一种炉床为平面圆形，且能围绕圆心作水平转动的新型焙烧炉。装有焙烧品的窑车在炉内沿圆周设置，炉内有固定的温度带，对每台窑车而言，焙烧炉水平转动一周(360^。)完成一个焙烧过程，它具有类似于隧道窑的优点。

浸渍设备   主要为浸渍罐，有立式、卧式和管式三种。立式浸渍罐为间断式生产，浸渍后的焙烧品在罐内冷却，适用于小批量生产；卧式浸渍罐较立式浸渍罐便于装、卸制品，有单开门和双开门两种。前者用烟气加热，间断生产，制品在罐内冷却，适用于中型炭素厂；后者用导热油加热，可自动连续作业，浸渍品在罐外冷却，适合于大规模生产；管式浸渍罐适合于大规格石墨电极的浸渍，它以单根电极排成一列在管式罐内进行浸渍。

车间配置   一次焙烧和二次焙烧的设备应设在同一区域或同一厂房内。浸渍和焙烧分别设置，但须紧邻焙烧区。车间内部配置因选用的设备不同而异。环式炉的炉室沿厂房的纵向平行配置成两行，设在厂房的中间(见图)。厂房的一端设填充料加工部，另一端作堆放和清理场地。烟气净化装置设在厂房外侧的中部。敞开式焙烧炉厂房内设多功能天车为焙烧过程装、出炉用。采用隧道窑时，制品装在匣钵里焙烧，车间内部设天车或专用设备，从匣钵中装、卸制品，窑外一侧设有回车线。采用车底炉时，一般将车底炉并列成两排，两排炉子中间设轨道和转轨托车；车间一端配烟气燃烧系统。

浸渍工序一般设在单层厂房内，内部配置与选用的设备有关。双门卧式浸渍罐的配置，以浸渍罐为中心，将预热炉、浸渍罐和冷却室配置在一条生产线上；产品的装、卸、运输和堆放设有天车。