鞏義市孝義紅衛(wèi)粘合劑廠
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▍行業(yè)知識
淺析回轉(zhuǎn)窯煅燒氧化鋁
回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)煅燒Al2O3的原理
原料氫氧化鋁通過喂料螺旋由位置較高的窯尾端喂入,燃料和熱風(fēng)則從較低的窯頭噴入窯內(nèi),物料和熱氣流做相反方向運(yùn)動。隨著窯體的轉(zhuǎn)動,物料被帶到一定的高度,受自身的重力作用下落,隨著窯體的不斷轉(zhuǎn)動,物料沿窯壁向前滑移動,從窯尾送到窯頭,在整個(gè)運(yùn)動過程中不斷吸收燃料所釋放的熱量,從而完成了全部物理、化學(xué)變化,由回轉(zhuǎn)窯窯頭卸入冷卻機(jī),冷卻至80℃以下,再經(jīng)提升機(jī)、斜槽、送至α-Al2O3成品倉,而燃料產(chǎn)物則在排風(fēng)機(jī)的作用下被送至窯尾一、二級旋風(fēng)收塵和電收塵,經(jīng)收塵后的廢氣排入大氣。焙燒原理為含有一定水份的濕氫氧化鋁,在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的高溫作用下,經(jīng)過烘干、脫水、晶型轉(zhuǎn)變?nèi)齻�(gè)過程轉(zhuǎn)化為α-Al2O3。其轉(zhuǎn)化率主要取決于焙燒溫度、礦化劑添加量和物料在窯內(nèi)停留的時(shí)間。
主要反應(yīng)方程式：
影響煅燒質(zhì)量因素
1. 礦化劑
合適的礦化劑劑不僅影響著顆粒的形貌和大小,同時(shí)還能夠促進(jìn)氧化鋁的α相轉(zhuǎn)化,但不同添加劑的作用明顯不同。添加劑產(chǎn)生的影響主要?dú)w結(jié)為生長晶面對添加劑的吸附作用,從而導(dǎo)致了晶體生長速率的變化,而最終反映到晶體形態(tài)上;在高溫氧化鋁煅燒過程中添加礦化劑,以起著降低煅燒溫度、除雜提純、提高α相轉(zhuǎn)化率、控制晶粒尺寸等作用。它們可以使α-Al2O3在較低溫度下長大,其中硼酸和鹵系類型的礦化劑可與原料中的Na2O反應(yīng)生成易于揮發(fā)的化合物,從而降低α-Al2O3中Na2O的含量。礦化劑促進(jìn)α-Al2O3。晶型轉(zhuǎn)化的機(jī)理是:首先,氫氧化鋁在低溫?zé)Y(jié)生成χ-Al2O3(或γ-Al2O3)時(shí),礦化劑與Al2O3反應(yīng)生成某些過渡性化合物,降低了α-Al2O3轉(zhuǎn)化成α-Al2O3的燒成溫度,從而提高了Al2O3轉(zhuǎn)化成α-Al2O3的轉(zhuǎn)化率,其次,是部分脫鈉型礦化劑與Al2O3中的Na20反應(yīng)生成低溫化合物,并隨著溫度的繼續(xù)升高而揮發(fā),減少了Na2O對α-Al2O3轉(zhuǎn)化率的影響,提高了Al2O3轉(zhuǎn)化成α-Al2O3的活性。在生產(chǎn)中為了有效脫鈉,大多采用硼化物和氯化物作為礦化劑,實(shí)驗(yàn)證明,添加量在千分之三到十比較合適。礦化劑加多了,成本升高,并且生產(chǎn)中不易操作,例如以硼酸為礦化劑加入過量時(shí),在窯內(nèi)的高溫作用下,融化形成液態(tài)與物料混合形成膠著狀吸附在窯內(nèi)耐火磚表面,當(dāng)達(dá)到一定厚度時(shí),如遇窯內(nèi)溫度大的波動或物料粘度過大時(shí),會造成堵塞下料口的現(xiàn)象,給正常生產(chǎn)帶來大的波動,使產(chǎn)量降低,產(chǎn)品質(zhì)量下降。礦化劑加少了,α-Al2O3含量提高不起來,影響產(chǎn)品質(zhì)量。在生產(chǎn)中通常可以對礦化劑添加量和溫度做相應(yīng)調(diào)整,生產(chǎn)不同產(chǎn)品滿足不同用戶。
氫氧化鋁在煅燒α-Al2O3轉(zhuǎn)化開始時(shí)生成的α-Al2O3晶體尺寸極小,中位徑通常小于0.5μm,需要添加礦化劑提高晶粒度。在無礦化劑時(shí),回轉(zhuǎn)窯中的溫度即使達(dá)1600℃,也不足以使α-Al2O3結(jié)晶長大到2μm。但是如果添加硼酸或鹵系礦化劑就可在較低的溫度下獲得到結(jié)晶尺寸大于2μm且α-Al2O3含量較高的產(chǎn)品,從而節(jié)約大量能源。如果要獲得微晶α-Al2O3可以采用鎂、鎳、鈷、鎢、鉻、鐵、鋁、硅、鋯等礦化劑抑制α-氧化鋁原晶生長。如果要獲得大原晶的α-Al2O3可以采用含氟、硼、氯、銅、鉀、欽、鋅、硫、碘等礦化劑加快原晶的生長。
2.窯頭部和尾部溫度
合理地控制回轉(zhuǎn)窯煅燒溫度是獲得合格α-Al2O3的有效手段,但現(xiàn)有的測溫技術(shù)應(yīng)用在實(shí)時(shí)監(jiān)測煅燒高溫帶溫度還不成熟。主要原因是現(xiàn)有耐高溫、耐摩擦的測溫?zé)犭娮杌緸樘沾刹牧?這種材料物理性質(zhì)脆硬,溫差變化稍大就斷裂,無法長期應(yīng)用。還有一個(gè)主要原因就是添加礦化劑煅燒α-Al2O3時(shí)窯內(nèi)壁會燒結(jié)一層結(jié)皮,會覆蓋在探入窯內(nèi)的測溫?zé)犭娮柰鈧?cè),使得檢測結(jié)果失真。鑒于以上問題在生產(chǎn)控制上通常以窯頭和窯尾部溫度為參考,判斷煅燒溫度的高低。窯頭位置低,窯尾位置高。窯頭部溫度距離高溫煅燒帶較近,可以較明顯的反應(yīng)高溫鍛燒帶溫度,窯頭部溫度高窯內(nèi)原料轉(zhuǎn)化成α-Al2O3的速度快,轉(zhuǎn)化率完善,晶粒增速度快。但二次風(fēng)溫度、風(fēng)量和下料輻射熱也會影響窯頭溫度,所以操作中根據(jù)具體情況調(diào)整。窯尾部溫度可以反映回轉(zhuǎn)窯內(nèi)部通風(fēng)狀況和氫氧化鋁的預(yù)燒狀況。該處溫度高,則窯內(nèi)部通風(fēng)良好,預(yù)熱帶溫度高,氫氧化鋁預(yù)燒的好。提高窯尾部溫度可以適當(dāng)?shù)难娱L回轉(zhuǎn)窯煅燒帶長度,有利于。α-Al2O3的轉(zhuǎn)化。在實(shí)際操作中,該處溫度受排風(fēng)量、氫氧化鋁下料量、窯轉(zhuǎn)速和燃料量影響。排風(fēng)量大煅燒帶向窯尾移動,窯尾溫度高;氫氧化鋁下料量小吸收熱能少,窯尾溫度高;窯轉(zhuǎn)速快,窯內(nèi)物料飛揚(yáng)嚴(yán)重通風(fēng)差,窯尾溫度低;增加燃料量提高窯內(nèi)溫度,窯尾溫度也相應(yīng)提高。在生產(chǎn)中,需要根據(jù)窯實(shí)際情況進(jìn)行綜合分析。窯尾部溫度一般控制在380一450℃范圍內(nèi)。
3. 煅燒時(shí)間
回轉(zhuǎn)窯煅燒時(shí)間是靠控制窯轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)的,窯轉(zhuǎn)速慢,物料停留時(shí)間長,煅燒時(shí)間就長;窯轉(zhuǎn)速快,物料停留時(shí)間短,煅燒時(shí)間就短。由于煅燒α-Al2O3在高溫下晶粒增長較快,因此,在保證晶相轉(zhuǎn)化完全的情況下,應(yīng)盡量縮短物料在燒成帶的停留時(shí)間。當(dāng)窯溫較高、下料量較大、礦化劑加量偏高或出現(xiàn)一定量塊料時(shí),一般可通過暫時(shí)提高窯速來加速物料在窯內(nèi)的運(yùn)動速度使情況得以緩解。正常生產(chǎn)中,出于穩(wěn)定熱工參數(shù)的考慮,窯速盡可能保持一致,以保證物料煅燒制度的穩(wěn)定。
工藝參數(shù)影響
1. α相轉(zhuǎn)化率
一般地說，客戶要求產(chǎn)品的α相越高越好，生產(chǎn)中，有時(shí)α相低于95%，出現(xiàn)產(chǎn)品不合格的現(xiàn)象，其原因如下：
（1）原料粒度偏大，正常煅燒制度無法燒透；
（2）下料量偏高，在其它參數(shù)不變的情況下，下料量超出正常波動范圍；
（3）原料中氧化鈉含量偏高，在煅燒過程中，生成了一定量的β-Al2O3影響了α相的轉(zhuǎn)化；
（4）煅燒過程中，窯內(nèi)通風(fēng)不暢等因素；
（5）晶相轉(zhuǎn)化劑的加入量偏低，在同樣條件下，起不到促進(jìn)晶相轉(zhuǎn)化的效果。
2. 氧化鈉含量
氧化鈉是高溫煅燒氧化鋁中的有害組分，因而其含量越低越好。生產(chǎn)中一般通過礦化劑降低氧化鈉含量。高溫煅燒氧化鋁中的氧化鈉含量偏高主要由以下因素造成：
（1）原料氫氧化鋁中氧化鈉含量偏高；
（2）煅燒溫度偏低；
（3）礦化劑加入量不足。
3. 流動性
高溫煅燒氧化鋁的流動性將影響產(chǎn)品的后續(xù)應(yīng)用，尤其是作為陶瓷原料和磨料原料使用時(shí)，對流動性有較高的要求。生產(chǎn)中，產(chǎn)品的流動性差主要由以下因素所致：
（1）原料氫氧化鋁的粒度波動較大；
（2）產(chǎn)品出現(xiàn)過燒情況；
（3）礦化劑加量過大。
