節(jié)約能源不僅能夠產(chǎn)生巨大經(jīng)濟(jì)效益，而且從長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮社會(huì)效益更為顯著。面對(duì)當(dāng)前嚴(yán)峻的鋼鐵市場(chǎng)大環(huán)境，節(jié)能降耗、降本增效成為我國(guó)耐火材料行業(yè)提高競(jìng)爭(zhēng)力的重要措施。
       板狀剛玉作為耐火材料中的一種大型重要原料，其生產(chǎn)是通過大型豎窯快速燒結(jié)而成，需耗大量能耗源，因此，從生產(chǎn)工藝角度思考，降低其能耗是提升板狀剛玉競(jìng)爭(zhēng)力的必要方式。
       板狀剛玉生產(chǎn)的節(jié)能降耗方式
       早期板狀剛玉是由Thomas S．Curtis于1934年在豎窯中燒制而成的，接著便開始工業(yè)化生產(chǎn)使用，用作耐火材料和陶瓷行業(yè)窯爐的內(nèi)襯材料。后來，美國(guó)鋁業(yè)公司（即現(xiàn)在的安邁鋁業(yè)公司）大力發(fā)展板狀剛玉產(chǎn)品，并開發(fā)一系列燒結(jié)板狀剛玉產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)接觸板狀剛玉比較晚，其發(fā)展經(jīng)歷大致可以分為4個(gè)階段：初期接觸階段、了解發(fā)展階段、嘗試生產(chǎn)階段、發(fā)展壯大階段。從燒結(jié)板狀剛玉的基本生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)設(shè)備出發(fā)，筆者在此探討節(jié)能降耗的幾種方式。
       原料的選擇。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)板狀剛玉的原料大部分是采用工業(yè)氧化鋁粉即γ-Al2O3，而安邁鋁業(yè)采用煅燒氧化鋁粉。煅燒氧化鋁粉是工業(yè)氧化鋁粉經(jīng)過一定的高溫處理得到的，較工業(yè)氧化鋁粉而言，煅燒氧化鋁粉具有較高的活性和燒結(jié)性能，能適當(dāng)?shù)媒档蜔Y(jié)溫度。然而，煅燒氧化鋁粉成本較高，成為國(guó)內(nèi)一些板狀剛玉生產(chǎn)廠家不選它的主要原因。因此，綜合考慮，在原料方面采用工業(yè)氧化鋁和煅燒氧化鋁粉復(fù)配使用，以一定的比例復(fù)配使用后，既可以控制原料成本，也可以提高原料的燒結(jié)性能，降低燒結(jié)溫度，減少天然氣用量，降低能耗，從而降低生產(chǎn)成本。目前，已有廠家采用該方法在試生產(chǎn)，并取得不錯(cuò)的效果。
       球磨技術(shù)的改進(jìn)。板狀剛玉所用的原料在成球之前需要球磨成細(xì)粉，而目前大部分廠家只是控制球磨機(jī)出粉粒度為325目的通過率，并沒有從細(xì)粉粒度上去研究。然而，原料粒度是影響燒結(jié)效果的一個(gè)重要因素，粒度的減小會(huì)增大原料的比表面積，增加燒結(jié)活性，促進(jìn)燒結(jié)效果，降低燒結(jié)需要的溫度，從而減少天然氣用量。
       原料粉的粒度主要是通過球磨機(jī)控制來實(shí)現(xiàn)的，安邁球磨機(jī)中使用的研磨球?yàn)殇撡|(zhì)，而國(guó)內(nèi)大部分生產(chǎn)廠家采用的還是瓷球。球磨機(jī)中采用鋼質(zhì)磨球的生產(chǎn)效率要比瓷球效率高20%~30%，節(jié)約電力消耗10%~15%。另外，在同樣的條件下，鋼質(zhì)磨球生產(chǎn)出的細(xì)粉粒度要比瓷球生產(chǎn)出的粒徑小5%左右，這樣，可以大幅度提高原料的燒結(jié)活性，降低燒成時(shí)需要的能耗。
       成球方式的選擇。板狀剛玉的燒制是一個(gè)固相燒結(jié)，通過物質(zhì)遷移使粉末體產(chǎn)生強(qiáng)度并導(dǎo)致致密化和再結(jié)晶的過程，因此，板狀剛玉的半成品球的致密度是影響制品燒結(jié)效果的一個(gè)重要因素。半成品致密度的提高是可以改變粉料顆粒之間的接觸狀態(tài)，縮短顆粒之間的距離，增大接觸面積，提高固相之間傳遞能量的速度和效率，從而提高燒結(jié)效果。
       利用余熱進(jìn)行完全干燥。半成品球在成型過程中加入大量的水分結(jié)合，其含水率達(dá)到18%~23%，因此在進(jìn)入豎窯之前必須進(jìn)行干燥處理，要求進(jìn)窯前半成品球的含水率低于5%，否則，在窯爐中會(huì)出現(xiàn)大量炸球碎料狀況，進(jìn)而影響到整個(gè)窯爐的氣氛分布，降低天然氣的燃燒效率，增加天然氣消耗量。同時(shí)，有大量的逆流熱氣從豎窯窯口排向大氣中，造成熱能散失浪費(fèi)。為此，大多數(shù)廠家也會(huì)利用余熱進(jìn)行干燥處理，但是，由于烘干倉設(shè)計(jì)問題，除豎窯的逆流熱風(fēng)供能外，該烘干倉還需要額外提供能源，來供燒嘴加熱產(chǎn)生熱空氣，促進(jìn)原料球的快速干燥。這種方法雖然最終也可以達(dá)到很好的烘干效果，但增加了天然氣的消耗量。
       為了僅靠豎窯的逆流熱風(fēng)能量就達(dá)到半成品球完全干燥的效果，浙江自立氧化鋁材料科技有限公司發(fā)明了一種改進(jìn)換熱的剛玉原料球的烘干倉，該烘干倉包括加熱室，加熱室上部為帶有進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口的烘干工作區(qū)，加熱室下部為出料區(qū)，烘干工作區(qū)內(nèi)設(shè)有熱風(fēng)輸送管。熱空氣由進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入熱風(fēng)輸送管總管后，沿各支管管道流動(dòng)，可加熱熱風(fēng)輸送管管壁。剛玉半成品球由進(jìn)料管進(jìn)入加熱室的烘干工作區(qū)內(nèi)部，一方面與烘干工作區(qū)中的熱空氣進(jìn)行熱交換，實(shí)現(xiàn)烘干效果；另一方面與熱風(fēng)輸送管的管壁接觸進(jìn)行熱交換，實(shí)現(xiàn)剛玉半成品球的干燥。此方法干燥后的球含水率基本上都小于5%，起到較好的烘干效果，同時(shí)，也回收利用了窯爐口的逆流熱風(fēng)能量，減少烘干倉中天然氣消耗。
       提高燃燒系統(tǒng)效率。豎窯燃燒系統(tǒng)是生產(chǎn)板狀剛玉最重要也是耗能最大的地方。板狀剛玉是要經(jīng)過1900℃~1950℃的高溫快速燒結(jié)，而這么高的燒結(jié)溫度是通過天然氣的燃燒實(shí)現(xiàn)，因此，提高燒嘴天然氣的燃燒效率是節(jié)約能源的一個(gè)重要方式。
       天然氣的燃燒是一個(gè)化學(xué)放熱的過程，其燃燒的充分性由天然氣和助燃風(fēng)之間的比例及其之間混合的均勻度來決定。若助燃風(fēng)不夠可能導(dǎo)致天然氣燃燒不充分，若助燃風(fēng)比例過高又會(huì)帶走一部分熱量造成能源浪費(fèi)。目前，國(guó)內(nèi)大部分廠家是在分別向豎窯中通入天然氣和助燃風(fēng)，在燒嘴處混合后燃燒，這樣可能造成天然氣和助燃風(fēng)之間的比例難以控制，不能保證天然氣和助燃風(fēng)混合均勻，也難以確保天然氣得到充分燃燒。而安邁鋁業(yè)公司則在是在進(jìn)入窯爐之前，在一個(gè)特定的容器中進(jìn)行天然氣和助燃風(fēng)之間的混合，這樣可以保證天然氣和助燃風(fēng)混合的比例及均勻性。因此，為了提高燃燒系統(tǒng)的效率，降低天然氣的消耗量，首先就要改進(jìn)燃燒系統(tǒng)，包括燒嘴、氣體混合裝置等，確保天然氣的燃燒能夠充分、集中。
       出爐機(jī)余熱的充分利用。板狀剛玉的燒制是一個(gè)快速燒成、快速冷卻的過程，因此，成品從窯爐出爐機(jī)中出來時(shí)還是溫度較高，帶有較高熱能。若靠自然冷卻，不但影響其生產(chǎn)效率，而且造成熱能的大量浪費(fèi)。因此，可以考慮在出爐機(jī)下發(fā)安裝一個(gè)冷卻倉，進(jìn)行冷風(fēng)冷卻，同時(shí)冷卻后的熱風(fēng)進(jìn)行回收送往前面的烘干倉，提高烘干倉的干燥效果。經(jīng)過冷卻倉后的板狀剛玉成品球溫度可以低于35℃，可以進(jìn)行后面的加工處理，提高生產(chǎn)效率。另外，大量的熱量回收利用，降低了能源消耗。
       加工破碎系統(tǒng)的改進(jìn)。板狀剛玉的加工破碎系統(tǒng)中基本都是采用巴馬克方式加工，然而，現(xiàn)在巴馬克內(nèi)襯和耐磨體都是采用耐磨鐵，而此材質(zhì)導(dǎo)致的問題是向板狀剛玉成品中帶入較多Fe雜質(zhì)，影響產(chǎn)品質(zhì)量。另外，其消耗量高，價(jià)格昂貴。現(xiàn)在有些廠家開始使用99瓷質(zhì)耐磨襯磚代替耐磨鐵用于巴馬克，也取得了較好的效果。此方法可以降低原耐磨材料費(fèi)用的50%~70%，同時(shí)，還可以降低產(chǎn)品中鐵雜質(zhì)含量。
       板狀剛玉與電熔剛玉的節(jié)能對(duì)比
       電熔剛玉生產(chǎn)是眾所周知的高耗能大戶，每噸電熔剛玉耗電2000千瓦時(shí)~3000千瓦時(shí)，而燒結(jié)板狀剛玉綜合能耗只有電熔剛玉的20%~35%。電熔剛玉生產(chǎn)過程中要排放大量的廢氣和廢渣，而燒結(jié)板狀剛玉生產(chǎn)以天然氣為熱源，除了天然氣中的二氧化碳排放外，無其它廢氣和廢渣排放。所以，無論是從節(jié)能方面還是從環(huán)境保護(hù)方面，燒結(jié)板狀剛玉都可以做到優(yōu)于電熔剛玉。
       在剛玉使用性能和指標(biāo)上，燒結(jié)板狀剛玉也存在較大優(yōu)勢(shì)。首先，燒結(jié)板狀剛玉雜質(zhì)含量低且分布均勻，電熔剛玉雜質(zhì)含量高且分布不均勻。燒結(jié)板狀剛玉以高純工業(yè)氧化鋁為原料，生產(chǎn)過程中不添加任何外加劑， 所以，其產(chǎn)品中雜質(zhì)如鐵、硅、鈉均為微量。而電熔剛玉生產(chǎn)過程中需要鐵、碳作為添加劑，鐵、碳、硅、鈉等雜質(zhì)含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于燒結(jié)板狀剛玉。還有，電熔剛玉熔融塊冷卻時(shí)，不同部位冷卻速度不一樣，造成不同部位的雜質(zhì)含量不一樣。因此，電熔剛玉強(qiáng)調(diào)嚴(yán)格撿選，而燒結(jié)板狀剛玉不需要撿選，質(zhì)量分布較為穩(wěn)定和均勻。另外，燒結(jié)板狀剛玉具有特性的顯微結(jié)構(gòu)和較多的球形封閉氣孔，這決定其具有較好的抗熱震和抗剝落性能。而電熔剛玉開口氣孔較多，封閉氣孔較少，在抗侵蝕抗?jié)B透等性能上不如燒結(jié)板狀剛玉。
       近幾年國(guó)內(nèi)燒結(jié)板狀剛玉已得到快速發(fā)展，無論是從技術(shù)指標(biāo)還是從產(chǎn)量上已經(jīng)達(dá)到了較高水平，打破了安邁鋁業(yè)公司的壟斷局面，從而大幅度降低了燒結(jié)板狀剛玉的價(jià)格。因此，從某個(gè)角度來講，以燒結(jié)板狀剛玉來取代電熔剛玉在耐火制品中使用，不但可以延長(zhǎng)耐火制品的使用壽命，也可以降低耐材和能源的消耗量。
       燒結(jié)板狀剛玉屬于高端耐火原料，在未來耐火行業(yè)中使用的范圍會(huì)越來越廣泛，使用的數(shù)量也會(huì)越來越多。因此，降低板狀剛玉在生產(chǎn)過程中的能耗，不但是降低生產(chǎn)成本、增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的一種方式，也可以為整個(gè)耐火材料行業(yè)節(jié)能降耗做出貢獻(xiàn)。
       （此文刊登于《中國(guó)冶金報(bào)》2015年3月24日12版）