焙烧是预焙阳极生产的关键工序，随着国内预焙阳极铝电解槽的大型化发展，铝电解工艺优化和经济性换极周期阳极高度研究的不断推进，国内按阳极高度550mm设计的窄料箱焙烧炉，制约了大型铝电解槽用和经济性换极周期预焙阳极的生产，都面临再次改造的问题。本文结合预焙阳极生产实际及焙烧炉火道墙大修实践，对按阳极高度550mm设计的窄料箱阳极焙烧炉的结构优化进行了探索和实践，提出窄料箱焙烧炉结构优化改造的实践方法和火道墙新型耐火材料的组合应用。
改造的条件和方案
1.1改造的条件
(1) 在用户现有铝电解装备条件下，阳极理想的换极周期要求在32天及以上。根据换极周期要求，经测算现用户开槽阳极的经济高度在605mm及以上，相应要求焙烧炉料箱宽度≥740mm。
(2) 焙烧炉火道墙已到大修周期。由于焙烧炉长期连续生产火道墙变形较多，出现部分炉室料箱尺寸较大变化，经常造成装(出)炉阳极碰损、挤坏火道墙，严重的火道墙变形已经影响到料箱的正常生产使用，已到大修期。近几年已安排一定量火道墙的大修，还有相当量的火道墙等待大修。
1.2改造方案
考虑到尽可能降低因火道墙内腔改变对热工工艺的影响，确定改造实施方案为：
(1) 火道墙砖(砌块构件)宽度由110mm改为100mm。
(2) 火道规格为：长5246×宽490X高5440mm;火道墙内腔宽度由310mm减至290mm，相应内腔截面面积减少6.5%。
(3) 料箱规格为：长5246X宽743X高5360mm;相应控制火道墙侧填充料厚度到单侧≥60mm。
(4) 对横墙炉室间连通火道部位进行调整改进，并增加一道竖直插板密封装置。
新型耐火材料的使用
2.1开发使用高强度大规格火道墙砌块
结合焙烧炉火道墙大修废砖的无害化利用，近几年来开发应用以大修火道墙废砖破碎料为骨料，配合耐火充填料和胶质混合剂等材料，设计有不同规格模具，经由高频震动浇注成型，现场预制大规格火道墙砌块构件，从2014年起替换耐火砖在焙烧炉火道墙大修中使用。
预制大规格火道墙砌块构件特点和性能：
(1) 大型化、强度高。预制砌块构件比传统焙烧炉火道墙耐火砖大数倍，在焙烧温度下承重合力提高，抗扭曲能力随之增大。减少了传统焙烧炉火道墙耐火砖，在使用过程中出现下沉、扭曲、开裂等影响使用寿命缺陷，预期可延长火道墙使用寿命。
(2) 不易变形。预制砌块构件经由高频震动浇注成型，其结构比传统火道墙耐火砖更加致密，配置的原材料经1500℃以上高温烧制而成，焙烧温度下其物理性能稳定，使用过程荷重软化温度显著提高，高温蠕变率小，砌块构件不易变形。
(3) 密度高、高温性能好。预制砌块构件采用超特微粉材料作充填料，其流动性、渗透性极强，预制砌块构件密度在2.35-2.45g/cm3，在高温阶段导热系数好于传统火道墙砖。
(4) 砌筑快捷、高效。预制砌块构件砌筑过程，可使用一定的机械配合，省时、省工、施工方便，砌筑更加高效、快捷，能提高火道墙大修速度。
(5) 节能环保。现场浇注预制无需大型机械设备，每生产一吨预制砌块构件只需几度电，不需高温烧结;预制砌块构件用了近50%的大修火道墙废耐火砖破碎料作骨料，回收利用废砖减少了对环境的影响。降低了原料成本。
2.2组合使用火道墙新型耐火材料
除开发应用预制大规格火道墙砌块构件外，还选择使用近几年耐火材料厂家研发的新型耐火材料，来改善火道墙传热及隔热保温不同性能需要，显著提高火道内辐射传热能力和热传递效果，减少炉顶散热损失，延长炉体使用寿命，改善炉顶观察孔气密性，减少高温气体外逸而造成的热量损失等。
2.2.1具有蓄热保温功能的边火道耐火砖
阳极焙烧炉边火道普遍存在温度控制难、焙烧过程火道负压高、燃烧器供气开度大，且温度落后中间火道的现象。分析其原因：主要由于边火道墙单侧受热和边火道墙所用耐火砖的导热率高，造成火道墙内的热能向外墙传递过快，造成边火道能耗高，且温度跟不上中间火道，影响整个炉室火道间运行温度的均衡，对产品均质也有很大的制约。
新型蓄热保温耐火砖采用嵌合结构的设计，其外型结构形状与现使用火道墙砖相仿，沿长度方向的中间部位带有凸凹槽。特点和性能：区别在于新型蓄热保温耐火砖凸凹槽的两边备有一排上下贯通结构的孔洞，利用上下贯通孔来降低耐火砖导热性能，阻止热能的快速传递。耐火砖上下贯通孔不但可以阻止热能的传递，而且还可以储存热能，起到保温的作用。
2.2.2应用节能型炉顶耐火材料
(1) 火道墙节能炉顶板及双层炉口密封盖
主要针对解决现有火道墙预制块观察孔密封性能差、漏风严重和炉面温度过高、热能损耗大的问题。新型火道墙节能炉顶板及双层炉口密封盖，其特点：主要选用两种耐火材料，上部选用一层体积密度在1.6-1.7g/cm3的高强半轻质保温材料，下部为高强重质耐火材料，制作成为复合保温炉顶板。同时，为了更好的降低炉口热耗损失和漏风现象，把炉口结构改为双层密封结构的炉口盖。使用该种耐火材料后观察孔密封性能大为改善，炉面温度相应地降低，而且移炉操作比三件套组件更加简便，缩短了移炉作业时间。
(2) 高强隔热浇注料盖板砖和耐高温远红外辐射涂料选用高强隔热浇注料盖板，主要针对火道墙炉面温度过高，热能损耗大的问题所采取的一种节能措施。主要方法是把火道墙上部的原盖板砖改为用体积密度在1.6-1.7g/cm的高强半轻质保温材料制作的保温盖板，该材料耐火度大于1750℃，可以直接接触火焰，使用温度在1300℃以上。
高强隔热浇注料盖板有一个技术特点是：在其接触火焰的底部涂抹了一层厚度在0.3-1.0mm的高温远红外辐射节能涂料。该涂料是一种用于工业窑炉的高效节能环保新产品，可直接喷涂在各种高温窑炉的耐火材料表面，形成一层坚硬的陶瓷釉面硬壳，能起到有效反射炉膛内红外热能的作用，显著提高炉膛内的热传递效果，减少外壁散热损失，提高炉体气密性，减少高温气体外逸而造成的热量损失等特点。同时，起到保护炉体、延长火道墙使用寿命作用。
(3) 耐高温远红外辐射涂料
耐高温远红外辐射涂料正常使用温度≥1400℃-1600℃，最高使用温度1700℃。该涂料采用过渡族元素氧化物、氧化锆、高温体系高级耐火材料超细粉体材料、经过高温掺杂形成固溶体，既增加了材料电子的能级，提高热能红外辐射系数，又保持了相应的耐热性能，高强度、耐腐蚀性强、耐磨性能优异，提高了涂层整体强度和致密性。稀土元素氧化物的掺入能提高反应物的活性，同时也是掺杂和稳定涂层结构的优选最佳材料。
该涂料在高温窑炉、炉膛内衬上形成致密陶瓷辐射涂层，并通过涂层红外辐射，改善炉内热交换工况，在同样的加热条件下，由于传热能力的加强，提高了炉膛内燃烧温度及燃烧均匀性，使燃料燃烧更充分，达到增加加热效率，减少能耗、节约能源和延长炉体内衬使用年限。涂料涂层使用最佳寿命为4-5年，因此，每隔4年左右时间在原有的涂料涂层上再喷涂/刷一次，保持涂层的最佳工作状态。
结 论
(1) 焙烧炉火道墙结构改进，使装炉料箱宽度由703mm增加到743mm，解决了高度620mm以内经济性阳极生产难题，能生产满足用户32天及以上经济性换极周期高度阳极。
(2) 焙烧炉料箱、火道墙结构调整改进，按火道墙大修形式安排，避免了焙烧炉停产损失，保证了客户正常产品需求供应，为窄料箱焙烧炉料箱扩大改造提供了可以借鉴的路径。
(3) 目前，使用现场预制砌块构件火道墙已占到34室焙烧炉火道墙的近四分之一，最早使用的预制砌块构件火道墙已运行近三年，未出现下沉、弯曲变形等情况。
(4) 火道墙预制砌块构件消化了近50%的大修火道墙废砖，不仅降低了预制砌块构件生产成本，而且为固废的综合利用拓展了新的途径。
(5) 组合使用焙烧炉火道墙新型耐火材料，满足了火道墙传热及隔热保温不同性能的需要，显著提高火道内辐射传热能力和热传递效果，减少炉顶散热损失，延长炉体使用寿命，改善炉顶观察孔气密性，减少高温气体外逸而造成的热量损失等，对降低焙烧过程中的燃料消耗、减少炉面作业人员热辐射起到了好的作用。
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