淺談提升預(yù)焙陽極質(zhì)量的關(guān)鍵

孟港

新疆神火炭素制品有限公司，中國·新疆 阜康 831500

1 引言

鋁電解中，陽極經(jīng)常被譽(yù)稱為鋁電解槽的心臟，高質(zhì)量的陽極是現(xiàn)代大電流電解槽最佳運(yùn)行的前提，高質(zhì)量的陽極是鋁電解最佳操作主要的焦點(diǎn)，在相同的電解生產(chǎn)環(huán)境中，高質(zhì)量的陽極可以顯著提高鋁電解生產(chǎn)過程的穩(wěn)定水平。當(dāng)前預(yù)焙陽極主要不合格品體現(xiàn)在陽極開裂、電阻率高、抗氧化性能較差等情況。預(yù)焙陽極上的裂縫致使在使用過程中陽極殘落，從而導(dǎo)致陽極總面積減少，使陽極電流密度的增加，改變了陽極電流分布，導(dǎo)致電流效率降低，也破壞了電解槽的穩(wěn)定運(yùn)行和環(huán)境惡化，因此產(chǎn)生質(zhì)量優(yōu)良的預(yù)焙陽極，提高電解效率，將大大提升電解槽的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。生產(chǎn)預(yù)焙陽極的原料主要是石油焦，焦炭和煤焦油瀝青，另外加上返回的部分殘極，這些原料經(jīng)過煅燒、破碎、篩分、配料、混捏工序等燒成滿足電解鋁需求的陽極炭塊，中間每個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)影響最終陽極炭塊的質(zhì)量。論文主要分析如何消除這些影響因素，生產(chǎn)出質(zhì)量合格的最終產(chǎn)品，并提出了提高電解鋁質(zhì)量的解決方案[1].

2 分析影晌預(yù)焙陽極質(zhì)量的因素

2.1 原材料

生產(chǎn)炭陽極的原料包括主體部分和粘結(jié)劑兩大組成部分。中國目前生產(chǎn)陽極炭塊的主要原材料是石油焦和煤焦油，另外加上返回的部分殘極。原材料中的雜質(zhì)元素直接影響預(yù)焙陽極質(zhì)量的提升，原材料中微量元素的存在比例直接影響到炭陽極的最終質(zhì)量，因此應(yīng)選擇有害元素較少的原料，另煅燒過程中石油焦粉料較多會(huì)使煅燒過程中出現(xiàn)蓬料現(xiàn)象對(duì)原料的煅燒質(zhì)量存在很大的影響，因此石油焦在配比過程中應(yīng)使焦粉量及顆粒料均勻配合[2]。

2.2 煅燒質(zhì)量

煅燒是陽極生產(chǎn)的第一道工序，這一工序主要生產(chǎn)滿足預(yù)焙燒陽極生產(chǎn)的物理和化學(xué)性能均達(dá)標(biāo)的煅后焦，煅燒工藝主要是通過高溫煅燒將石油焦中的水分和揮發(fā)分排除出去，煅燒后石油焦體積收縮，強(qiáng)度和密度增加，電導(dǎo)率提高，使其化學(xué)性能更穩(wěn)定。目前中國很多炭素廠使用罐式煅燒爐煅燒石油焦，不同等級(jí)的石油焦在煅燒期間理化指標(biāo)變化情況存在很大差別，如果煅燒過程中出現(xiàn)物料燒制不徹底現(xiàn)象，在后期成型后焙燒過程中會(huì)出現(xiàn)二次收縮，從而造成炭塊變形或出現(xiàn)裂紋等廢品。

2.3 焙燒制度

陽極焙燒使用敞開式焙燒爐，焙燒爐的設(shè)計(jì)和焙燒過程中的合理升溫曲線及溫度能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制的先進(jìn)的燃燒系統(tǒng)是生產(chǎn)高質(zhì)量陽極的有效保證。以天然氣為燃料，其熱值較高能夠有效的控制升溫過程的溫度均勻，過大天然氣用量，會(huì)使天然氣過剩，加劇了燃燒環(huán)境，會(huì)使炭塊燒制不均勻，造成廢品，也會(huì)使揮發(fā)分不能充分燃燒對(duì)煙氣凈化系統(tǒng)造成一定的危害。焙燒各階段的加熱速率決定產(chǎn)品發(fā)生的物理化學(xué)變化過程，它必須保證預(yù)焙陽極在科學(xué)合格的升溫曲線下進(jìn)行升溫焙燒，這樣才能保證預(yù)焙陽極不發(fā)生體積變形，不出現(xiàn)燒裂甚至產(chǎn)品氧化等廢品，最終得到電阻率低，耐壓強(qiáng)度滿足電解槽生產(chǎn)需要的陽極炭塊。升溫速度決定預(yù)焙陽極焙燒質(zhì)量，當(dāng)升溫速度慢，不僅殘焦量增加，物理機(jī)械性能有所提高，而且可以減少預(yù)焙陽極內(nèi)部和外部的溫度差，防止產(chǎn)品裂紋的產(chǎn)生。

3 提高預(yù)焙陽極質(zhì)量的措施

3.1 提高作業(yè)人員的綜合素質(zhì)

增強(qiáng)生產(chǎn)質(zhì)量管理理念和人員培訓(xùn)力度，提高標(biāo)準(zhǔn)，自覺地按照國際通用的陽極質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行質(zhì)量控制，加強(qiáng)員工技能培訓(xùn)，增強(qiáng)員工的質(zhì)量意識(shí)，增強(qiáng)程序控制系統(tǒng)，逐一解決生產(chǎn)過程中每一個(gè)影響品質(zhì)的細(xì)節(jié)，并進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)收集，整理及時(shí)提出解決質(zhì)量問題的建議和措施。另外，還要加強(qiáng)焙陽極生產(chǎn)過程中的化驗(yàn)檢測和分析方法，避免不合格產(chǎn)品流入下一道工序[3]。

3.2 提高原材料質(zhì)量

通過大量的實(shí)驗(yàn)和調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，預(yù)焙陽極應(yīng)該采用瀝青喹啉不溶物含量適當(dāng)?shù)臑r青，這樣瀝青的浸潤性好，結(jié)焦率高。特別是在目前中國石油焦質(zhì)量較差的前提下，找到了比較合適的用過瀝青質(zhì)量來提高預(yù)焙陽極質(zhì)量的方法。同時(shí)要對(duì)進(jìn)廠的石油焦粒度提出要求，確保各種粒度的石油焦達(dá)到一個(gè)最優(yōu)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)微元素含量和揮發(fā)分含量的不同對(duì)石油焦進(jìn)行科學(xué)合理搭配，使石油焦中的微量有害元素對(duì)產(chǎn)品性能的影響降到最低，這對(duì)提高陽極質(zhì)量具有積極的意義。

3.3 提高煅燒質(zhì)量

煅燒的過程實(shí)質(zhì)上是對(duì)石油焦在隔絕空氣的前提下進(jìn)行高溫?zé)崽幚淼倪^程，物料在煅燒爐料罐內(nèi)自上而下流動(dòng)，同時(shí)吸收火道傳遞的熱量，物料得到升溫，因此煅燒質(zhì)量的好壞與否完全取決于火道溫度及物料在料罐內(nèi)流動(dòng)的速度。煅燒爐的燃料是石油焦中的揮發(fā)分，主要從首層火道引入，并主要在首、二層火道內(nèi)燃燒。因此，首、二層火道揮發(fā)分的燃燒及溫度的控制決定整臺(tái)的熱工性能，煅燒爐火道用硅磚砌筑，其耐火度和荷重軟化溫度分別為1690℃和1650℃以上，所以必須將首、二層溫度控制在1250～1380℃，才能既保證爐體不被燒壞又保證物料煅燒質(zhì)量。八層火道溫度控制在950～1050℃是比較適宜的，溫度低一些有利于煅燒物料的冷卻，減輕爐體底部煙道粘土磚和冷卻水套承受的高溫壓力，延長爐子使用壽命。

3.4 加強(qiáng)焙燒管理

①合理設(shè)置升溫曲線，升溫速率的高低直接決定陽極炭塊最終的產(chǎn)品性能。②合理控制總管負(fù)壓，負(fù)壓大了將會(huì)導(dǎo)致大量熱量被風(fēng)機(jī)抽走，從而增加燃燒過程中的燃料用量，負(fù)壓小了不能保證揮發(fā)分在火道內(nèi)充分燃燒，導(dǎo)致凈化電場工作負(fù)荷增加，甚至導(dǎo)致煙囪著火的情況發(fā)生。③合理調(diào)整各火道內(nèi)壓力，保證爐室上中下層溫度均勻，降低溫度上下波動(dòng)的幅度從而減少產(chǎn)品的氧化和裂紋。④控制好零壓架，使同一個(gè)燃燒系統(tǒng)內(nèi)的爐室處于正壓和負(fù)壓有明顯的臨界爐室，避免炭陽極的氧化。

3.5 積極采取新工藝

在預(yù)焙陽極生產(chǎn)過程中，有時(shí)候?yàn)榻档统杀就瑫r(shí)消化處理掉不合格廢品，在生產(chǎn)過程中加入部分殘極，但殘極用量不宜過大，如果配料過程中，瀝青加入量過低，可導(dǎo)致糊料塑性降低，進(jìn)而影響陽極質(zhì)量。所以在生產(chǎn)時(shí)要根據(jù)生產(chǎn)情況及時(shí)調(diào)整混合料物的比例，確保殘極分配比例不超過20%。同時(shí)，也要做好瀝青的加入量，保證瀝青不超過允許的范圍值，以保證陽極質(zhì)量穩(wěn)定，最終使陽極塊的外觀較平滑、體密高、孔隙率低，耐熱效果也有所提高，掉渣現(xiàn)象也明顯減少[4]。

4 結(jié)語

通過改善工藝條件，穩(wěn)定了生陽極生產(chǎn)質(zhì)量，預(yù)焙陽極外觀質(zhì)量及理化指標(biāo)也有了改善，預(yù)焙陽極在電解使用過程中掉渣、脫極現(xiàn)象明顯降低，同時(shí)降低了陽極生產(chǎn)過程瀝青用量和電解生產(chǎn)中的炭陽極的消耗[5]。