炭素陽極生產(chǎn)工藝標準化的研究

李曉輝

摘 要：生產(chǎn)工藝標準化是陽極生產(chǎn)的必然之路，可保證整個生產(chǎn)的穩(wěn)定、安全。鋁電解用炭素陽極是將煅后焦、瀝青、生碎和殘極按照一定比例進行混合，經(jīng)振動成型、高溫焙燒和導桿澆鑄生產(chǎn)出滿足電解需要的組裝陽極塊。基于此，本文概述了碳素，闡述了炭素生產(chǎn)存在的問題及其措施，結(jié)合某碳素廠，對炭素陽極生產(chǎn)工藝標準化進行了探討分析。

關鍵詞：炭素;生產(chǎn);問題;措施;陽極;生產(chǎn)工藝;標準化

1 炭素的概述

碳是自然界中常見的元素，并且其存在形式多種多樣，而且是重要的生產(chǎn)和生活材料。碳是非金屬元素，其原子序數(shù)是6，元素符號是C。碳是一種非金屬元素，元素符號是C，原子序數(shù)為6。自然界中碳的生成，是有機物通過熱解反應產(chǎn)生的。而生產(chǎn)炭素材料的工廠，則稱之為炭素廠。炭素生產(chǎn)所需要的材料主要是瀝青焦、石油焦和無煙煤，其生產(chǎn)原理是以電化學反應為基礎的，陽極位于電解槽內(nèi)，電流則通過陽極而導入。電流的導出，則通過電解槽的陰極而實現(xiàn)。炭素材料的種類有很多種，按照性質(zhì)來分可以分為半石墨質(zhì)、石墨質(zhì)和炭質(zhì)。

2 炭素生產(chǎn)存在的問題及其措施分析

2.1 炭素生產(chǎn)存在的問題分析

炭素就是指陽極炭素制品和陰極炭素制品，其生產(chǎn)過程中存在的問題主要體現(xiàn)在：①設備問題。目前我國炭素生產(chǎn)所用設備較為落后，不僅浪費材料和能源，同時對環(huán)境也造成了極大的污染，破壞生態(tài)的平衡;②產(chǎn)品標準和檢測方法問題。發(fā)達國家的炭素產(chǎn)品生產(chǎn)技術、生產(chǎn)工藝以及產(chǎn)品質(zhì)量都優(yōu)于我國，導致這一現(xiàn)象的原因，同我國落后的檢測方法和較低的產(chǎn)品標準有很大的關系。我國對于炭素陽極產(chǎn)品執(zhí)行的標準較低，尤其是對于物理化性能的要求不高;③產(chǎn)品質(zhì)量問題。炭素陽極消耗同炭素制品質(zhì)量有著密切聯(lián)系，槽的壽命也會受其影響，并且在一定程度上影響了大修的時間。炭素生產(chǎn)廠家由于自身的技術條件、資金和設備的不同，所采用的原材料也是不同的，這就不可避免地對產(chǎn)品的質(zhì)量造成影響。并且很多的炭素生產(chǎn)企業(yè)所采用的技術標準較低，同樣會對產(chǎn)品造成影響，因此國內(nèi)的炭素制品質(zhì)量普遍不高。

2.2 提高碳素生產(chǎn)質(zhì)量的措施

①改進設備與生產(chǎn)技術。為了提高炭素生存質(zhì)量，應從提高生產(chǎn)技術和生產(chǎn)工藝，采用先進的設備入手。首先要把好材料的質(zhì)量關，從采購環(huán)節(jié)加以嚴格的控制，對于煤瀝青和石油焦的質(zhì)量必須嚴格要求，嚴禁不合格的材料入廠。提高企業(yè)的技術水平，尤其是煅燒技術，通過技術的提高改善炭素產(chǎn)品質(zhì)量，可以考慮從國外引進先進煅燒技術的方法。焙燒是炭素生產(chǎn)過程中的關鍵環(huán)節(jié)，因此應采用先進的焙燒技術，提高產(chǎn)品質(zhì)量。同時還應該提高配料的自動化程度，優(yōu)化配料條件;②創(chuàng)新生產(chǎn)技術及規(guī)模化生存。炭素生產(chǎn)企業(yè)要想提高產(chǎn)品質(zhì)量，增強自身的競爭力，在國際市場上占有一席之地，除了需要改進和創(chuàng)新技術，還應該實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)，建立大型的炭素生產(chǎn)基地。我國的礦產(chǎn)資源，尤其是煤炭資源較為豐富，石油焦的含硫量不高，這就為炭素生產(chǎn)創(chuàng)造了很好的條件。

3 炭素陽極生產(chǎn)工藝標準化的分析

標準化就是人、機、料、法、環(huán)各個方面都有標準，人人按標準操作，最終達到同一件事情一個人做一百次一個樣、一千個人做相同的事情一個樣的結(jié)果。陽極生產(chǎn)工藝標準化采用這個思路，消除陽極生產(chǎn)過程中的人不穩(wěn)定行為、物的不穩(wěn)定狀態(tài)，最終實現(xiàn)陽極生產(chǎn)安全穩(wěn)定，質(zhì)量提升的目標。以下結(jié)合某炭素廠為例，對炭素陽極生產(chǎn)工藝標準化進行說明分析

3.1 某炭素廠的概況

某炭素廠采用回轉(zhuǎn)窯+連續(xù)混捏+機澆鑄的生產(chǎn)方式，電解客戶對陽極需求即為陽極最終結(jié)果標準，根據(jù)不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)影響不同的指標，分別確定組裝、焙燒、成型、煅燒、原材料的標準，建立完整的標準體系。具體體現(xiàn)在：

3.2 炭素陽極組裝工藝標準化

影響炭素陽極組裝工藝的指標有脫極、鐵碳壓降，具體工序為澆鑄、鐵水熔煉、配料，通過執(zhí)行組裝工藝標準的熔煉溫度標準、熔煉作業(yè)卡、輔料用量標準、配料添加作業(yè)卡，從技術、管理兩方面保證澆鑄質(zhì)量，最終保證產(chǎn)品質(zhì)量：無脫極、鐵碳壓降<70mV。為確保殘極微量元素含量不超標，建立鋼爪打磨作業(yè)卡、殘極表面清理標準，控制粗殘鈉含量≤300μg/g，細殘鈉含量≤600μg/g;為確保導桿不彎曲變形、不帶裂紋，建立導桿檢查作業(yè)卡，在澆鑄前下線不合格導桿。在組裝相關的工藝標準及作業(yè)卡的基礎上，再配以整體的檢驗、培訓、考核，建成組裝工藝標準化體系。

3.3 焙燒工藝標準化

炭素陽極焙燒工藝影響關鍵指標有電阻率、空氣反應性，影響環(huán)節(jié)在焙燒工序，主要是焙燒曲線，即焙燒溫度、焙燒時間，要保證電阻率51±1μΩm、空氣反應性90±5%，焙燒爐上層炭塊插熱電偶能夠測到的表面溫度不低于1050℃，該溫度以上的保溫時間不低于56h，焙燒曲線應該根據(jù)該原則制定。為了保證陽極的外觀合格，表面不出現(xiàn)氧化、裂紋，焙燒后的陽極需要設定降溫速率標準、出爐表面溫度標準，配套作業(yè)卡規(guī)范陽極出爐操作，避免冷卻、出爐環(huán)節(jié)降溫過快出現(xiàn)裂紋。在生陽極填碗、裝爐環(huán)節(jié)必須設定填碗高度、炭塊與爐墻距離標準，防止陽極在焙燒過程中出現(xiàn)炭碗塌陷、表面氧化，影響后續(xù)使用。

3.4 成型工藝標準化

正常情況下炭素生陽極體積密度高，焙燒后陽極的體積密度高，陽極密實度高則抗氧化、抗沖刷、導電率強。在陽極尺寸、重量一定的條件下，生陽極的關鍵指標為體積密度，直接影響陽極后續(xù)指標的達成。糊料成型環(huán)節(jié)重點控制成型溫度在149±3℃、成型時間在60±10s，配套成型溫度測量作業(yè)卡，確保溫度測量準確;糊料冷卻環(huán)節(jié)通過控制噴水量來控制糊料溫度，混捏環(huán)節(jié)通過控制連續(xù)混捏機下料孔開度控制糊料混捏時間。干料預熱溫度控制在187±3℃;通過研發(fā)，固定幾個配方應對配料變化，當粗中細三級物料篩分重量以及物料純度發(fā)生變化時，應更換配方;該廠采用的是中顆粒料配方，設置粗顆粒料級為12-6mm、中顆粒料級為6-3mm、細顆粒料級為3-0mm，通過設置破碎機轉(zhuǎn)速、對輥機開度標準，及建立物料純度測量作業(yè)卡，控制各個料級純度在80%以上，確保配方得到真實執(zhí)行，粗殘也是同樣的道理;粉料設置分選器開度標準，控制粉料純度>80%，設置球磨機投料量、時間標準，確保粉料能夠滿足生產(chǎn)需求。

3.5 煅燒工藝標準化

成型瀝青用量<15%，生陽極體積密度>1.63g/cm3，煅后焦振實密度要在0.85g/cm3以上，煅燒工藝是影響煅后焦振實密度的關鍵工序。提高煅燒帶溫度、延長煅燒帶長度都可適當提高煅后焦振實密度，但會造成石油焦燒損大，同時影響回轉(zhuǎn)窯安全運行，因此在煅燒環(huán)節(jié)設定煅燒帶長度、煅燒帶溫度標準，同時建立煅燒帶長度、煅燒帶溫度測量作業(yè)卡，確保測量值穩(wěn)定、準確。

3.6 檢驗、培訓、檢查考核標準化

檢驗標準化作用是確保數(shù)據(jù)真實可靠，避免人為、設備原因出現(xiàn)數(shù)據(jù)波動;培訓標準化作用首先是提高員工標準化意識，認識到標準化才是唯一出路，其次教會員工熟練掌握工作技能，勝任崗位需求;檢查考核標準化作用是保證員工按照設定標準、作業(yè)卡去開展工作，消除員工僥幸心理。管理手段不唯一，每個工廠可根據(jù)自身實際情況開展，比如流動紅黃旗評比、看板管理、開展標準化大家談等等;管理并非一成不變，開展過程根據(jù)實際效果，不斷優(yōu)化、改善，適應生產(chǎn)需求。

4 結(jié)束語

綜上所述，目前我國部分炭素廠對生產(chǎn)工藝標準化意識不足，無統(tǒng)一、固定標準，經(jīng)常會出現(xiàn)陽極質(zhì)量好時不清楚原因，未能及時總結(jié)經(jīng)驗，修訂標準或固化到作業(yè)卡中，從而影響整個炭素陽極行業(yè)發(fā)展。因此炭素陽極生產(chǎn)過程中，為了保證陽極質(zhì)量穩(wěn)定，必須采取標準化的生產(chǎn)工藝，從而減小各項指標的波動。

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