預焙陽極的焙燒氧化原因分析及治理

孫煦寒

摘? 要：我公司34室焙燒工區自2017年1月以來成品陽極發現大量氧化現象，這不僅給車間成品率帶來影響，也大大的提高了公司生產成本，進一步影響公司經濟效應。本文根據34室焙燒工區針對氧化塊查找原因及治理辦法進行總結。

關鍵詞：預焙陽極;陽極氧化;氧化原因;治理措施

前言：

陽極焙燒是在隔絕空氣及填充料的保護下，把成型生陽極按規定的升溫曲線進行高溫熱處理過程，焙燒使生陽極中的煤瀝青分解、縮聚及焦化，瀝青所形成的焦與干料形成整體，以滿足電解鋁的各項要求。焙燒過程中從生陽極逸出的揮發份通過焙燒爐的火道墻豎縫進入火道使其在焙燒的預熱區內燃燒利用，因此也不可避免造成火道內的空氣與料箱內的填充料接觸而產生填充料的氧化。正常情況下通過部分填充料的氧化來保護陽極不被氧化，但過量空氣進入料箱會導致陽極也發生氧化。

1? 氧化形式

根據公司炭素事業部廢塊反饋情況來看焙燒工區成品塊氧化主要集中在上蓋氧化和端頭氧化兩種情況。分別為上蓋氧化和端頭氧化。

2? 原因分析

預焙陽極的主要成分為碳，在焙燒過程中的氧化均為碳與氧的化學反應。炭材料的氧化主要分為兩個階段：在400℃一800℃，氧化主要化學變化為C+0₂→C0₂;在高溫（>700℃），氧化由單純氧化反應同時加入2C+C0₂→2CO還原反應。根據上述反應方程式可以得出陽極在高溫時發生氧化情況會比較低溫時更為嚴重。所以將預熱區火道溫度低于500℃與冷卻區陽極溫度低于500℃作為分界點。

A區：大致相當于從排煙架1P到2P，此區段負壓處于最高，通常達到最高-80 Pa至-110Pa，火道內填充料及陽極的溫度低于500℃，因此可以認為此區段基本不發生氧化。但此區段由于負壓較高，料箱內填充煅后焦可能會通過火道墻上較大縫隙處（火道豎縫、火道與端墻夾縫）進入火道內進而使后續區域存在發生氧化的前提條件。

B區、C區：大致相當于預熱區的3P到第1個自然冷卻爐室7P，火道的溫度達到最高值約1150℃，陽極的溫度最高達到約1050℃。從預熱區往加熱區方向，隨著火道溫度不斷升高，陽極溫度也不斷升高，火道內的負壓不斷降低。此處位置制品溫度高但火道內部仍呈負壓趨勢，空氣通過料箱頂部填充料縫隙往火道內漏風所以頂層制品氧化往往開始于此區域。同時如果預熱區發生的頂部填充料及陽極氧化未及時處理時和因陽極制品收縮，導致頂部陽極與爐頂空氣間的覆蓋料厚度不足，處于頂部的填充料溫度較高，與頂部空氣接觸會導致直接氧化，當填充焦保護層進一步變薄時，頂部的陽極也會接觸到空氣而發生氧化。造成端頭氧化。

D區：大致相當于第2個自然冷卻爐室8P到強制冷卻爐室10P。對于B、C區段已發生氧化現象而沒有采取措施阻止時，在頂部的氧化會繼續進行。同時火道與陽極的溫度雖然不斷下降，但制品溫度依然在保持在600℃以上且火道內逐步提高的正壓使空氣會通過火道墻上較大的縫隙進入料箱中，特別是在鼓風架（現1焙燒已停止使用）底部，空氣進入料箱為氧化反應提供足夠氧氣，在此區段內會發生較多的陽極上蓋氧化現象。

E區：相當于強制冷卻爐室，此時火道內溫度與陽極溫度均處于較低值，火道內正壓雖然較大但因為制品溫度往往低于500℃，發生氧化的可能性較小。但對自然冷卻區發生氧化而沒有采取措施的爐室，同時自然冷卻階段沒有冷卻到較低的溫度，在一些局部位置仍會發生繼續氧化的現象。

綜上所述發生在D區的氧化機率要大于其他區段，是也是生產管理的重點。

根據近一個月對老焙燒氧化塊的爐室分部跟蹤情況來看大量氧化塊集中出現在27至31爐室。這是由于這幾個爐室火道破損嚴重火道磚裂和火道豎縫間隙過大，當爐室進入冷卻區時火道正壓使大量空氣進入料箱內造成大量氧化塊的產生，2016年公司組織大修的113條火道中這幾個爐室火道均不在列。

3? 治理措施

針對以上問題焙燒車間做出相應技術操作規定

a生產過程中的管理

裝爐過程中嚴格控制陽極在料箱中的位置，減少由于陽極太靠近火道墻使填充料保護層過薄導致的氧化。同時嚴格規定機組工保證覆蓋料（至低500mm）、層間料（100mm）和底料（200mm）的厚度與平整度，確保頂層陽極的頂部不超過火道上部澆注料塊的底部，減少由于頂層填充焦厚度過薄而導致的表層氧化。生產過程中一旦出現爐子表面填充料的氧化，必須及時采取措施阻止繼續氧化而避免惡性循環的發生。要求爐面調溫工對于局部的氧化紅料必須采用鋼釬局部搗實后再適當補充填充料絕對不允許用涼料蓋住的情況。對用火道與端墻交錯位置縫隙過大的地方要使用石綿氈將縫隙堵住再將填充料搗實。對系統運轉后爐室進入冷卻區7P位置填充料下降時，移動系統班組必須第一時間補加填充料。由于28#爐室1、2、3料箱變形嚴重若強行裝爐也不能保證填充料飽滿，所以對于此類爐室不在裝生陽極而是裝入填充料。但此辦法不單犧牲產量與能耗且每次焙燒過后都要將填充料吸出再重新裝入大大影響工作效率只能是不得以而為之的辦法。

b爐子維護

焙燒爐室每生產出一爐預焙陽極就要經過一次冷熱循環，火道墻上耐火材料的線性尺寸也會發生膨脹、收縮的周期變化，由于火道墻內溫度差產生的溫度應力，導致不均勻變形，使火道墻的豎縫寬窄不均勻、火道墻彎曲，火道墻壁上粘附填充焦等現象。火道豎縫過寬是料箱與火道內空氣接觸過多導致填充料及陽極氧化，填充焦保護層變薄而導致氧化的主要原因。因此焙燒爐每次出爐及冷卻后再裝爐時，要求裝出爐工對必須對爐子進行修補，對寬度大的豎縫和火道磚裂縫必須采用砌爐泥漿進行封堵，特別注意當裂縫過大時需要先用石綿氈添堵在用泥漿封堵。當修補火道墻與橫墻交接角部位時，對粘附的填充料先進行清理再修補。陽極出爐后第一時間檢查火道墻壁結焦情況，并與清理。

c填充料的管理

生產過程中如果要補充新填充料，對其粒粒度組成進行調整，必須先對新料進行烘干，使水分進一步排出，目前焙燒車間采取的措施主要有2種：①將補充的新料用多功能天車均勻的鋪蓋在自然冷卻爐室的最頂層，靠自然冷卻爐室的溫度使填充料的水分進一步排出，之后再由天車吸入并進行混合，混合后的料一般先用做頂層覆蓋料，焙燒一個周期后逐漸混合進入正常生產環節。②少量的填充料先使用在炭塊堵碗工作中，還是以少量新填充料的帶入對生產造成波動小為目的。

細粉料的處理措施顆粒配比適中的填充料對陽極質量的進一步提高有重要作用，生產過程中，定期對填充料中

4? 結語

焙燒車間經過上述調整成品合格率已經有所提升本期（1.17-2.6）環比上期（12.27—1.16）氧化塊減少63.9%;氧化塊比率由上期6.39%下降到2.13%。雖然初見成效，但氧化廢塊的治理是一場沒有終點的戰斗，每一名員工都不能有一絲的懈怠。氧化廢塊的產生不僅僅局限在工藝控制，也在于員工的生產操作和技術能力，更重要的是認真的工作態度，所以要加強對工藝參數的管理和對員工的技術培訓。

參考文獻

[1]? 馬靖暉.抗氧化防腐涂料在預焙陽極鋁電解槽上的應用[J].甘肅冶金，2020，42（02）：30-32+36.