淺談提升預焙陽極質量的關鍵

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，陽極經常被譽稱為鋁電解槽的心臟，高質量的陽極是現代大電流電解槽最佳運行的前提，高質量的陽極是鋁電解最佳操作主要的焦點，在相同的電解生產環境中，高質量的陽極可以顯著提高鋁電解生產過程的穩定水平。當前預焙陽極主要不合格品體現在陽極開裂、電阻率高、抗氧化性能較差等情況。預焙陽極上的裂縫致使在使用過程中陽極殘落，從而導致陽極總面積減少，使陽極電流密度的增加，改變了陽極電流分布，導致電流效率降低，也破壞了電解槽的穩定運行和環境惡化，因此產生質量優良的預焙陽極，提高電解效率，將大大提升電解槽的經濟技術指標。生產預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，中間每個環節都會影響最終陽極炭塊的質量。論文主要分析如何消除這些影響因素，生產出質量合格的最終產品，并提出了提高電解鋁質量的解決方案[1].

2 分析影晌預焙陽極質量的因素

2.1 原材料

生產炭陽極的原料包括主體部分和粘結劑兩大組成部分。中國目前生產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。原材料中的雜質元素直接影響預焙陽極質量的提升，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量，因此應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使煅燒過程中出現蓬料現象對原料的煅燒質量存在很大的影響，因此石油焦在配比過程中應使焦粉量及顆粒料均勻配合[2]。

2.2 煅燒質量

煅燒是陽極生產的第一道工序，這一工序主要生產滿足預焙燒陽極生產的物理和化學性能均達標的煅后焦，煅燒工藝主要是通過高溫煅燒將石油焦中的水分和揮發分排除出去，煅燒后石油焦體積收縮，強度和密度增加，電導率提高，使其化學性能更穩定。目前中國很多炭素廠使用罐式煅燒爐煅燒石油焦，不同等級的石油焦在煅燒期間理化指標變化情況存在很大差別，如果煅燒過程中出現物料燒制不徹底現象，在后期成型后焙燒過程中會出現二次收縮，從而造成炭塊變形或出現裂紋等廢品。

2.3 焙燒制度

陽極焙燒使用敞開式焙燒爐，焙燒爐的設計和焙燒過程中的合理升溫曲線及溫度能夠實現自動控制的先進的燃燒系統是生產高質量陽極的有效保證。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，會使天然氣過剩，加劇了燃燒環境，會使炭塊燒制不均勻，造成廢品，也會使揮發分不能充分燃燒對煙氣凈化系統造成一定的危害。焙燒各階段的加熱速率決定產品發生的物理化學變化過程，它必須保證預焙陽極在科學合格的升溫曲線下進行升溫焙燒，這樣才能保證預焙陽極不發生體積變形，不出現燒裂甚至產品氧化等廢品，最終得到電阻率低，耐壓強度滿足電解槽生產需要的陽極炭塊。升溫速度決定預焙陽極焙燒質量，當升溫速度慢，不僅殘焦量增加，物理機械性能有所提高，而且可以減少預焙陽極內部和外部的溫度差，防止產品裂紋的產生。

3 提高預焙陽極質量的措施

3.1 提高作業人員的綜合素質

增強生產質量管理理念和人員培訓力度，提高標準，自覺地按照國際通用的陽極質量標準進行質量控制，加強員工技能培訓，增強員工的質量意識，增強程序控制系統，逐一解決生產過程中每一個影響品質的細節，并進行有效的數據收集，整理及時提出解決質量問題的建議和措施。另外，還要加強焙陽極生產過程中的化驗檢測和分析方法，避免不合格產品流入下一道工序[3]。

3.2 提高原材料質量

通過大量的實驗和調查研究發現，預焙陽極應該采用瀝青喹啉不溶物含量適當的瀝青，這樣瀝青的浸潤性好，結焦率高。特別是在目前中國石油焦質量較差的前提下，找到了比較合適的用過瀝青質量來提高預焙陽極質量的方法。同時要對進廠的石油焦粒度提出要求，確保各種粒度的石油焦達到一個最優標準，根據微元素含量和揮發分含量的不同對石油焦進行科學合理搭配，使石油焦中的微量有害元素對產品性能的影響降到最低，這對提高陽極質量具有積極的意義。

3.3 提高煅燒質量

煅燒的過程實質上是對石油焦在隔絕空氣的前提下進行高溫熱處理的過程，物料在煅燒爐料罐內自上而下流動，同時吸收火道傳遞的熱量，物料得到升溫，因此煅燒質量的好壞與否完全取決于火道溫度及物料在料罐內流動的速度。煅燒爐的燃料是石油焦中的揮發分，主要從首層火道引入，并主要在首、二層火道內燃燒。因此，首、二層火道揮發分的燃燒及溫度的控制決定整臺的熱工性能，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 加強焙燒管理

①合理設置升溫曲線，升溫速率的高低直接決定陽極炭塊最終的產品性能。②合理控制總管負壓，負壓大了將會導致大量熱量被風機抽走，從而增加燃燒過程中的燃料用量，負壓小了不能保證揮發分在火道內充分燃燒，導致凈化電場工作負荷增加，甚至導致煙囪著火的情況發生。③合理調整各火道內壓力，保證爐室上中下層溫度均勻，降低溫度上下波動的幅度從而減少產品的氧化和裂紋。④控制好零壓架，使同一個燃燒系統內的爐室處于正壓和負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

在預焙陽極生產過程中，有時候為降低成本同時消化處理掉不合格廢品，在生產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，可導致糊料塑性降低，進而影響陽極質量。所以在生產時要根據生產情況及時調整混合料物的比例，確保殘極分配比例不超過20%。同時，也要做好瀝青的加入量，保證瀝青不超過允許的范圍值，以保證陽極質量穩定，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，掉渣現象也明顯減少[4]。

4 結語

通過改善工藝條件，穩定了生陽極生產質量，預焙陽極外觀質量及理化指標也有了改善，預焙陽極在電解使用過程中掉渣、脫極現象明顯降低，同時降低了陽極生產過程瀝青用量和電解生產中的炭陽極的消耗[5]。