1、2ndintemational carbon conference in China 第二届国际铝用炭素技术会议浅谈提高预焙阳极质量的途径张家红(白银红鹭铝业有限责任公司,甘肃白银730900)摘 要:结合白银红鹭铝业有限责任公司(前身为白银铝厂)生产实践经验,就如何提高预焙阳极质量进行探究。主要从生产原料的把关、煅烧带温度的控制、成型配方的优化控制以及焙烧升温速度的控制等方面采取有效措施,使我公司阳极质量得到稳步提高。阳极使用周期由原来的28天提高到了29天,电解阳极毛耗降为520KgtAI,达到了国内同行业的先进水平。关键词:回转窑;配料;沥青熔化Approach to ImproveAn
2、ode QualityZHANG Jia-hong(Baiyin Ibis Aluminum CoLtd,Baiyin,Gansu 730900)Abstract:The approach how to improve the quality of prebaked anodes is discussed in this paperAccording to theproduction practices and experiences in the anode plant of Baiyin Ibis Aluminum CoLtd the anode quality hasbeen stead
3、ily improved mainly by the following methods:controlling raw materials quality and coke calcination temperature,optimizing recipe in paste preparation and forming process,precisely adjusting the temperature risingcurves in baking furnace etcWith the improvement of anode quali够,the anode service life
4、 extended from 28 to 29days,the anode gross consumption was reduced to 520kgtA1Key words:anode;quality;coke calcinations;recipe;temperature control在电解生产中,阳极被喻为电解槽的心脏,阳极质量的好坏,直接影响着电解电流效率等各项经济技术指标的提高。但长期以来,人们常常只注重电解的电流效率和吨铝直流电单耗等技术指标,而忽略了阳极质量对电解生产的影响,给电解生产造成了很大的被动。l 问题的提出白银红鹭铝业有限责任公司(以下简称红鹭铝业)炭素系统自198
5、7年投产以来,经过了风风雨雨,遇到了各种工艺技术问题。1998年,阳极质量一度下滑,出现成型块假比重低、焙烧块裂纹、变形居多现象,在电解生产使用中发现大批量的掉渣、爆块。这不仅造成吨铝阳极毛耗的上升,而且破坏了电解正常的技术条件,给电解生产造成了很大的影响。各技术指标见表1、2、3所示从表1、2、3可以看出,除机械强度外,其余各项理化指标均达不到标准和设计要求,真比重最高为209cm3,假比重最高为148 em3,且比电阻偏高,阳极孔度偏大。如何解决阳极质量问题,成为摆在红鹭铝业面前的当务之急。表1 红鹭铝业阳极理化指标设计值灰分 假比重 比电阻 耐压强度 气孔率 CO:反应性 抗弯强度 热膨
6、胀率小于 159cm3 55 Omm2m 30Nmm2 28 40mgmm2 80Kgcm3 0450硒05 以上 以下 以上 以下 以下 以上 以下注:热膨胀率为在20950的温度条件下测定1722“aintenlational carbon confbrence in China 第二届国际铝用炭素技术会议表2 YBT28598电解铝用炭阳极指标灰分电阻率 co,反应性 耐压强度 体积密度 真密度牌号 Qmm2m热膨胀率mg(cm2h) Nmm2 gem3 gem3不大于 不小于TY一1 O5 55 045 45 32 15 20TY一2 08 60 05 50 30 15 20TY一3
7、1O 65 055 55 29 148 20注:CO:反应性作为参考;抗折强度由供需双方协商;对于有残极返回生产的产品灰分要求,由供需双方协商;表中数据按GBT8170处理。表3 98年生产实际理化指标值指标灰分 真比重 假比重 孔度 比电阻 强度序号 gem3 gcm3 Qmm2m Nram21 07 199 147 2613 62 402 100 198 146 2626 66 363 052 200 145 275 83 504 051 200 148 26 74 522 问题分析影响炭素阳极质量的因素多,在阳极生产中每道生产工序质量问题最终都将在焙烧成品出炉后暴露出来。由于预焙阳极生产
8、周期长,需要对每道工序生产质量严格控制,不然当成品暴露出质量问题时,即使马上整改,仍有一大批废品出现,给企业将造成严重的经济损失。现就以阳极生产各道工序逐步进行分析总结。21原料的煅烧红鹭铝业预焙阳极生产原料的煅烧采用两条2245米的煅烧回转窑。从这几年的生产情况来看,影响其煅后焦质量的因素有以下几点:211原料的控制回转窑煅烧是石油焦原料在窑体内利用其本身的挥发份直接加热煅烧。在其煅烧过程中,由于其挥发份的燃烧直接加热窑体,所以在同一部位窑壁温度高于原料温度,低温的原料通过在窑壁上滚动,传导其窑壁的热量以提高本身温度,同时随着窑体的转动,原料在窑壁周而复时的滚动,翻动原料层均匀加热,排出其挥
9、发份。所以为了得到均一的、优质的煅后焦,就需使进入窑内的料都能在窑内滚动、翻动(如图1所示)。但在生产实践中我们发现,当原料中细粒原料所占比例较大时,窑内料层几乎没有什么翻动,料层随着窑体的转动在窑壁上滑动(如图2所示)。同时由于过细原料所占比例较大,造成料层密实度大,使料层内部挥发份排出不畅,使煅烧带因缺少燃料而难以升温,由于达不到所需的煅烧带温度,造成煅后焦内部收缩不足,真密度低,比电阻居高不下。这种情况可以从排出的煅后焦外观颜色得以证明,其煅后焦颗粒料表面孔隙封死,颜色发乌。212煅烧带的长度和煅烧温度】732ndintemational carbon conference in Chi
10、na 第二届国际铝用炭素技术会议图1 窑内的料滚动 图2 窑内的料在滑动煅烧带处于窑体的中部区域,煅烧带的长度约占窑体总长度的二分之一左右。煅烧带是原料受到高温煅烧的关键区域,物料在这里被加热到1200。C1350。C。由于煅烧原料在煅烧带的高温区域发生分子结构重组,分子结构向石墨化的各向异性转变,在此区域其电阻率随温度的升高直线下降,真密度随挥发份的排出和分子结构的重组收缩而增大。所以,为保证煅后焦质量,必须给其有足够的化学变化的时间,即需要有足够长的煅烧带来保证。煅后焦的真比重随煅烧温度的升高而增大,但煅烧温度越高所需燃料越多,在挥发份不足的情况下,就势必增加了煅后焦的烧损率,而且预焙阳极
11、的最终用户为电解,在电解生产中,为提高电流效率、降低电解吨铝能耗。不仅需要阳极有较低的比电阻,而且还需要较低的氧化反应活化能,而煅后焦的反应活性与其真比重成反比,即真比重越高,其反应活性越低,与氧离子反应所需的活化能越高。而在阳极块生产中,焙烧的实际温度始终是达不到原料煅烧的温度,所以阳极块活化能大小的决定因素在煅烧原料的生产。由于煅后焦活化能随其真比重的增大而升高,其抗氧化性随煅烧温度的升高而增大。而生产预焙阳极的粘结剂煤沥青在焙烧过程中生成的沥青焦,由于焙烧实际温度低于煅烧温度,其抗氧化性能就会低于煅后焦的抗氧化性,在电解生产中就易造成选择性氧化,使沥青焦先于煅后焦与氧离子反应,造成预焙阳
12、极掉渣。由此可见,对煅烧带温度不可认为越高越好,需要综合考虑。通过多年生产实践,我公司将煅烧带温度定为11501250之间。22成型工序该工序是预焙阳极生产的关键工序,由成型配方的粒度组成、粘结剂煤沥青的加入量、混捏成型条件对生阳极产生的影响。221 成型配方的粒度组成目前国内普遍采用的配方最大粒度为4mm,贵州铝厂引进的配方最大粒度为12mm,我公司投产初期引进日本千叶铝厂的配方最大粒度为15mm。大颗粒配料的优点是减少粘结剂沥青的配人量,增加阳极块的机械强度,同时减少在焙烧生产时对焙烧烟气净化系统的负担。但大颗粒配方存在着自身的缺陷,我们从焙烧出炉的断裂块的断面发现,其内部均均匀分布的15
13、mm大颗粒料断面成蜂窝状显现。这是由于煅后焦的封闭孔一般在6mm以下3,采用15mm的大颗粒配料时就有部分孔没法打开形成开放的孔度,在混捏时粘结剂沥青和炭粉无法填充其内,从而造成生阳极的假比重降低,焙烧成品的比电阻居高不下。222粘结剂沥青粘结剂沥青用量对石墨材料的物理化学性能影响很大,煤沥青用量对糊料的塑性有直接影响。煤沥青用量过少则糊料发干,固体炭质物料表面不能形成均匀涂布的沥青薄膜,糊料的塑性差。随着沥青用量的加大,糊料的流性变好,均匀性提高,糊料塑性越来越好,但煤沥青用量过多时会降低生坯质量,煤沥青用量过大,可能在一定程度上掩盖糊料混捏质量较差的问题旧J。当煤沥青用量过少时,糊料的可塑
14、性差,成型时糊料无法振实,生坯的假比重较低。且由于沥青用量过1742“dinternational carbon confe玎ence in China 第二届国际铝用炭素技术会议少,粘结剂脆硬,脱模后使得生坯弹性后效增大。当煤沥青过多时,糊料的流动性过大。则会使生坯脱模后容易变形,在焙烧生产时,初期其体积膨胀较大,至后期由于挥发份的大量排出,收缩率增大,焙烧制品的裂纹变形废品增加,同时还使焙烧成品的孔隙度增大,造成比电阻的升高和机械强度的下降。我公司原引进的成型混捏系统采用的是干沥青配料系统,是将干沥青破碎后经过皮带称计量与经过预热螺旋加热的各粒度干料一起加入一段混捏机,在一、二段混捏机内边
15、熔化边混捏。其优点是工艺简单,投资省。但干沥青内水份没法排出,一般在3以上,在冬天由于气温低,没法干燥,水份有时达到78,且由于生产和运输中对沥青造成污染的杂质不能分离,全部带入系统,将污染又带人阳极制品,同时又影响到成型糊料的塑性。由于沥青中水份的影响,不得不用提高热煤温度和加大沥青配入量来提高糊料的塑性。维持正常生产,最高时沥青配入量达到17以上,给阳极质量的提高造成了很大影响。23焙烧工序焙烧工序主要是将炭素制品的粘结剂炭化,变成焦炭的热处理过程。沥青的焦化是一个复杂的变化过程,随着温度的升高,沥青发生分解反应,排出挥发份,同时发生碳氢化合物的聚合反应,一直形成沥青焦。沥青变化大致分为三
16、个阶段:第一阶段:从室温至300。C,生坯软化,体积稍有膨胀,由于坯体的温差和压力差的作用,液态沥青缓慢扩散、流动、重新分布。同时排出水份,碳氢气体,轻油等,部分发生脱氢缩聚反应。在此区域若升温速度较慢,就会使液态的沥青在自身的重力下沉析,发生阳极块上部空头现象。下表4为我公司18室立装同一阳极上下两端的分析指标,从此表可看出液态沥青的沉析现象的存在。表4立装同一阳极上下两端理化指标考粝 真密度 体积密度 比电阻灰分 孔度 耐压强度Nram2序号gem3 gem3 Qmm2m上端 035 201 148 2637 53 38下端 036 201 156 2239 52 47第二阶段:从300左
17、右至800左右。在300一500,沥青分解加速,挥发份大量排出,同时发生很慢的缩聚反应。此区域为焙烧的关键区域,若升温速度过快,就会使得挥发份排出过于激烈,当坯体内部压力大于其外部的张力时就会导致炭块开裂。在500一800。C时,聚合反应占据主导地位,但尚有少量挥发份继续排出,由于沥青的分解反应为吸热反应,而缩聚反应为放热反应,过快的升温速度不利于沥青结焦。同时由于尚有挥发份的排出,过快的升温速度易造成炭块开裂。第三阶段:800至1100。在800左右沥青的焦化过程已完成;继续升温使生成焦炭大分子排除异类原子和基团并使分子重排,使焦化过程进一步完善。此区域炭阳极的性能已基本稳定,可适当加快升温
18、速度,进入恒温区恒温。由此可见,对于焙烧制度的制定,应遵循”两头快、中间慢”的原则,合理制定焙烧升温曲线,以保证优质阳极制品的生产。红鹭铝业公司54室焙烧炉生产中,采用人工控制调节,由于火道负压,煤气质量、煤气压力的波动以及职工操作责任心等因素,使生产实际升温曲线与设计理论曲线存在较大差距,同一炉室各火道温差较大,中温与低温区的升温速度无法有效控制,同时由于原有的焙烧炉为“V”形结构,单排加热架加热,其先天不足造成同一火道前后温差较大,炭块各部位升温不均,给阳极质量提高产生了较大影响。3 问题的解决从上述分析比较可知,石油焦的原料粒度、配料粒度、煅烧质量、成型沥青用量、焙烧等都存在一定的问题,
19、为提高预焙阳极的质量,就必须解决以上的问题。】752耐international carbon COllfelence in China 第二届国际铝用炭素技术会议31 红鹭铝业对提高煅后焦质量所采取的措施(1)严把进厂原料的质量关,对人厂的石油焦原料除了其理化指标外,还对其粒度提出了要求,同时加强了煅烧配料生产,将不同厂家的来料进行混配,以保证煅烧原料中大颗粒料的比例。(2)加强对回转窑操作人员的岗位培训,提高其操作水平。(3)严格执行大窑调温操作规程,控制煅烧带长度和煅烧温度。32提高煅后焦质量的其它措施对于粉子石油焦的的煅烧存在的问题,有文献提出将煅烧带窑内衬上加上三角形棱,强迫料层翻动
20、,这方案实施必将提高煅后焦的真比重,但会增加大石油焦的烧损率。33调整成型配料粒度和混捏工艺(1)为提高预焙阳极的假比重,改善预焙阳极质量,将原配方中15mm一5mm的大颗粒料改为10mm一5mm的颗粒料。(2)通过我公司的沥青熔化系统的改造,将干沥青配料系统改为液体沥青配料,从而消除了沥青内的水分和杂质对预焙阳极生产所造成的影响,现沥青配比由17降为145左右,消除了大油比配料生产的被动局面。34优化焙烧生产工艺在炭素系统焙烧方面,通过2003年对54室焙烧炉进行了技术改造,改原有的“V”结构为“w”形结构,同时采用双喷咀燃烧架加热,克服了“V”形炉的先天不足的影响。在负压方面,采用锥形结构
21、的排气架,来提高各火道均匀度,同时对低温预热炉室进行连续监控,通过各火道负压的调节来保证低温预热炉室的升温速度。4 效果通过技术改造和对影响阳极质量因素的逐步解决,红鹭铝业公司阳极质量得到了很大提高,预焙阳极质量达到和超出了国家标准和设计指标(见下表5),在电解生产中,掉渣、爆块现象得到了根除,电解阳极毛耗由600 KgtA1降为520KgtA1以内。达到了国内同行业的先进水平。表5现今生产的预焙阳极理化指标序号 灰分 真比重gcm3 假比重gem3 孑L度 比电阻nmm2m 强度Nmm21 057 205 153 2537 53 502 044 204 156 2353 52 543 058
22、 201 155 2288 52 435 结论通过生产工艺的改善,提高预焙阳极质量,从生产实践中探索出一条必经的途经。(1)提高预焙阳极质量,原料是前提,成型是关键,焙烧是保证。(2)要严把人厂原料关,对石油焦不仅要控制其理化指标,而且要对粒度加以控制。(3)成型需要稳定其工艺条件,对沥青的配入量应根椐原料的不同要适时调整,以求糊料达到最佳塑性。(4)对焙烧要控制好其各区间的升温速度,减小各水平火道之间的温差,做到稳定生产,尽量避免降温现象的发生,否则将影响到阳极块的体积密度、电阻率以及外观合格率。参考文献:1 姚广春冶金炭素工艺基础东北工学院有色系,1987102 3 许斌,潘立慧炭材料用煤
23、沥青的制备、性能和应J用湖北科学技术出版社2002123 张平提高预焙阳极质量途径探讨轻金属2000,(8)5054176浅谈提高预焙阳极质量的途径作者: 张家红作者单位: 白银红鹭铝业有限责任公司,甘肃,白银,730900相似文献(1条)1.学位论文 陈礼宁 新建预焙阳极厂的优化设计研究 2006该论文对预焙阳极生产的发展进行了回顾与展望。文中介绍了国内外对阳极生产研究的主要内容和进展情况,重点介绍了对阳极生产的原料和原料贮运的研究、对阳极生产工艺的研究以及阳极生产的发展趋势。该论文依据国内外对阳极生产研究的成果,结合中铝青海分公司新建阳极厂的设计,详细介绍了对该预焙阳极厂的煅前原料准备、煅烧车间、沥青熔化车间、生阳极车间和焙烧车间的优化设计研究、设计新理念、新工艺和新设备,以及关于原料制备、沥青熔化、石油焦煅烧、生阳极制造、焙烧及碳块库、控制水平方面的设计创新点。论文介绍了该设计在煅前配料、回转窑煅烧自动化控制、生阳极车间采用新工艺、新设备及采用新型焙烧炉等方面所做的设计研究以及该研究的最终成果。本文链接:http:/