改善預焙陽極電阻率的生產實踐

吳青峰 譚云崗 任聯生 吳 軍 何 軍

湖北丹江口丹瑞炭素有限責任公司，湖北省丹江口市肖家溝 442700

改善預焙陽極電阻率的生產實踐

吳青峰 譚云崗 任聯生 吳 軍 何 軍

湖北丹江口丹瑞炭素有限責任公司，湖北省丹江口市肖家溝 442700

2010年上半年，受原材料質量變化及生產工藝條件不穩定的影響，丹瑞公司生產的預焙陽極出現了電阻率偏高問題，通過全方位原因分析，對生產流程的改進和優化，解決了生產系統中存在的一些問題，找出了電阻率升高的原因，解決了電阻率超標問題，提高了產品質量。

預焙陽極；電阻率；工藝優化

電解鋁用預焙陽極炭塊是以煅燒石油焦為骨料，煤瀝青為黏結劑生產的，用作預焙鋁電解槽陽極材料。這種炭塊經過焙燒，有穩定的幾何形狀，習慣上稱為鋁電解用炭陽極。用預焙陽極炭塊作陽極的鋁電解槽稱預焙陽極電解槽，預焙陽極安裝在電解槽上部，直流電流通過炭陽極，導入電解液。在炭陽極底部接觸電解液的部位，發生電化學反應，陽極最終產物是CO和CO2。陽極炭塊一般為長方體，電阻率約50μΩ.m～65μΩ.m，通過它的電流密度一般為0.7A/cm2～0.8A/cm2，加上導桿與接點電阻，鋁電解生產，消耗在炭陽極上的電壓降為300mV～500mV，占電解槽電壓降的10%～15%。

1 問題的提出

鋁電解用預焙陽極有色金屬行業標準（YS/T285-2007）中對預焙陽極電阻率的要求，一級品不大于55μΩ.m，二級品不大于60μΩ.m。自2009年12月份起，丹瑞公司生產的預焙陽極電阻率逐漸升高，一級品率下降，等外品增多，2010年4月份以后，電阻率大于60μΩm的等外品檢出率超過了60%，出現了電阻率超標質量問題。對電阻率升高的問題，有必要從原材料、工藝技術、生產過程進行分析驗證，找出原因，提出改進措施。

2 影響預焙陽極電阻率因素分析及生產工藝優化措施

2.1 改善煅燒工藝條件

預焙陽極以煅燒石油焦為骨料，煤瀝青做黏結劑，經煅燒、混捏、成型和焙燒等工序制造而成。石油焦是煉油廠渣油裂解焦化后的產物，原油產地、雜質元素含量和焦化條件決定了煅后焦體密、強度和導電率等性質。目前國內石油焦質量呈下降趨勢，硫和釩的含量趨高，隨著各煉廠提煉技術的提高，粉焦量也逐步增加，這些都降低了煅燒石油焦導電性能。

2010年上半年，受市場的影響，石油焦質量出現了較大的波動，粉焦量大、揮發分不穩定、夾雜石油瀝青塊，自2月份起，罐式煅燒爐出現頻繁結焦堵爐、流料、放炮現象，煅后焦真比重下降、比電阻升高，為此，我們采取了以下措施。

（1）加強原材料采購環節管理，掌握各煉廠石油焦質量變化，選用優質原材料。

（2）全面掌控進場石油焦質量狀況，不同品質石油焦合理摻配使用，取長補短，控制好煅后焦微量元素的含量，穩定煅前焦質量，為煅燒爐穩定運行創造條件。

（3）加強生產管理，改進煅前上料設施、調整上料制度，解決煅前料粒度偏析的問題，及時清理罐內結焦，調整好生產負壓，杜絕冒煙冒火，減少流料放炮的發生。

2.2 優化成型生產工藝

生陽極制造，煅后焦、殘極和生產系統返回料通過中碎、篩分、配料，與瀝青混捏后成型。配料精度、物料純度、粉料粒級分布直接影響生塊體密和瀝青用量。生塊焙燒后，瀝青焦以網狀結構包裹著骨料顆粒廣泛分布于碳塊內部，焙燒瀝青焦化溫度低于石油焦煅燒溫度，瀝青焦比電阻較煅后焦高，合理的生陽極生產工藝，適當瀝青用量，能有效改善陽極導電性。

在解決電阻率偏高問題過程中，針對生塊體密不足和油比偏高及不穩定的問題，對成型工藝進行了優化。

（1）通過調整鋼球配比和系統風量，解決粉料純度波動大、超細粉含量高的問題，粉料純度合格率達到90%以上，負300目平均含量由41%下降為32%。

（2）收塵粉與球磨粉混合計量改為獨立配料，解決收塵粉偏細純度波動大的影響。

（3）對螺旋配料系統配料進行改造，使物料在配料輸送過程中保持穩定，確保配料精度。

（4）加強混捏成型工藝管理，定期監測混捏溫度，控制好生塊重量和高度，確保生塊體密達到要求。

2.3 保證焙燒工藝

預焙陽極焙燒是指生陽極炭塊在隔絕空氣的條件下，通過熱處理將煤瀝青碳化為瀝青粘合焦的過程。焙燒后制品具有足夠高的強度、良好的導電性、較高的抗氧化性。合理的升溫曲線是陽極質量的保證，焙燒曲線應遵循“兩頭快、中間慢”的原則，瀝青揮發分快速溢出和焦化階段要適當控制升溫速度。揮發分溢出階段升溫過快，瀝青結焦值下降，降低制品強度和電阻率。提高焙燒最終溫度，有利于瀝青焦微晶成長，降低電阻率。考慮到爐底和側墻散熱的影響，焙燒爐內普遍存在溫度梯度，同時耐火材料、填充料、碳塊導熱率比較低，充分的高溫保溫時間是保證碳塊質量的必要條件。一方面可以盡量降低爐室內部溫度梯度，減少爐室內低溫薄弱環節；另一方面，根據焙燒等效溫度理論，延長熱處理時間，可以使碳素制品在較低的熱處理溫度下達到相對較高的等效溫度，達到所需要的焙燒質量。

丹瑞公司使用52室環式焙燒爐，冷煤氣為燃料，人工調溫192焙燒曲線生產。受焙燒爐結構和長期使用老化變形的影響，存在較為嚴重的漏風、散熱、負壓損失問題，操作負壓偏大，瀝青揮發份溢出較快，著火時間短，燃燒不充分，揮發份燃燒熱利用率低，焙燒溫度滯后于升溫曲線，最終溫度和高溫保溫時間達不到工藝設定要求。

為充分利用揮發份，提高瀝青結焦值，保證最終溫度和高溫保溫時間，主要采取了以下措施：

（1）爐體改造，解決觀火孔和橫墻結構不合理，漏風散熱嚴重，移爐時間長、效率低的問題。

（2）大修變形嚴重的火道墻，徹底清理火道墻內沉積物，解決火道堵塞問題。

（3）根據揮發份著火的需要，對煙斗和燃燒架等設備進行改造，減少冷空氣進入爐體數量。

（4）使用塑料布對低溫爐室爐面進行覆蓋，加強煙斗、火道插板連接部位的密封，調整裝出爐作業方式，保證煙斗前兩個爐室完成裝爐作業。

（5）在以上工作的基礎上，優化焙燒曲線，逐步降低負壓，延長揮發分燃燒時間，提高焙燒最終溫度和延長高溫保溫時間。

3 工藝優化效果

隨著各項工藝優化措施的開展，生產工藝條件逐步得到貫徹落實，進入6月份后，產成品質量不斷提高。煅燒爐頻繁的結焦堵爐、冒煙冒火和流料放炮得到有效遏制，煅燒溫度穩定，煅后焦真比重穩定在2.06g/ cm3～2.10g/cm3之間，粉末比電阻控制在500μΩ.m以下，硫、釩等微量元素和粉焦量得到有效控制。隨著粉料質量的穩定和配料精度的提高，生塊油比逐步下降，控制在15.5%～16%之間，生塊體密也穩定在1.63g/cm3～1.66g/cm3之間。隨著焙燒曲線的優化，火道最大操作負壓控制在120Pa以內，揮發分燃燒時間達到12小時以上，焙燒最終溫度和高溫保溫時間也控制在1060℃和40h以上。預焙陽極電阻率自7月后，逐步下降，達到技術標準要求。

4 結語

預焙陽極生產工序多，生產周期長，影響產品質量的因素多，對于電阻率而言，原材料質量是基礎，生產工藝合理、科學的控制，是有效穩定電阻率，減少波動，生產優質產品的保障。

（1）掌控石油焦質量，科學摻配使用，是適應石油焦質量變化，控制煅后焦質量和生產優質陽極的基礎。

（2）生陽極生產，粉料質量和配料精度控制是均質陽極的關鍵。

（3）合理的焙燒曲線，揮發分溢出階段升溫速度、焙燒最終溫度和高溫保溫時間是減少預焙陽極電阻率波動的保證。

[1]王平甫，宮振.鋁電解炭陽極技術[M].北京：冶金工業出版社，2002

[2[劉耕，夏金童，等.提高預焙陽極質量措施與生產實踐[J].炭素技術，2008（6）59～64

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.22.070