炭素陽極生產(chǎn)工藝標準化的研究

吳勝輝，肖 勁（中南大學，湖南長沙 410083）

炭素陽極生產(chǎn)工藝標準化的研究

吳勝輝，肖 勁
（中南大學，湖南長沙 410083）

在炭素陽極生產(chǎn)過程中如何保證陽極質(zhì)量穩(wěn)定均一，減小各項指標波動一直是行業(yè)內(nèi)的難題。本文從陽極生產(chǎn)結(jié)果、過程、檢驗、培訓、檢查考核5個方向論述如何建立炭素陽極生產(chǎn)工藝標準化體系，通過標準化體系建立、執(zhí)行、優(yōu)化達到陽極生產(chǎn)安全穩(wěn)定、質(zhì)量提升的目的。

炭素陽極；標準化；煅燒；成型；焙燒；組裝

炭素陽極被譽為“電解槽心臟”，在鋁電解槽中陽極組自身電阻消耗的電能約占鋁電解電能消耗10%，當陽極自身電阻率波動大、組裝澆鑄質(zhì)量差時，陽極組消耗的電能將大幅增加；當陽極空氣反應性波動大時，陽極在電解槽中會大量炭渣，影響電解質(zhì)的純凈度，電解質(zhì)的電阻增加將危及電解槽熱平衡；陽極毛耗占噸鋁成本的8%－12%，陽極質(zhì)量波動必然帶電解陽極毛耗增加、噸鋁成本上升，不利于成本控制［1］。

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。

1 工藝標準化體系

工藝標準化體系主要由結(jié)果、過程、檢驗、培訓、檢查考核五大標準組成：

1.結(jié)果標準：客戶的指標需求就是最終產(chǎn)品結(jié)果標準，根據(jù)最終產(chǎn)品結(jié)果標準逆向推導出各個工序或車間的中間產(chǎn)品結(jié)果標準。

2.過程標準：找出影響中間產(chǎn)品結(jié)果標準的關(guān)鍵工段及其關(guān)鍵控制參數(shù)，制定能夠支撐中間產(chǎn)品結(jié)果標準的關(guān)鍵參數(shù)過程控制標準。

3.檢驗標準：建立測量中間、最終產(chǎn)品質(zhì)量指標的方法、操作過程標準，保證檢驗結(jié)果準確、真實、客觀。

4.培訓標準：針對班組長、技術(shù)人員、員工制定培訓標準，確保相關(guān)人員熟悉標準、遵守標準，提升員工標準化意識。

5.檢查考核標準：明確管理人員、平臺人員檢查的地點、方式、頻次、路線，檢查出問題后的處理流程及考核標準。

整個炭素陽極生產(chǎn)工藝標準化體系如圖1所示。

2 整體思路

工藝標準化是技術(shù)＋管理相互融合的過程，首先通過技術(shù)研發(fā)制定標準，其次通過管理手段執(zhí)行標準，最終生產(chǎn)出符合客戶預期、需求的產(chǎn)品。當最終產(chǎn)品出現(xiàn)偏差時，從技術(shù)（標準不合理）＋管理（執(zhí)行不到位）兩方面找原因，不斷地改進，最終建成整個陽極生產(chǎn)工藝標準化體系，實現(xiàn)生產(chǎn)各環(huán)節(jié)可控。

在整個標準化體系當中最關(guān)鍵環(huán)節(jié)是如何通過技術(shù)研發(fā)制定標準，制定的標準不合理將導致實際生產(chǎn)時無法執(zhí)行，或執(zhí)行后得不到預期結(jié)果，直接影響后續(xù)管理環(huán)節(jié)及最終結(jié)果。標準研發(fā)整體思路是采取結(jié)果倒退的方式，配合生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計、生產(chǎn)試驗、實驗室試驗等技術(shù)分析手段，從客戶的需求出發(fā)從后往前推導出各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的結(jié)果指標，不斷修正調(diào)整，最終確定符合自身條件的各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)結(jié)果、關(guān)鍵參數(shù)指標，為后續(xù)的工藝標準化打下堅實的基礎(chǔ)。

圖1 炭素陽極生產(chǎn)工藝標準化體系

如何通過管理手段使得上述指定的標準執(zhí)行到位，在實際生產(chǎn)當中主要是將標準、工作流程、操作規(guī)范、要領(lǐng)融合到作業(yè)卡中，做到形象、準確、簡單、明了，再通過對員工進行作業(yè)卡培訓，合格后方可上崗工作。在生產(chǎn)過程中還應加強檢查考核，發(fā)現(xiàn)問題及時反饋，形成PDCA循環(huán)，最終保證制定標準都能執(zhí)行到位。

本文將國內(nèi)某自備炭素廠為例說明生產(chǎn)工藝標準化體系的建立過程，該炭素廠采用回轉(zhuǎn)窯＋連續(xù)混捏＋機械澆鑄的生產(chǎn)方式，年產(chǎn)16萬t，如圖2所示，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，不同的炭素廠對應不同的生產(chǎn)指標要求，文中的相關(guān)指標僅供參考。根據(jù)標準往上推有可能影響到這些標準的操作，建立作業(yè)卡予以固化，再通過培訓、考核，建成整個標準化體系。

圖2 結(jié)果標準倒推過程

3 組裝工藝標準化

陽極組裝工藝主要影響指標有脫極、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(shù)、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＜70 mV。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(guān)的工藝標準及作業(yè)卡的基礎(chǔ)上，再配以整體的檢驗、培訓、考核，建成組裝工藝標準化體系，如圖3所示。

圖3 組裝工藝標準化

4 焙燒工藝標準化

陽極焙燒工藝影響關(guān)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1 050℃，該溫度以上的保溫時間不低于56 h，焙燒曲線應該根據(jù)該原則制定［2］。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］，如圖4所示。

5 成型工藝標準化

在正常情況下生陽極體積密度高，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(guān)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±10 s，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［4］。

圖4 焙燒工藝標準化

圖5 成型工藝標準化

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6－3 mm、細顆粒料級為3－0 mm，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。成型工藝標準化如圖5所示。

6 煅燒工藝標準化

成型瀝青用量＜15%，生陽極體積密度＞1.63 g／cm3，煅后焦振實密度要在0.85 g／cm3以上，煅燒工藝是影響煅后焦振實密度的關(guān)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。煅燒工藝標準化如圖6所示。

圖6 煅燒工藝標準化

根據(jù)煅后焦對微量元素、S含量要求，在配料環(huán)節(jié)結(jié)合各焦種微量元素、S含量情況搭配，建立配焦模型；將新焦種微量元素、S含量輸入配焦模型，自動生成石油焦配方，做到石油焦配料有據(jù)可依。根據(jù)不同石油焦搭配、庫存、生產(chǎn)消耗情況，計算出生產(chǎn)需要焦種、焦種指標最低標準、重量，與采購聯(lián)動，在保證陽極質(zhì)量前提下，降低石油焦采購成本。

7 檢驗、培訓、檢查考核標準化

根據(jù)客戶提出結(jié)果標準，研發(fā)出支撐結(jié)果標準的各工序、各環(huán)節(jié)標準及相對應作業(yè)卡，以上屬于技術(shù)范疇；如何使得各項標準、作業(yè)卡得到執(zhí)行，屬于管理范疇，本文主要通過檢驗、培訓、檢查考核標準化三方面標準化實現(xiàn)。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。

8 成 效

在生產(chǎn)所用物料大致相近的條件下，通過實施陽極生產(chǎn)工藝標準化，對比陽極關(guān)鍵指標，如圖7所示，實施工藝標準化后陽極四大關(guān)鍵指標數(shù)據(jù)分布與實施前比較均相對穩(wěn)定，陽極體積密度、空氣反應性均明顯提升，電導率、二氧化碳反應性有所改善，可見生產(chǎn)工藝標準化對陽極生產(chǎn)穩(wěn)定、質(zhì)量提升的關(guān)鍵作用。

9 總 結(jié)

目前我國一些炭素廠對生產(chǎn)工藝標準化意識不足，導致重視不夠，更多還停留在依靠個人經(jīng)驗去調(diào)整生產(chǎn)，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；陽極質(zhì)量差時分析不出原因，胡亂調(diào)整，生產(chǎn)波動大，以上都不利于整個炭素陽極行業(yè)整體提升。

工藝是整個陽極生產(chǎn)的龍頭，生產(chǎn)工藝標準化是陽極生產(chǎn)的必然之路，實施工藝標準化可保證整個生產(chǎn)的穩(wěn)定、安全，陽極質(zhì)量穩(wěn)步提升，本文介紹的從結(jié)果、過程、檢驗、培訓、檢查考核五個方向開展標準化是經(jīng)過長期積累，探索出來的一條路，可供參考。

圖7 實施前后部分陽極指標對比

［1］ 劉業(yè)翔.現(xiàn)代鋁電解［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2008.499－500.

［2］ 吉延新.改善鋁用預焙陽極抗氧化性的措施分析［J］.炭素，2016，（1）：33－37.

［3］ 劉民章.升溫速率對鋁用炭陽極焙燒過程中裂紋形成的影響［J］.炭素技術(shù)，2016，35（1）：45－49.

［4］ 肖勁，吳勝輝，鄧松云，等.炭素制品的混捏工藝改進研究［J］.炭素技術(shù)，2012，31（4）：5－8.

Study on Standardization of Carbon Anode Production Process

WU Shenghui，XIAO Jin
（Central South University，Changsha 410083，China）

In the process of carbon anode production，how to ensure the quality of anode be stable and uniform，small fluctuation of each index has been a difficult problem in the industry.The purpose of this paper is to establish a standardized system for the production of carbon anodes from the five aspects of anode production results，process，inspection，training，inspection and inspection.Through the establishment of standardized system，implementation，optimization，the safety，stability，quality of anode production are improvmed.

carbon anode；standardization；calcination；molding；baking；assembly

TF803.2＋7

A

1003－5540（2017）03－0046－06

2017－04－19

吳勝輝（1985－），男，工程師，主要從事鋁用炭素陽極領(lǐng)域的研究和生產(chǎn)管理工作。