預焙陽極制品表觀廢品分析

楊 勝

（貴陽鋁鎂設計研究院有限公司，貴州 貴陽 550081）

焙燒是決定預焙陽極質量的關鍵工段之一。目前，國內預焙陽極生產企業普遍存在焙燒產品表觀廢品率高的現象，而廢品率的減少等同于提升產能，節省成本，增加利潤，這也是各大預焙陽極生產企業的重點課題。本文就預焙陽極焙燒工段極易出現的廢品進行了歸類及分析，并提出減少廢品率的措施。

1 預焙陽極表觀廢品種類

1.1 氧化廢品

根據理論要求，陽極制品的氧化一般在大于350℃的有氧環境中進行，根據實際生產溫度分布，1P爐室溫度小于氧化溫度；在2P上游爐室，炭塊溫度達到反應溫度，此處雖然負壓大，但是氧氣含量低，發生氧化幾率小，但大的負壓易使填充料進入火道讓填充料下陷，為料箱上層的炭塊氧化創造條件。3-6P爐室溫度逐漸升高，并在6P爐室陽極溫度達到最高點（～1050℃），但在此爐室主要是外加燃料發生燃燒反應，所以火道內氧氣含量低，并且負壓相對1、2P爐室低（約-10～-20Pa），故發生氧化幾率不高。7P之后的冷卻爐室，正壓逐漸增大，火道內氧含量充足，陽極與內部填充料溫度均超過1000℃，極易發生填充料燒損現象，若此處填充料得不到及時補充，則預焙陽極極易發生氧化反應[1]。生產中氧化廢品如圖1。

1.2 掉塊型廢品

掉塊型廢品表現為端部掉角、掉塊等。掉塊型廢品產生原因是：1）炭塊在運轉過程中機械破壞導致掉塊；2）填充焦布置不均勻。機械破損可能發生在焙燒前，如生坯在吊裝及運輸過程中產生的破損，也可能發生在焙燒后的吊裝運輸過程中。填充焦布置不均勻主要因為裝爐時炭塊沒按要求放置，導致炭塊各個面所受到的壓力不同，在焙燒過程前期，特別是炭塊溫度在250℃以下時，炭塊軟化，受壓薄弱區容易發生掉塊。

1.3 裂紋廢品

裂紋廢品從方向上看主要表現為橫裂紋與縱裂紋，從位置看表現為內裂紋與外部裂紋。其中內裂紋因不能直觀發現，故內裂紋廢品不歸結為表觀廢品一類。裂紋產生原因很多，在成型時由于彈性后效容易產生內裂紋，并且由于磨具中制品上下各處受力大小不同，易使生坯產生橫向層裂紋，若裂紋尺寸大，在焙燒過程中會發展為橫裂紋。在焙燒過程中，出現溫度分布不均、收縮不一致時，積攢的熱應力會導致裂紋產生或原有裂紋發展。

1.4 硬殼型廢品

硬殼型廢品表現為制品端部出現鼓包現象，硬殼型廢品產生原因主要是內外收縮不一致。根據資料分析[2]，其發生的主要時間在焙燒前期，溫度為400℃以下階段。此階段陽極生坯中的粘結劑瀝青正處于軟化到分解縮聚階段，極易吸收空氣中的氧并先與生坯表面粘結劑發生縮聚反應，減少揮發分的排出，提高析焦量。所以當內部收縮時，由于外部已經結焦變硬并相對收縮小，促使表面產生硬殼。硬殼型廢品主要發生于制品的端部，特別是料箱頂層炭塊端部極易出現，因為陽極溫度在400℃以下時，主要分布于1、2P爐室，此階段的負壓大，與粘結劑發生反應的氧主要來自于外部空氣通過滲透填充料而得，料箱上層炭塊與空氣接觸機會大發生硬化概率高。

1.5 鼓泡型廢品

鼓泡型廢品表現為在制品表面出現細小的氣泡和坑洞。如圖2所示。

鼓泡型廢品產生原因主要是受熱不均勻。在多種情況下都會產生此種廢品，一是當新加入填充料溫度比較高時（大于300℃），會使生坯表面局部受熱產生鼓泡；二是填充焦粒度分布不均，在大顆粒積聚處，由于傳熱快，容易使炭塊表面局部受熱產生鼓泡。

1.6 變形型廢品

制品變形也主要發生在焙燒前期，生坯在焙燒前期會隨著瀝青的軟化與遷移出現應力釋放，此時生坯強度急劇下降。在焙燒過程中，若長時間停留在此狀態，炭塊易發生變形；另外，若炭塊周圍的填充料布置不均勻，導致料箱中炭塊各方位受力不均，更加促使軟化的炭塊變形，甚至出現掉塊。

2 解決方案

對于氧化廢品，根據產生原因，可從如下幾個方面考慮解決：一是及時補充在冷卻區燒損的填充料，防止填充料下陷后高溫炭塊與空氣直接接觸發生氧化；二是做好爐體日常維護，保證爐體密封性，特別是火道墻上的大尺寸裂紋以及因熱應力擴張的豎縫，都需要及時維修填補。

對于掉塊型廢品，防護措施主要表現在生產管理及裝爐操作上，生產裝爐時應按照生產規范執行，防止底料過厚頂層料不足、炭塊貼墻、層間料不均勻、炭塊偏心裝爐等。

對于裂紋型廢品，要從配方及成型開始，選用合理的配方、控制糊料混捏保證糊料塑性、設定合理的成型方式與壓力，防止彈性后效引起的層裂[3]；二是焙燒過程中要防止溫度不均勻引起收縮不均勻產生裂紋。目前運行好的敞開式陽極焙燒爐的火道上下溫差約50～100℃，運行差的火道上下溫差超過200℃，大的上下溫差導致炭塊上下收縮不一致，產生縱裂紋。因此在此階段需要做好爐室的密封工作，減少漏風量，保證煙氣溫度與焙燒曲線匹配。并需要定期排查火道堵塞情況；三是在揮發分大量排出階段，要控制升溫速度，過快的升溫速度導致揮發分蒸汽壓大，易使材料內部產生裂紋。

對于硬殼型廢品，其防范措施與裂紋型廢品相似，需要在焙燒前期防止粘結劑的氧化，需做好爐室密封工作，目前有些企業在三個預熱爐室用塑料膜覆蓋，提高爐室密封性，有效控制了高負壓區外部空氣的滲入，但是會增加運行成本及提高勞動強度；其次需要在粘結劑軟化階段快速升溫，有資料顯示，在焙燒過程中20～400℃需要的升溫時間與硬殼型廢品率的增長呈正比關系，其中77小時升溫時間的硬殼型廢品率相對于57小時升溫時間的廢品率提高了90%[2]。所以此階段的升溫速率應控制在60小時以內。根據目前焙燒爐常用周期28～30小時分析，控制3P爐室最低溫度達到400℃是防止硬殼型廢品產生的有效方法。

對于鼓泡型廢品，根據其產生原因，保證規范裝爐及控制填充焦的粒度分布可有效防止此類廢品產生。對于變形廢品，如前文所述，提高瀝青軟化溫度段的升溫速率，減少制品軟化時間；同時保證炭塊的規范裝爐及填充焦的合理密實度均可減少制品的變形機率。

3 結語

焙燒過程中產生廢品的種類很多，包括氧化，掉塊，裂紋，硬殼，鼓泡，變形等。究其原因，有許多共同之處，包括前期升溫速率的控制；前期粘結劑氧化；合理升溫曲線的設定；規范裝出爐等。根據以上原因，可總結減少焙燒廢品產生的防范措施為：①合理設定焙燒升溫曲線，特別是400℃以下的升溫速率；②生產管理需嚴格按照焙燒生產規范執行，包括炭塊裝出爐、填充料處理及裝爐、生產過程中及時補充填充料等；③嚴格執行日常維修工作，特別是矯正火道墻的變形、清理火道墻結焦、填補火道墻裂縫等；④做好焙燒工序前的配料、成型等工作。