焙燒車間瀝青焦替作焙燒填充料技術研究

李忠誠

（陜西有色榆林新材料有限責任公司陽極分公司，陜西 榆林 719099）

目前電解鋁用碳陽極生產中的焙燒工序普遍采用煅后石油焦作為填充料，在焙燒過程中填充料主要作為陽極炭塊的保護介質和傳熱介質，起傳導熱量、提供揮發分排除通道，防止炭塊氧化及固定炭塊幾何形狀的作用。但在焙燒生產作業過程中，需要經常對填充料進行吸料布料處理，填充料顆粒互相碰撞摩擦，而煅后石油焦強度偏低，抗磨性能相對較差，因此在使用過程中焦粒會不斷磨損破碎，粒度組成會不斷細粉化，容易吸入火道內和被收塵裝置收集排除，導致填充料的不斷消耗，在以后還需要不斷補入新煅后石油焦保證粒度組成，填充料粒度分布難以控制。

瀝青焦同樣作為一種焦化工業產物，具有跟煅后石油焦相近的常規理化指標，雜質含量少、具備導熱性能、有一定的抗氧化性等，使瀝青焦具備作為焙燒填充料的基本條件，另外瀝青焦有比煅后石油焦更高的密度、更好的抗磨性能和強度，使其具備煅后石油焦作為填充料所不具備的優點——不容易細粉化、損耗量小。

因此將瀝青焦作為焙燒填充料使用作為本次的技術研究項目，旨在進一步改善目前焙燒生產現狀，控制生產成本，同時滿足生產需求，提高填充料的使用周期，降低物料損耗，同時提高預焙陽極的質量，減少工人的勞動強度。

本次技術研究的選題背景單位為一家預焙陽極生產型企業，自2012年年底開始陸續試車投產，其中焙燒部于2012年9月份開始試車投產，期間根據行業慣例，使用煅后焦作為填充料，煅后焦在外觀質量和理化指標方面滿足基本標準要求，但其燒損率高、強度低、容易氧化、使用周期短，工人的勞動強度大，故有必要開展使用瀝青焦作為填充料的技術研究，以提高填充料的使用周期，降低生產成本。

1 通過本次的技術研究，可以實現以下幾個重要意義

探索新的材料替代碳素焙燒生產常規使用的煅后石油焦填充料，尋找更加適合作為焙燒填充料的物料；

降低填充料的消耗，減少焙燒生產成本；

改善焙燒作業環境，減少工人勞動強度；

通過減少生產區域和使用物料過程中產生的粉料，降低生產設備工作負擔，保證設備健康運行；

通過研究活動尋找降低焙燒生產能耗的途徑。

2 本次技術研究的基本思路

瀝青焦是煤瀝青在焦爐中經高溫（＞1100℃）焦化后得到的固體可燃產物。其硫分低、揮發分較低、線膨脹系數低、結構致密、顆粒機械強度及耐磨性比較高，中國炭素企業在生產普通功率石墨電極的配方中有時加入一定量的瀝青焦，有利于提高成品的機械強度。

瀝青焦與煅后石油焦在理化性能上有一定差異，其主要表現在以下幾個方面：

瀝青焦中的硫分遠低于煅后石油焦，硫分過高在使用過程中會釋放出刺激性的SO2氣體，對陽極及生產環境產生負面影響，故使用瀝青焦可改善爐面的作業環境；

瀝青焦因為其成焦溫度高，故揮發分較低，在焙燒過程中不容易產生紅料，從而能減少預焙陽極的氧化，在一定程度上也能降低填充料的燒損率；

瀝青焦的線膨脹系數低于煅后焦，在高溫情況下，其尺寸變化小，熱穩定性好，作為填充料可延長其使用周期。

瀝青焦的結構致密，其氣孔率低于煅后石油焦，氣孔率高影響其熱傳導效率，在現有爐室寬度的情況下，若傳遞相同的熱量將消耗更多的天然氣，火道與產品之間將產生更大的溫差，在相同的火焰周期下預焙陽極的焙燒效果降低，使用瀝青焦在一定程度上可降低天然氣消耗，并且可提高爐室的密封性，從而提高焙燒質量；

瀝青焦的機械強度及耐磨性較好，在使用過程中焦粒之間的摩擦、相互碾壓造成的損耗較少，在相同條件下灰分產生量較少，可提高其利用率，延長使用周期；

綜上所述，瀝青焦作為填充料其硫分、揮發分、密實性、機械強度等性能理論上可滿足生產需求，故在煅后石油焦中加入一定量的瀝青焦作為填充料有一定的可行性。

3 技術研究實驗材料

混合填充料（瀝青焦/煅后焦1:1）；

煅后石油焦；

瀝青焦。

4 技術研究實施方案

根據市場上煅后石油焦和瀝青焦指標情況，結合生產實際，制定出技術研究所需瀝青焦內控標準，并采購回瀝青焦和煅后石油焦的混合焦料，初步確定兩種焦料配比為1：1，到貨后單獨存放，避免與正常生產所用填充料混合，并初步確定在11月份展開技術研究活動。

首先對混合填充料進行基本的理化指標分析，分析項目包括灰分、揮發份、真密度、堆積密度、強度分析等。采用取樣標準對混合填充料取4組樣品，每組樣品制備相同質量的兩個平行樣，對于每組的指標數值取平行樣平均值。

對物料的粒度組成進行篩分析，與理化指標分析的取樣和分組方式一樣，對混合填充料的粒度組成情況進行分析統計，為最終實驗結果提供必要的數據依據。

在焙燒部1號、2號焙燒車間實施，1號焙燒車間共有54個爐室，現運行兩個火焰系統，系統共占用爐室36個，剩余18個空爐室，2號焙燒車間共有54個爐室，運行三個火焰系統。實驗步驟如下：

（1）現在1號焙燒車間加入第三個火焰系統，3號火焰系統全部使用混配填充料；

（2）在1號焙燒車間1號、2號火焰系統逐步使用混配填充料，總體瀝青焦占混合填充料的25%；

（3）2號焙燒車間使用煅后焦作為填充料；

（4）對1號、2號焙燒各火焰系統進行不同火焰周期進行生產，具體情況如下：

?1號焙燒車間：1號火焰系統36小時、2號火焰系統32小時、3號火焰系統28小時；

?2號焙燒車間：1號火焰系統36小時、2號火焰系統32小時、3號火焰系統28小時；

（5）采用連續爐室實驗的方式，在實驗爐室中使用混合填充料生產，并對各料箱料面高度、用料量、鋪設情況等進行記錄。

（6）經過一個炭塊生產周期以后，同樣記錄相同數據，并做好攝影記錄，對填充料進行取樣分析，分析項目同實驗前的分析項目。根據前期收集的數據和實驗中及實驗后的數據進行分類統計分析，確定實驗前后的效果對比，具體對比情況如下：

填充料粒度、粒級、燒損率等對比如下：

瀝青焦占25%（36小時周期）

?粒度：3mm～6mm粒度90%以上；

?粉料含量:3mm以下低于10%；

?燒損率:約17%；

瀝青焦占50%（36小時周期）

?粒度：3mm～6mm粒度90%以上；

?粉料含量：3mm以下低于10%；

?燒損率：約15%；

煅后石油焦（36小時周期）

?粒度：3mm～6mm粒度90%以上；

?粉料含量:3mm以下低于10%；

?燒損率:約16%；

對出爐預焙陽極的理化指標進行對比

瀝青焦占25%（36小時周期）

?表觀密度：1.53g/cm3

?真密度：2.1g/cm3

?耐壓強度：28N/mm2

?電阻率：66Ω.mm2/m

?灰分含量：1.2%

瀝青焦占50%（36小時周期）

?表觀密度：1.54g/cm3

?真密度：2.2g/cm3

?耐壓強度：29N/mm2

?電阻率：62Ω.mm2/m

?灰分含量：1.0%

煅后石油焦（36小時周期）

?表觀密度：1.54g/cm3

?真密度：2.0g/cm3

?耐壓強度：29N/mm2

?電阻率：63Ω.mm2/m

?灰分含量：1.1%

（7）從經濟性、作業環境、人員勞動強度改善等方面進行評價，得出階段性研究結論。根據階段性結論，討論決定是否開展下一階段的研究實驗，本次研究內容初步確定為煅后石油焦和瀝青焦混配來代替單獨使用瀝青焦以及填充料的方式進行生產，其混配比例為1:1，對后期的陽極清理以及經濟效果較明顯，同時對于陽極的理化指標沒有影響，能夠滿足生產的需要。

5 研究成果投入后經濟效益預估

（1）為了使項目真正落地，項目在前期需要投入填充料采購費用104萬元。

（2）現階段填充料價格為2069元/噸，每月焙燒車間需消耗500噸左右，每年使用填充料的成本為：2069×500×12＝1241.4萬元。使用混合瀝青焦后，填充料利用率提高30%，則每月消耗量可降低150噸，每年可節省成本：2069×150×12＝372.42萬元。

綜上所述，通過填充料以及瀝青焦的混配，可以提高填充料利用率，可避免頻繁換料，減少員工的勞動強度，在一定程度上可提高員工的積極性，對經濟效益的提高起到了積極的作用，所以根據研究成果決定在該企業推行瀝青焦以及填充料混配使用。