改善预焙阳极电阻率的生产实践

吴青峰 谭云岗 任联生 吴 军 何 军

湖北丹江口丹瑞炭素有限责任公司，湖北省丹江口市肖家沟 442700

改善预焙阳极电阻率的生产实践

吴青峰 谭云岗 任联生 吴 军 何 军

湖北丹江口丹瑞炭素有限责任公司，湖北省丹江口市肖家沟 442700

2010年上半年，受原材料质量变化及生产工艺条件不稳定的影响，丹瑞公司生产的预焙阳极出现了电阻率偏高问题，通过全方位原因分析，对生产流程的改进和优化，解决了生产系统中存在的一些问题，找出了电阻率升高的原因，解决了电阻率超标问题，提高了产品质量。

预焙阳极；电阻率；工艺优化

电解铝用预焙阳极炭块是以煅烧石油焦为骨料，煤沥青为黏结剂生产的，用作预焙铝电解槽阳极材料。这种炭块经过焙烧，有稳定的几何形状，习惯上称为铝电解用炭阳极。用预焙阳极炭块作阳极的铝电解槽称预焙阳极电解槽，预焙阳极安装在电解槽上部，直流电流通过炭阳极，导入电解液。在炭阳极底部接触电解液的部位，发生电化学反应，阳极最终产物是CO和CO2。阳极炭块一般为长方体，电阻率约50μΩ.m～65μΩ.m，通过它的电流密度一般为0.7A/cm2～0.8A/cm2，加上导杆与接点电阻，铝电解生产，消耗在炭阳极上的电压降为300mV～500mV，占电解槽电压降的10%～15%。

1 问题的提出

铝电解用预焙阳极有色金属行业标准（YS/T285-2007）中对预焙阳极电阻率的要求，一级品不大于55μΩ.m，二级品不大于60μΩ.m。自2009年12月份起，丹瑞公司生产的预焙阳极电阻率逐渐升高，一级品率下降，等外品增多，2010年4月份以后，电阻率大于60μΩm的等外品检出率超过了60%，出现了电阻率超标质量问题。对电阻率升高的问题，有必要从原材料、工艺技术、生产过程进行分析验证，找出原因，提出改进措施。

2 影响预焙阳极电阻率因素分析及生产工艺优化措施

2.1 改善煅烧工艺条件

预焙阳极以煅烧石油焦为骨料，煤沥青做黏结剂，经煅烧、混捏、成型和焙烧等工序制造而成。石油焦是炼油厂渣油裂解焦化后的产物，原油产地、杂质元素含量和焦化条件决定了煅后焦体密、强度和导电率等性质。目前国内石油焦质量呈下降趋势，硫和钒的含量趋高，随着各炼厂提炼技术的提高，粉焦量也逐步增加，这些都降低了煅烧石油焦导电性能。

2010年上半年，受市场的影响，石油焦质量出现了较大的波动，粉焦量大、挥发分不稳定、夹杂石油沥青块，自2月份起，罐式煅烧炉出现频繁结焦堵炉、流料、放炮现象，煅后焦真比重下降、比电阻升高，为此，我们采取了以下措施。

（1）加强原材料采购环节管理，掌握各炼厂石油焦质量变化，选用优质原材料。

（2）全面掌控进场石油焦质量状况，不同品质石油焦合理掺配使用，取长补短，控制好煅后焦微量元素的含量，稳定煅前焦质量，为煅烧炉稳定运行创造条件。

（3）加强生产管理，改进煅前上料设施、调整上料制度，解决煅前料粒度偏析的问题，及时清理罐内结焦，调整好生产负压，杜绝冒烟冒火，减少流料放炮的发生。

2.2 优化成型生产工艺

生阳极制造，煅后焦、残极和生产系统返回料通过中碎、筛分、配料，与沥青混捏后成型。配料精度、物料纯度、粉料粒级分布直接影响生块体密和沥青用量。生块焙烧后，沥青焦以网状结构包裹着骨料颗粒广泛分布于碳块内部，焙烧沥青焦化温度低于石油焦煅烧温度，沥青焦比电阻较煅后焦高，合理的生阳极生产工艺，适当沥青用量，能有效改善阳极导电性。

在解决电阻率偏高问题过程中，针对生块体密不足和油比偏高及不稳定的问题，对成型工艺进行了优化。

（1）通过调整钢球配比和系统风量，解决粉料纯度波动大、超细粉含量高的问题，粉料纯度合格率达到90%以上，负300目平均含量由41%下降为32%。

（2）收尘粉与球磨粉混合计量改为独立配料，解决收尘粉偏细纯度波动大的影响。

（3）对螺旋配料系统配料进行改造，使物料在配料输送过程中保持稳定，确保配料精度。

（4）加强混捏成型工艺管理，定期监测混捏温度，控制好生块重量和高度，确保生块体密达到要求。

2.3 保证焙烧工艺

预焙阳极焙烧是指生阳极炭块在隔绝空气的条件下，通过热处理将煤沥青碳化为沥青粘合焦的过程。焙烧后制品具有足够高的强度、良好的导电性、较高的抗氧化性。合理的升温曲线是阳极质量的保证，焙烧曲线应遵循“两头快、中间慢”的原则，沥青挥发分快速溢出和焦化阶段要适当控制升温速度。挥发分溢出阶段升温过快，沥青结焦值下降，降低制品强度和电阻率。提高焙烧最终温度，有利于沥青焦微晶成长，降低电阻率。考虑到炉底和侧墙散热的影响，焙烧炉内普遍存在温度梯度，同时耐火材料、填充料、碳块导热率比较低，充分的高温保温时间是保证碳块质量的必要条件。一方面可以尽量降低炉室内部温度梯度，减少炉室内低温薄弱环节；另一方面，根据焙烧等效温度理论，延长热处理时间，可以使碳素制品在较低的热处理温度下达到相对较高的等效温度，达到所需要的焙烧质量。

丹瑞公司使用52室环式焙烧炉，冷煤气为燃料，人工调温192焙烧曲线生产。受焙烧炉结构和长期使用老化变形的影响，存在较为严重的漏风、散热、负压损失问题，操作负压偏大，沥青挥发份溢出较快，着火时间短，燃烧不充分，挥发份燃烧热利用率低，焙烧温度滞后于升温曲线，最终温度和高温保温时间达不到工艺设定要求。

为充分利用挥发份，提高沥青结焦值，保证最终温度和高温保温时间，主要采取了以下措施：

（1）炉体改造，解决观火孔和横墙结构不合理，漏风散热严重，移炉时间长、效率低的问题。

（2）大修变形严重的火道墙，彻底清理火道墙内沉积物，解决火道堵塞问题。

（3）根据挥发份着火的需要，对烟斗和燃烧架等设备进行改造，减少冷空气进入炉体数量。

（4）使用塑料布对低温炉室炉面进行覆盖，加强烟斗、火道插板连接部位的密封，调整装出炉作业方式，保证烟斗前两个炉室完成装炉作业。

（5）在以上工作的基础上，优化焙烧曲线，逐步降低负压，延长挥发分燃烧时间，提高焙烧最终温度和延长高温保温时间。

3 工艺优化效果

随着各项工艺优化措施的开展，生产工艺条件逐步得到贯彻落实，进入6月份后，产成品质量不断提高。煅烧炉频繁的结焦堵炉、冒烟冒火和流料放炮得到有效遏制，煅烧温度稳定，煅后焦真比重稳定在2.06g/ cm3～2.10g/cm3之间，粉末比电阻控制在500μΩ.m以下，硫、钒等微量元素和粉焦量得到有效控制。随着粉料质量的稳定和配料精度的提高，生块油比逐步下降，控制在15.5%～16%之间，生块体密也稳定在1.63g/cm3～1.66g/cm3之间。随着焙烧曲线的优化，火道最大操作负压控制在120Pa以内，挥发分燃烧时间达到12小时以上，焙烧最终温度和高温保温时间也控制在1060℃和40h以上。预焙阳极电阻率自7月后，逐步下降，达到技术标准要求。

4 结语

预焙阳极生产工序多，生产周期长，影响产品质量的因素多，对于电阻率而言，原材料质量是基础，生产工艺合理、科学的控制，是有效稳定电阻率，减少波动，生产优质产品的保障。

（1）掌控石油焦质量，科学掺配使用，是适应石油焦质量变化，控制煅后焦质量和生产优质阳极的基础。

（2）生阳极生产，粉料质量和配料精度控制是均质阳极的关键。

（3）合理的焙烧曲线，挥发分溢出阶段升温速度、焙烧最终温度和高温保温时间是减少预焙阳极电阻率波动的保证。

[1]王平甫，宫振.铝电解炭阳极技术[M].北京：冶金工业出版社，2002

[2[刘耕，夏金童，等.提高预焙阳极质量措施与生产实践[J].炭素技术，2008（6）59～64

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.22.070