预焙阳极制品表观废品分析

杨 胜

（贵阳铝镁设计研究院有限公司，贵州 贵阳 550081）

焙烧是决定预焙阳极质量的关键工段之一。目前，国内预焙阳极生产企业普遍存在焙烧产品表观废品率高的现象，而废品率的减少等同于提升产能，节省成本，增加利润，这也是各大预焙阳极生产企业的重点课题。本文就预焙阳极焙烧工段极易出现的废品进行了归类及分析，并提出减少废品率的措施。

1 预焙阳极表观废品种类

1.1 氧化废品

根据理论要求，阳极制品的氧化一般在大于350℃的有氧环境中进行，根据实际生产温度分布，1P炉室温度小于氧化温度；在2P上游炉室，炭块温度达到反应温度，此处虽然负压大，但是氧气含量低，发生氧化几率小，但大的负压易使填充料进入火道让填充料下陷，为料箱上层的炭块氧化创造条件。3-6P炉室温度逐渐升高，并在6P炉室阳极温度达到最高点（～1050℃），但在此炉室主要是外加燃料发生燃烧反应，所以火道内氧气含量低，并且负压相对1、2P炉室低（约-10～-20Pa），故发生氧化几率不高。7P之后的冷却炉室，正压逐渐增大，火道内氧含量充足，阳极与内部填充料温度均超过1000℃，极易发生填充料烧损现象，若此处填充料得不到及时补充，则预焙阳极极易发生氧化反应[1]。生产中氧化废品如图1。

1.2 掉块型废品

掉块型废品表现为端部掉角、掉块等。掉块型废品产生原因是：1）炭块在运转过程中机械破坏导致掉块；2）填充焦布置不均匀。机械破损可能发生在焙烧前，如生坯在吊装及运输过程中产生的破损，也可能发生在焙烧后的吊装运输过程中。填充焦布置不均匀主要因为装炉时炭块没按要求放置，导致炭块各个面所受到的压力不同，在焙烧过程前期，特别是炭块温度在250℃以下时，炭块软化，受压薄弱区容易发生掉块。

1.3 裂纹废品

裂纹废品从方向上看主要表现为横裂纹与纵裂纹，从位置看表现为内裂纹与外部裂纹。其中内裂纹因不能直观发现，故内裂纹废品不归结为表观废品一类。裂纹产生原因很多，在成型时由于弹性后效容易产生内裂纹，并且由于磨具中制品上下各处受力大小不同，易使生坯产生横向层裂纹，若裂纹尺寸大，在焙烧过程中会发展为横裂纹。在焙烧过程中，出现温度分布不均、收缩不一致时，积攒的热应力会导致裂纹产生或原有裂纹发展。

1.4 硬壳型废品

硬壳型废品表现为制品端部出现鼓包现象，硬壳型废品产生原因主要是内外收缩不一致。根据资料分析[2]，其发生的主要时间在焙烧前期，温度为400℃以下阶段。此阶段阳极生坯中的粘结剂沥青正处于软化到分解缩聚阶段，极易吸收空气中的氧并先与生坯表面粘结剂发生缩聚反应，减少挥发分的排出，提高析焦量。所以当内部收缩时，由于外部已经结焦变硬并相对收缩小，促使表面产生硬壳。硬壳型废品主要发生于制品的端部，特别是料箱顶层炭块端部极易出现，因为阳极温度在400℃以下时，主要分布于1、2P炉室，此阶段的负压大，与粘结剂发生反应的氧主要来自于外部空气通过渗透填充料而得，料箱上层炭块与空气接触机会大发生硬化概率高。

1.5 鼓泡型废品

鼓泡型废品表现为在制品表面出现细小的气泡和坑洞。如图2所示。

鼓泡型废品产生原因主要是受热不均匀。在多种情况下都会产生此种废品，一是当新加入填充料温度比较高时（大于300℃），会使生坯表面局部受热产生鼓泡；二是填充焦粒度分布不均，在大颗粒积聚处，由于传热快，容易使炭块表面局部受热产生鼓泡。

1.6 变形型废品

制品变形也主要发生在焙烧前期，生坯在焙烧前期会随着沥青的软化与迁移出现应力释放，此时生坯强度急剧下降。在焙烧过程中，若长时间停留在此状态，炭块易发生变形；另外，若炭块周围的填充料布置不均匀，导致料箱中炭块各方位受力不均，更加促使软化的炭块变形，甚至出现掉块。

2 解决方案

对于氧化废品，根据产生原因，可从如下几个方面考虑解决：一是及时补充在冷却区烧损的填充料，防止填充料下陷后高温炭块与空气直接接触发生氧化；二是做好炉体日常维护，保证炉体密封性，特别是火道墙上的大尺寸裂纹以及因热应力扩张的竖缝，都需要及时维修填补。

对于掉块型废品，防护措施主要表现在生产管理及装炉操作上，生产装炉时应按照生产规范执行，防止底料过厚顶层料不足、炭块贴墙、层间料不均匀、炭块偏心装炉等。

对于裂纹型废品，要从配方及成型开始，选用合理的配方、控制糊料混捏保证糊料塑性、设定合理的成型方式与压力，防止弹性后效引起的层裂[3]；二是焙烧过程中要防止温度不均匀引起收缩不均匀产生裂纹。目前运行好的敞开式阳极焙烧炉的火道上下温差约50～100℃，运行差的火道上下温差超过200℃，大的上下温差导致炭块上下收缩不一致，产生纵裂纹。因此在此阶段需要做好炉室的密封工作，减少漏风量，保证烟气温度与焙烧曲线匹配。并需要定期排查火道堵塞情况；三是在挥发分大量排出阶段，要控制升温速度，过快的升温速度导致挥发分蒸汽压大，易使材料内部产生裂纹。

对于硬壳型废品，其防范措施与裂纹型废品相似，需要在焙烧前期防止粘结剂的氧化，需做好炉室密封工作，目前有些企业在三个预热炉室用塑料膜覆盖，提高炉室密封性，有效控制了高负压区外部空气的渗入，但是会增加运行成本及提高劳动强度；其次需要在粘结剂软化阶段快速升温，有资料显示，在焙烧过程中20～400℃需要的升温时间与硬壳型废品率的增长呈正比关系，其中77小时升温时间的硬壳型废品率相对于57小时升温时间的废品率提高了90%[2]。所以此阶段的升温速率应控制在60小时以内。根据目前焙烧炉常用周期28～30小时分析，控制3P炉室最低温度达到400℃是防止硬壳型废品产生的有效方法。

对于鼓泡型废品，根据其产生原因，保证规范装炉及控制填充焦的粒度分布可有效防止此类废品产生。对于变形废品，如前文所述，提高沥青软化温度段的升温速率，减少制品软化时间；同时保证炭块的规范装炉及填充焦的合理密实度均可减少制品的变形机率。

3 结语

焙烧过程中产生废品的种类很多，包括氧化，掉块，裂纹，硬壳，鼓泡，变形等。究其原因，有许多共同之处，包括前期升温速率的控制；前期粘结剂氧化；合理升温曲线的设定；规范装出炉等。根据以上原因，可总结减少焙烧废品产生的防范措施为：①合理设定焙烧升温曲线，特别是400℃以下的升温速率；②生产管理需严格按照焙烧生产规范执行，包括炭块装出炉、填充料处理及装炉、生产过程中及时补充填充料等；③严格执行日常维修工作，特别是矫正火道墙的变形、清理火道墙结焦、填补火道墙裂缝等；④做好焙烧工序前的配料、成型等工作。