炭素阳极生产工艺标准化的研究

李晓辉

摘 要：生产工艺标准化是阳极生产的必然之路，可保证整个生产的稳定、安全。铝电解用炭素阳极是将煅后焦、沥青、生碎和残极按照一定比例进行混合，经振动成型、高温焙烧和导杆浇铸生产出满足电解需要的组装阳极块。基于此，本文概述了碳素，阐述了炭素生产存在的问题及其措施，结合某碳素厂，对炭素阳极生产工艺标准化进行了探讨分析。

关键词：炭素;生产;问题;措施;阳极;生产工艺;标准化

1 炭素的概述

碳是自然界中常见的元素，并且其存在形式多种多样，而且是重要的生产和生活材料。碳是非金属元素，其原子序数是6，元素符号是C。碳是一种非金属元素，元素符号是C，原子序数为6。自然界中碳的生成，是有机物通过热解反应产生的。而生产炭素材料的工厂，则称之为炭素厂。炭素生产所需要的材料主要是沥青焦、石油焦和无烟煤，其生产原理是以电化学反应为基础的，阳极位于电解槽内，电流则通过阳极而导入。电流的导出，则通过电解槽的阴极而实现。炭素材料的种类有很多种，按照性质来分可以分为半石墨质、石墨质和炭质。

2 炭素生产存在的问题及其措施分析

2.1 炭素生产存在的问题分析

炭素就是指阳极炭素制品和阴极炭素制品，其生产过程中存在的问题主要体现在：①设备问题。目前我国炭素生产所用设备较为落后，不仅浪费材料和能源，同时对环境也造成了极大的污染，破坏生态的平衡;②产品标准和检测方法问题。发达国家的炭素产品生产技术、生产工艺以及产品质量都优于我国，导致这一现象的原因，同我国落后的检测方法和较低的产品标准有很大的关系。我国对于炭素阳极产品执行的标准较低，尤其是对于物理化性能的要求不高;③产品质量问题。炭素阳极消耗同炭素制品质量有着密切联系，槽的寿命也会受其影响，并且在一定程度上影响了大修的时间。炭素生产厂家由于自身的技术条件、资金和设备的不同，所采用的原材料也是不同的，这就不可避免地对产品的质量造成影响。并且很多的炭素生产企业所采用的技术标准较低，同样会对产品造成影响，因此国内的炭素制品质量普遍不高。

2.2 提高碳素生产质量的措施

①改进设备与生产技术。为了提高炭素生存质量，应从提高生产技术和生产工艺，采用先进的设备入手。首先要把好材料的质量关，从采购环节加以严格的控制，对于煤沥青和石油焦的质量必须严格要求，严禁不合格的材料入厂。提高企业的技术水平，尤其是煅烧技术，通过技术的提高改善炭素产品质量，可以考虑从国外引进先进煅烧技术的方法。焙烧是炭素生产过程中的关键环节，因此应采用先进的焙烧技术，提高产品质量。同时还应该提高配料的自动化程度，优化配料条件;②创新生产技术及规模化生存。炭素生产企业要想提高产品质量，增强自身的竞争力，在国际市场上占有一席之地，除了需要改进和创新技术，还应该实现规模化生产，建立大型的炭素生产基地。我国的矿产资源，尤其是煤炭资源较为丰富，石油焦的含硫量不高，这就为炭素生产创造了很好的条件。

3 炭素阳极生产工艺标准化的分析

标准化就是人、机、料、法、环各个方面都有标准，人人按标准操作，最终达到同一件事情一个人做一百次一个样、一千个人做相同的事情一个样的结果。阳极生产工艺标准化采用这个思路，消除阳极生产过程中的人不稳定行为、物的不稳定状态，最终实现阳极生产安全稳定，质量提升的目标。以下结合某炭素厂为例，对炭素阳极生产工艺标准化进行说明分析

3.1 某炭素厂的概况

某炭素厂采用回转窑+连续混捏+机浇铸的生产方式，电解客户对阳极需求即为阳极最终结果标准，根据不同生产环节影响不同的指标，分别确定组装、焙烧、成型、煅烧、原材料的标准，建立完整的标准体系。具体体现在：

3.2 炭素阳极组装工艺标准化

影响炭素阳极组装工艺的指标有脱极、铁碳压降，具体工序为浇铸、铁水熔炼、配料，通过执行组装工艺标准的熔炼温度标准、熔炼作业卡、辅料用量标准、配料添加作业卡，从技术、管理两方面保证浇铸质量，最终保证产品质量：无脱极、铁碳压降<70mV。为确保残极微量元素含量不超标，建立钢爪打磨作业卡、残极表面清理标准，控制粗残钠含量≤300μg/g，细残钠含量≤600μg/g;为确保导杆不弯曲变形、不带裂纹，建立导杆检查作业卡，在浇铸前下线不合格导杆。在组装相关的工艺标准及作业卡的基础上，再配以整体的检验、培训、考核，建成组装工艺标准化体系。

3.3 焙烧工艺标准化

炭素阳极焙烧工艺影响关鍵指标有电阻率、空气反应性，影响环节在焙烧工序，主要是焙烧曲线，即焙烧温度、焙烧时间，要保证电阻率51±1μΩm、空气反应性90±5%，焙烧炉上层炭块插热电偶能够测到的表面温度不低于1050℃，该温度以上的保温时间不低于56h，焙烧曲线应该根据该原则制定。为了保证阳极的外观合格，表面不出现氧化、裂纹，焙烧后的阳极需要设定降温速率标准、出炉表面温度标准，配套作业卡规范阳极出炉操作，避免冷却、出炉环节降温过快出现裂纹。在生阳极填碗、装炉环节必须设定填碗高度、炭块与炉墙距离标准，防止阳极在焙烧过程中出现炭碗塌陷、表面氧化，影响后续使用。

3.4 成型工艺标准化

正常情况下炭素生阳极体积密度高，焙烧后阳极的体积密度高，阳极密实度高则抗氧化、抗冲刷、导电率强。在阳极尺寸、重量一定的条件下，生阳极的关键指标为体积密度，直接影响阳极后续指标的达成。糊料成型环节重点控制成型温度在149±3℃、成型时间在60±10s，配套成型温度测量作业卡，确保温度测量准确;糊料冷却环节通过控制喷水量来控制糊料温度，混捏环节通过控制连续混捏机下料孔开度控制糊料混捏时间。干料预热温度控制在187±3℃;通过研发，固定几个配方应对配料变化，当粗中细三级物料筛分重量以及物料纯度发生变化时，应更换配方;该厂采用的是中颗粒料配方，设置粗颗粒料级为12-6mm、中颗粒料级为6-3mm、细颗粒料级为3-0mm，通过设置破碎机转速、对辊机开度标准，及建立物料纯度测量作业卡，控制各个料级纯度在80%以上，确保配方得到真实执行，粗残也是同样的道理;粉料设置分选器开度标准，控制粉料纯度>80%，设置球磨机投料量、时间标准，确保粉料能够满足生产需求。

3.5 煅烧工艺标准化

成型沥青用量<15%，生阳极体积密度>1.63g/cm3，煅后焦振实密度要在0.85g/cm3以上，煅烧工艺是影响煅后焦振实密度的关键工序。提高煅烧带温度、延长煅烧带长度都可适当提高煅后焦振实密度，但会造成石油焦烧损大，同时影响回转窑安全运行，因此在煅烧环节设定煅烧带长度、煅烧带温度标准，同时建立煅烧带长度、煅烧带温度测量作业卡，确保测量值稳定、准确。

3.6 检验、培训、检查考核标准化

检验标准化作用是确保数据真实可靠，避免人为、设备原因出现数据波动;培训标准化作用首先是提高员工标准化意识，认识到标准化才是唯一出路，其次教会员工熟练掌握工作技能，胜任岗位需求;检查考核标准化作用是保证员工按照设定标准、作业卡去开展工作，消除员工侥幸心理。管理手段不唯一，每个工厂可根据自身实际情况开展，比如流动红黄旗评比、看板管理、开展标准化大家谈等等;管理并非一成不变，开展过程根据实际效果，不断优化、改善，适应生产需求。

4 结束语

综上所述，目前我国部分炭素厂对生产工艺标准化意识不足，无统一、固定标准，经常会出现阳极质量好时不清楚原因，未能及时总结经验，修订标准或固化到作业卡中，从而影响整个炭素阳极行业发展。因此炭素阳极生产过程中，为了保证阳极质量稳定，必须采取标准化的生产工艺，从而减小各项指标的波动。

参考文献：

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