提高預(yù)焙陽極質(zhì)量的控制途徑和手段-

1、提高預(yù)焙陽極質(zhì)量的控制途徑和手段譚斌(貴陽鋁鎂設(shè)計(jì)研究院,貴州貴陽550004摘要:指出要提高預(yù)焙陽極的質(zhì)量,首先要保證原料的質(zhì)量,提高煅燒質(zhì)量和糊料配料質(zhì)量以及配入最佳的優(yōu)質(zhì)粘結(jié)劑。在焙燒工序中,焙燒爐的設(shè)計(jì)和焙燒的合理升溫曲線及溫度,能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的先進(jìn)的燃燒裝置,是生產(chǎn)高質(zhì)量陽極的有效保證。關(guān)鍵詞:預(yù)焙陽極;質(zhì)量;控制途徑中圖分類號(hào):O646151文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):1004-2660(200403-0027-04C ontrol Means and Ways for Improving the Quality of Prebaked AnodesT AN Bin(G uiyang

2、Aluminium2Magnesium Design&Research Institute,G uiyang550004,ChinaAbstract:The paper indicates that the key to the im provement of the quality of prebaked anodes lies firstly in ensuring the quality of raw materials,upgrading the qualities of calcinations and petroleum coke feed and charging wit

3、h the best binding material.In baking process,a g ood design of baking fur2 nace,rational consideration for both tem perature rise curve and tem perature as well as advanced combus2 tion system with automatic control are the im protant prerequisites for producing excellent anodes.K ey w ords:Prebake

4、d anode;quality;way of control1陽極質(zhì)量對(duì)鋁電解生產(chǎn)的影響在鋁電解過程中陽極的質(zhì)量不好,如密度小、孔隙度大、機(jī)械強(qiáng)度低等,會(huì)造成陽極在鋁電解過程中過量消耗、陽極空氣氧化率、鋁電解副反應(yīng)和粉塵率增大;還會(huì)使陽極導(dǎo)電面積減少、陽極電流密度增大、陽極發(fā)熱量增加,電解質(zhì)導(dǎo)電率下降、陽極和電解質(zhì)壓降增加,電耗增加。電解質(zhì)壓降增加的原因是陽極粉塵(或碳渣進(jìn)入電解質(zhì)中,炭粒變成有極性的物質(zhì),使電解質(zhì)粘度增加,導(dǎo)致電解質(zhì)導(dǎo)電率下降。另一方面,由于陽極和電解質(zhì)發(fā)熱,鋁電解溫度升高,副反應(yīng)加速,這些均導(dǎo)致電流效率降低和電耗增加。提高陽極質(zhì)量,降低陽極消耗,提高電流效率和降低電耗,會(huì)提

5、高鋁廠的經(jīng)濟(jì)第31卷第3期有色金屬設(shè)計(jì)V ol.31N o.32004NONFERROUSMET A LSDESIG N2004收稿日期:2004-06-12作者簡(jiǎn)介:譚斌(1966-,男,湖南人,工程師,主要從事電氣設(shè)計(jì)方面的工作.效益。目前,國(guó)內(nèi)鋁電解生產(chǎn)的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與世界先進(jìn)水平相比,還有一定的差距,其原因之一就是陽極質(zhì)量有差距,它影響了鋁電解技術(shù)水平的提高。2提高陽極質(zhì)量的途徑和手段211提高煅燒質(zhì)量是提高陽極質(zhì)量的首要條件煅燒石油焦的目的是,排除原料中的水分和揮發(fā)分,提高原料的密度和強(qiáng)度,增大原料的導(dǎo)電性能和化學(xué)穩(wěn)定性。排除原料中的水分和揮發(fā)分,是提高原料理化性能的前提,在經(jīng)過

6、12501300煅燒后的原料,其揮發(fā)分含量降低到015%以下。在高溫煅燒時(shí)各種不同分子結(jié)構(gòu)的炭氫化合物發(fā)生復(fù)雜分解與縮聚反應(yīng),分子結(jié)構(gòu)不斷變化,焦炭體積不斷收縮。體積收縮的結(jié)果增大了原料的密度及機(jī)械強(qiáng)度。在原料煅燒階段,要使原料煅燒后達(dá)到質(zhì)量要求,就必須保證有足夠長(zhǎng)的煅燒帶、穩(wěn)定的煅燒帶溫度和恒定的下料量。煅燒帶溫度(12501300和恒定的下料量的控制,是該階段工藝上必須解決的2個(gè)技術(shù)關(guān)鍵。影響煅燒帶溫度的主要原因是燃料、空氣量和負(fù)壓。這2個(gè)技術(shù)關(guān)鍵在原料煅燒過程中是有著密切的關(guān)系,下料量不穩(wěn)定會(huì)造成煅燒帶溫度的急劇變化,產(chǎn)品質(zhì)量就無法保證。因此在原料煅燒階段,煅燒帶溫度和下料量一定要實(shí)現(xiàn)自

7、動(dòng)控制,特別是下料量。21111石油焦下料量的自動(dòng)控制下料量的自動(dòng)控制是一個(gè)定量控制系統(tǒng),利用電子皮帶秤通過變頻器改變皮帶秤電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到恒定石油焦的下料量。操作人員通過設(shè)定計(jì)算值或希望值,系統(tǒng)就能按計(jì)算值或希望值的大小自動(dòng)控制石油焦下料量,這是手動(dòng)控制很難做到的。21112煅燒帶溫度的自動(dòng)控制煅燒帶溫度受燃料、空氣量和負(fù)壓等因素的影響。要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制就必須對(duì)上述擾動(dòng)量進(jìn)行綜合分析,找出它們之間的關(guān)系,組成控制系統(tǒng)。(1空氣量的影響及控制空氣量主要有:1,2,3次風(fēng)量;大窯的泄漏進(jìn)風(fēng)量?？諝饬窟m當(dāng),才能保證燃料的充分燃燒,也才能保證有足夠高的燃燒溫度。如果空氣量不足,燃料燃燒不完全,窯內(nèi)溫度低,

8、剩余的燃料進(jìn)入燃燒室或煙道繼續(xù)燃燒,將會(huì)燒毀設(shè)備;如果空氣量多,空氣會(huì)把窯內(nèi)的熱量帶走,煅燒帶溫度也低,影響產(chǎn)品質(zhì)量。一次風(fēng)和窯頭加熱燃料形成一定的比例關(guān)系,以保證加熱燃料燃燒時(shí)合適的空氣量,這樣既可以節(jié)約燃料也可以防止大氣污染。二次風(fēng)送入大窯在窯內(nèi)和石油焦的揮發(fā)份充分燃燒發(fā)熱,作為回轉(zhuǎn)窯的重要熱源來使用。由此可見,1,2,3次風(fēng)是煅燒生產(chǎn)的主要參數(shù),和煅燒帶溫度有著十分密切的關(guān)系,必須加以控制。通過測(cè)量大窯煙氣中氧氣的含量,我們就可以知道窯內(nèi)空氣量是否過?；蚨倘?控制系統(tǒng)根據(jù)煅燒帶溫度的大小、煙氣中氧氣的含量把溫度控制在1250 1300,控制系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性,此時(shí)就取決于煅燒帶溫度的測(cè)

9、量和系統(tǒng)的軟件策略水平。(2窯內(nèi)負(fù)壓的影響及控制負(fù)壓使得揮發(fā)份和空氣在流動(dòng)中充分混合,穩(wěn)定燃燒。如果大窯內(nèi)的負(fù)壓過小,煙氣抽不出來,回轉(zhuǎn)窯四處冒煙,污染工作環(huán)境,影響大氣質(zhì)量。同時(shí),也會(huì)造成空氣量過小,使燃料燃燒不完全致使煅燒帶溫度降低。如果負(fù)壓過大,大窯內(nèi)的空氣流量大,將會(huì)出現(xiàn)空氣過剩,熱量損失大。同時(shí),冷空氣過多進(jìn)入窯內(nèi),易于損壞窯體。所以,窯內(nèi)負(fù)壓的大小也必須引入控制系統(tǒng)加以控制,使其在規(guī)定的范圍內(nèi)波動(dòng)。82有色金屬設(shè)計(jì)第31卷(3煅燒原料的影響及對(duì)策使用石油焦為原料的回轉(zhuǎn)窯,當(dāng)石油焦原料各項(xiàng)指標(biāo)發(fā)生變化時(shí),1,2,3次風(fēng)量大小也要做相應(yīng)的調(diào)整,其比例大小要在實(shí)際生產(chǎn)中確定。使用重油為燃

10、料的回轉(zhuǎn)窯,當(dāng)重油各項(xiàng)指標(biāo)發(fā)生變化時(shí),1,2,3次風(fēng)量大小也要做相應(yīng)的調(diào)整,其比例大小也要在實(shí)際生產(chǎn)中確定。對(duì)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)控制,可以確保煅燒質(zhì)量,同時(shí)也可以提高原料的化學(xué)穩(wěn)定性,降低氧化反應(yīng)能力。煅燒質(zhì)量的衡量指標(biāo)有真密度、電阻率、晶體結(jié)構(gòu)。煅燒溫度提高,真密度提高,電阻率下降。因?yàn)殡S著溫度的提高焦碳的石墨化程度提高。但在實(shí)際生產(chǎn)中,煅燒溫度保持在12501300,焦碳煅燒質(zhì)量足以滿足生產(chǎn)需要。只有通過對(duì)關(guān)鍵參數(shù)的自動(dòng)控制使煅后焦真密度不小于2106g/ cm3,粉末比電阻不大于500m才能保證獲得高質(zhì)量的預(yù)焙陽極。212生陽極制造是提高陽極質(zhì)量的關(guān)鍵國(guó)外鋁工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家認(rèn)為,質(zhì)量一致的陽極

11、才是優(yōu)質(zhì)陽極。陽極質(zhì)量一致是指,單塊陽極質(zhì)量的均一性和所有成品質(zhì)量的均一性。不同質(zhì)量的石油焦,采用不同工藝產(chǎn)出的陽極也能得到比較好的質(zhì)量。生陽極制造工序是產(chǎn)生不均勻性影響因素最多的工序,首先,要制備理想的骨料對(duì)粒度的控制就要十分精確。這樣就要對(duì)中碎、篩分、磨粉等提出嚴(yán)格要求,特別是磨粉工序手動(dòng)控制很難掌握,干擾因素較多,要引入自動(dòng)控制。科學(xué)合理的配方是保證質(zhì)量的先導(dǎo),配料工序的自動(dòng)控制精度是生陽極質(zhì)量的生命,否則,生陽極質(zhì)量的均一性很難保證。另外,適當(dāng)提高混捏溫度能顯著提高混捏效果,有利于瀝青與焦碳的親和,可以減少瀝青配入量,降低陽極氣孔率。但是不能盲目地、無條件地提高,否則會(huì)給涼料工序帶來困

12、難。保證糊料混合的均勻,糊料溫度和振動(dòng)成型溫度的穩(wěn)定也是保證生陽極質(zhì)量均一作業(yè)條件。值得一提的是炭塊配重計(jì)量控制,這是手動(dòng)操作無法完成的作業(yè),它對(duì)生陽極質(zhì)量的均一性影響很大,必須引入自動(dòng)控制。目前,國(guó)內(nèi)碳素成型生產(chǎn)最常見的是采用三工位工藝,從碳?jí)K配重計(jì)量、振動(dòng)成型到炭塊脫模成為3個(gè)獨(dú)立的工位,工藝流程長(zhǎng),每個(gè)工位與下個(gè)工位的銜接控制較為困難,能耗較大。而單工位工藝將3個(gè)獨(dú)立的工位合并成同一工位。合并成同一工位的前提是需要配套綜合測(cè)量和控制系統(tǒng),使每一工序的工作能安全緊湊、及時(shí)地完成。該工藝流程是將混合加熱后的糊料由天車或其它運(yùn)輸設(shè)備放入儲(chǔ)料斗保溫待用。當(dāng)接到配料開始指令后,下料螺旋機(jī)將料放入裝

13、料車;達(dá)到預(yù)定配料重量時(shí)停止下料,小車自動(dòng)運(yùn)行到振動(dòng)模具,推出成型塊,經(jīng)過冷卻后形成產(chǎn)品。單工位成型工藝需要解決2個(gè)技術(shù)關(guān)鍵:保溫糊料的準(zhǔn)確配重計(jì)量和炭塊高度測(cè)量控制。此外,還需檢測(cè)設(shè)備液壓油箱的溫度、油壓;糊料溫度;冷卻水溫度以及料斗位置等參數(shù)。糊料稱重與料車運(yùn)行采用機(jī)電一體化設(shè)計(jì),稱重裝置為軌道衡結(jié)構(gòu),準(zhǔn)確測(cè)量裝料重量。炭塊高度是產(chǎn)品工藝質(zhì)量控制的重要參數(shù),為了確保產(chǎn)品質(zhì)量必須對(duì)高度進(jìn)行控制。在其它工藝條件穩(wěn)定的條件下炭塊高度和糊料配重兩者有如下關(guān)系:W=sH式中W為糊料實(shí)際重量;H為炭塊實(shí)際高度;為炭塊理論密度,是常數(shù);s為模具截面積,如忽略溫度的影響,則可視為常數(shù)。故上式可簡(jiǎn)化為:W=

14、KH式中K=s,為常數(shù)。炭塊高度實(shí)際誤差為92第3期譚斌:提高預(yù)焙陽極質(zhì)量的控制途徑和手段H=W(1/K因此,工藝過程只要能控制好糊料配制重量,即可保證炭塊高度。配料控制系統(tǒng),對(duì)于下道工序是單工位成型工藝,就沒有必要采用電子皮帶秤連續(xù)配料方式,使用料斗秤57臺(tái)即可滿足生產(chǎn)要求,可以節(jié)約大量投資,并且控制精度也可以提高,生陽極質(zhì)量的均一性也有保證。213影響焙燒陽極質(zhì)量的因素影響焙燒陽極質(zhì)量的主要因素是焙燒爐溫度的均一性,合理的升溫曲線和最終溫度。優(yōu)化的焙燒爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、煙道設(shè)計(jì)、性能優(yōu)良的耐火材料以及認(rèn)真地砌筑和先進(jìn)的燃燒裝置,是獲得均勻的焙燒溫度的保證。國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的焙燒爐上下溫差僅有50

15、76;左右,而我國(guó)大多數(shù)廠家焙燒爐上下溫差達(dá)200以上,這樣就需要提高焙燒溫度,以達(dá)到陽極制品在焙燒過程中所需要的溫度,這既浪費(fèi)熱能,又使陽極質(zhì)量不均勻。所以,先進(jìn)的焙燒爐在設(shè)計(jì)、施工、材料采購(gòu)等前期工作要有可靠的保證。在焙燒爐本身的質(zhì)量有保證的前提下,合理的升溫曲線也就成了陽極質(zhì)量的重要保證。升溫曲線斜率過大(即升溫速度過快會(huì)使陽極產(chǎn)生裂紋,增大電阻率,也會(huì)使抗彎強(qiáng)度惡化。焙燒時(shí)產(chǎn)生的裂紋會(huì)使陽極在電解時(shí)發(fā)生開裂,影響生產(chǎn)。最終溫度也是非常重要的,如果焙燒溫度沒有達(dá)到或過高,陽極性能就會(huì)產(chǎn)生偏差,機(jī)械性能變壞,透氣性升高,尤其在陽極焙燒過程中溫度沒有達(dá)到,在電解過程中炭渣脫落將很明顯,從而使

16、電解質(zhì)粘度增大,電解過程的陽極消耗增加。由于焙燒不充分,機(jī)械強(qiáng)度過低,電阻率也較大。據(jù)國(guó)外有關(guān)資料介紹,當(dāng)電阻率在1150,每減少100,電阻率增加5m。焙燒溫度從1150增加到1250時(shí),電阻率變化很小。焙燒溫度對(duì)粘結(jié)劑中那些焦橋鍵性能有影響,焙燒溫度小于1150時(shí)電阻率增大,大于1150時(shí)電阻率影響不大。綜上所述,焙燒爐升溫曲線和最終溫度的自動(dòng)控制非常有必要,是在設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮的。214提高陽極質(zhì)量的其它因素在這里只介紹粘結(jié)劑的質(zhì)量和合理配入量對(duì)提高陽極質(zhì)量的影響。預(yù)焙陽極中的粘結(jié)劑需要量與焦碳粒度組成、焦碳的干骨料的體積密度和真密度、瀝青的喹啉不溶物含量有關(guān)。最佳粘結(jié)劑含量的陽極具有透氣性低,焙燒品密度高,填充料粘結(jié)性低,陽極不變形等特點(diǎn)。優(yōu)質(zhì)瀝青應(yīng)是喹啉不溶物含量適宜,這樣的瀝青浸潤(rùn)性好,結(jié)焦率高。對(duì)于粘結(jié)劑的合理配入量,在糊料配料系統(tǒng)中的瀝