提高預焙陽極質(zhì)量的控制途徑和手段-

1、提高預焙陽極質(zhì)量的控制途徑和手段譚斌(貴陽鋁鎂設計研究院,貴州貴陽550004摘要:指出要提高預焙陽極的質(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)粘結劑。在焙燒工序中,焙燒爐的設計和焙燒的合理升溫曲線及溫度,能實現(xiàn)自動控制的先進的燃燒裝置,是生產(chǎn)高質(zhì)量陽極的有效保證。關鍵詞:預焙陽極;質(zhì)量;控制途徑中圖分類號:O646151文獻標識碼:B文章編號: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、機械強度低等,會造成陽極在鋁電解過程中過量消耗、陽極空氣氧化率、鋁電解副反應和粉塵率增大;還會使陽極導電面積減少、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,導致電解質(zhì)導電率下降。另一方面,由于陽極和電解質(zhì)發(fā)熱,鋁電解溫度升高,副反應加速,這些均導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,會提

5、高鋁廠的經(jīng)濟第31卷第3期有色金屬設計V ol.31N o.32004NONFERROUSMET A LSDESIG N2004收稿日期:2004-06-12作者簡介:譚斌(1966-,男,湖南人,工程師,主要從事電氣設計方面的工作.效益。目前,國內(nèi)鋁電解生產(chǎn)的主要技術經(jīng)濟指標與世界先進水平相比,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度,增大原料的導電性能和化學穩(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。在高溫煅燒時各種不同分子結構的炭氫化合物發(fā)生復雜分解與縮聚反應,分子結構不斷變化,焦炭體積不斷收縮。體積收縮的結果增大了原料的密度及機械強度。在原料煅燒階段,要使原料煅燒后達到質(zhì)量要求,就必須保證有足夠長的煅燒帶、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個技術關鍵。影響煅燒帶溫度的主要原因是燃料、空氣量和負壓。這2個技術關鍵在原料煅燒過程中是有著密切的關系,下料量不穩(wěn)定會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現(xiàn)自

7、動控制,特別是下料量。21111石油焦下料量的自動控制下料量的自動控制是一個定量控制系統(tǒng),利用電子皮帶秤通過變頻器改變皮帶秤電機轉速達到恒定石油焦的下料量。操作人員通過設定計算值或希望值,系統(tǒng)就能按計算值或希望值的大小自動控制石油焦下料量,這是手動控制很難做到的。21112煅燒帶溫度的自動控制煅燒帶溫度受燃料、空氣量和負壓等因素的影響。要實現(xiàn)自動控制就必須對上述擾動量進行綜合分析,找出它們之間的關系,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次風量;大窯的泄漏進風量?？諝饬窟m當,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、剩余的燃料進入燃燒室或煙道繼續(xù)燃燒,將會燒毀設備;如果空氣量多,空氣會把窯內(nèi)的熱量帶走,煅燒帶溫度也低,影響產(chǎn)品質(zhì)量。一次風和窯頭加熱燃料形成一定的比例關系,以保證加熱燃料燃燒時合適的空氣量,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,作為回轉窯的重要熱源來使用。由此可見,1,2,3次風是煅燒生產(chǎn)的主要參數(shù),和煅燒帶溫度有著十分密切的關系,必須加以控制。通過測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)的可靠性和準確性,此時就取決于煅燒帶溫度的測

9、量和系統(tǒng)的軟件策略水平。(2窯內(nèi)負壓的影響及控制負壓使得揮發(fā)份和空氣在流動中充分混合,穩(wěn)定燃燒。如果大窯內(nèi)的負壓過小,煙氣抽不出來,回轉窯四處冒煙,污染工作環(huán)境,影響大氣質(zhì)量。同時,也會造成空氣量過小,使燃料燃燒不完全致使煅燒帶溫度降低。如果負壓過大,大窯內(nèi)的空氣流量大,將會出現(xiàn)空氣過剩,熱量損失大。同時,冷空氣過多進入窯內(nèi),易于損壞窯體。所以,窯內(nèi)負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。82有色金屬設計第31卷(3煅燒原料的影響及對策使用石油焦為原料的回轉窯,當石油焦原料各項指標發(fā)生變化時,1,2,3次風量大小也要做相應的調(diào)整,其比例大小要在實際生產(chǎn)中確定。使用重油為燃

10、料的回轉窯,當重油各項指標發(fā)生變化時,1,2,3次風量大小也要做相應的調(diào)整,其比例大小也要在實際生產(chǎn)中確定。對關鍵參數(shù)進行自動控制,可以確保煅燒質(zhì)量,同時也可以提高原料的化學穩(wěn)定性,降低氧化反應能力。煅燒質(zhì)量的衡量指標有真密度、電阻率、晶體結構。煅燒溫度提高,真密度提高,電阻率下降。因為隨著溫度的提高焦碳的石墨化程度提高。但在實際生產(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。只有通過對關鍵參數(shù)的自動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)量的預焙陽極。212生陽極制造是提高陽極質(zhì)量的關鍵國外鋁工業(yè)發(fā)達國家認為,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粒度的控制就要十分精確。這樣就要對中碎、篩分、磨粉等提出嚴格要求,特別是磨粉工序手動控制很難掌握,干擾因素較多,要引入自動控制。科學合理的配方是保證質(zhì)量的先導,配料工序的自動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量控制,這是手動操作無法完成的作業(yè),它對生陽極質(zhì)量的均一性影響很大,必須引入自動控制。目前,國內(nèi)碳素成型生產(chǎn)最常見的是采用三工位工藝,從碳塊配重計量、振動成型到炭塊脫模成為3個獨立的工位,工藝流程長,每個工位與下個工位的銜接控制較為困難,能耗較大。而單工位工藝將3個獨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量和控制系統(tǒng),使每一工序的工作能安全緊湊、及時地完成。該工藝流程是將混合加熱后的糊料由天車或其它運輸設備放入儲料斗保溫待用。當接到配料開始指令后,下料螺旋機將料放入裝

13、料車;達到預定配料重量時停止下料,小車自動運行到振動模具,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個技術關鍵:保溫糊料的準確配重計量和炭塊高度測量控制。此外,還需檢測設備液壓油箱的溫度、油壓;糊料溫度;冷卻水溫度以及料斗位置等參數(shù)。糊料稱重與料車運行采用機電一體化設計,稱重裝置為軌道衡結構,準確測量裝料重量。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)量必須對高度進行控制。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系:W=sH式中W為糊料實際重量;H為炭塊實際高度;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)。故上式可簡化為:W=

14、KH式中K=s,為常數(shù)。炭塊高度實際誤差為92第3期譚斌:提高預焙陽極質(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)化的焙燒爐結構設計、煙道設計、性能優(yōu)良的耐火材料以及認真地砌筑和先進的燃燒裝置,是獲得均勻的焙燒溫度的保證。國內(nèi)外先進的焙燒爐上下溫差僅有50

15、76;左右,而我國大多數(shù)廠家焙燒爐上下溫差達200以上,這樣就需要提高焙燒溫度,以達到陽極制品在焙燒過程中所需要的溫度,這既浪費熱能,又使陽極質(zhì)量不均勻。所以,先進的焙燒爐在設計、施工、材料采購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(即升溫速度過快會使陽極產(chǎn)生裂紋,增大電阻率,也會使抗彎強度惡化。焙燒時產(chǎn)生的裂紋會使陽極在電解時發(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到或過高,陽極性能就會產(chǎn)生偏差,機械性能變壞,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,機械強度過低,電阻率也較大。據(jù)國外有關資料介紹,當電阻率在1150,每減少100,電阻率增加5m。焙燒溫度從1150增加到1250時,電阻率變化很小。焙燒溫度對粘結劑中那些焦橋鍵性能有影響,焙燒溫度小于1150時電阻率增大,大于1150時電阻率影響不大。綜上所述,焙燒爐升溫曲線和最終溫度的自動控制非常有必要,是在設計時必須考慮的。214提高陽極質(zhì)量的其它因素在這里只介紹粘結劑的質(zhì)量和合理配入量對提高陽極質(zhì)量的影響。預焙陽極中的粘結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。最佳粘結劑含量的陽極具有透氣性低,焙燒品密度高,填充料粘結性低,陽極不變形等特點。優(yōu)質(zhì)瀝青應是喹啉不溶物含量適宜,這樣的瀝青浸潤性好,結焦率高。對于粘結劑的合理配入量,在糊料配料系統(tǒng)中的瀝