浅析预焙阳极配料控制
浅析预焙阳极配料控制
浅析预焙阳极配料控制
张忠国* q! S M: A+ U
(中国铝业青海分公司炭素厂，青海大通810108)- q, e0 w: r" G# _
摘要：本文分析了粉料纯度及配料控制对碳阳极生产和碳阳极成品率的影响，结合我公司炭素厂二成型生阳极生产车间的生产状况，从预焙阳极配料控制方面，论述如何提高碳阳极成品率，如何保持生阳极生产工艺稳定。
关键词：生阳极成品率粉料配料控制
The analysis about compositions control of pre-bake anode
Zhang Zhong-guo
(Qinghai branch of Chalco ,Datong, Qinghai 810108 )
Abstract: The paper analyses the influence of fine purity and the control of coke particle compositions to the yield rate of production and quality of anode carbon block based on the second phase carbon compaction plant in Qinghai branch of Chalco ,and so on ,put forward how to improve quality of carbon block and how to stabilize production process.9 ]3 h: g" J8 i keyword: green pre-bake anode; yield rate of production; compositions control4 ^: H+ |- Q$ r8 ~5 [5 A1 E
前言：生阳极制造工序是预焙阳极生产的关键工序，若该工序出了问题，则下工序采取的任何措施都无可挽回，而且本工序包括的工艺过程又最多，影响生阳极质量的因素也最多，诸如煅后焦的破碎及磨粉方式、筛粉纯度、干料粒级组成、配料方法、粘结剂量、混捏及成型工艺条件等参数波动大，常导致糊料塑性忽高忽低，致使阳极成型时是难以正确把握，导致后续工序中出现大量的裂纹废品。可以认为，在既定的阳极焙烧工艺情况下产生焙烧废品的原因与生阳极制造工序关系很大。本文从配料方面分析，就如何加强配料控制，提高制品成品率和保持生产稳定性进行探讨。
1．原料状况及生产现状, o# }, v |: U9 C: w
1.1 石油焦粒度波动大
随着国内外市场对铝的需求量不断的增大，从而为铝工业的发展提供了良好的发展空间，于是国内各地出现了“铝扩建热”，同时“炭素改扩建热” 伴随出现，这就造成了市场上能源、资源紧缺，作为大石油焦大用户之一的碳阳极生产厂家多以能购到石油焦和沥青而感到幸运，对良莠不起的石油焦原料指标感到无奈。
其中石油焦粉焦量大，粒度频繁波动对碳阳极生产的有着很极为重要的影响，尤其在生阳极生产过程中表现尤为明显。一方面，影响生产中的料平衡，常使粉料仓料位处于满溢状态，粗粒料位较低；另一方面，石油焦粉焦量大且粒度波动大，使破碎筛分后各粒级骨料分布不稳定，且纯度常常不符合生产要求，使得配料工作十分被动。/ v! a: w* ^( e
1.2生产现状# l: y. t# c0 e" y/ N7 l
1.2.1产品成品率低
生阳极成品率是炭素厂内部的一项重要经济技术指标，同时也是衡量成型工序工作质量的统
计项目之一。炭阳极成品率一方面反映在生阳极生产线上，生阳极块出现麻面、裂纹、变形等缺陷造成废品；另一个方面，在生阳极上未能检测出的内部缺陷经过高温焙烧的一系列物理化学变化之后，暴露出来，影响了成品率，往往后者要比前者造成的后果更为严重。我们对2005年7月同一时期、装备水平、工艺条件几乎相同的一、二成型车间生块在同一焙烧曲线下的制品成品率进行了统计。
表1.一、二期成品合格率比较
Tab1.The comparison between phase one and phase two about yield rate
单位一成型二成型& z4 f L" C C3 G# ^
焙烧块成品率/% 96.2 85.7
二成型车间生块因焙烧后制品废块较多，所以成品率较低。废块缺陷类型中以裂纹居多，约占了全部废品类型的85％以上。同时在生阳极生产线上，还发现部分生阳极块表面出现裂纹。: D3 ]# C- g: A6 p) k; p
1.2.2生产不稳定
（1）我公司生阳极生产采用三粒级配方，干料为15～5mm，5～0.5mm，粉料三个粒级，配比分别为18±3％，40±3％，4±32％。配料过程采取集中配料的方式，电子秤计量后的各粒级料通过螺旋混合后，又经过连续混捏，最后振动成型，多项设备集中控制，实现自动化生产。工艺流程见下图：, Z- l7 o1 U; W3 ^4 b- W
% I- W& |- p; Y& L6 P
- n% a* v) x* g2 q; V0 x, }% Z* P
2 ^
3 R$ f9 s3 c. ^+ ?& t
1－粗、中、粉料仓2－皮带电子秤 3－混合螺旋4－干料预热机
5－液态沥青罐 6－连续混捏机 7－振动成型机
图1.生阳极生产工艺简图0 a( N- r. o" o& S5 L% h4 n
Fig.1Production process of carbon green anode
粗、中、粉料仓下的电子秤是相互独立的，各自按照终端控制面板所输入工作配方计量，皮带电子秤有自调功能，如果生产过程中，缺料或超料（偏离设定值）过多，发出报警信号，引起整个生产系统停车。' y' z8 C" f4 g) ~9 V( @
我公司二成型车间长期存在这一问题，粉料计量用皮带电子秤，经常由于粉料超重报警，引起整个配料系统停车。据调查该报警现象基本每班（8小时）平均达3次，最大值达到13次。每次停车前后，由于糊料状态不稳定和成型模具温度较低等原因，从而产生大量的废糊、废块，每次废品量总重在7吨以上。
（2）糊料不稳定 2 `9 E5 \6 S' R9 I' p& K4 ]6 o
从混捏机与成型机间的给料机上糊料来看，呈灰白色，糊料塑性很不稳定，沥青表现为忽大忽小，糊料呈块状、团状进入糊料称量料斗。这与振动成型工艺要求的糊料呈散粒状不相符。2．原应分析. ` R' k2 m0 R w4 e1 I& P
2.1造成产品裂纹的原应分析
造成裂纹的因素很多，石油焦、沥青、煅烧及煅烧储运、配方、混捏、成型、焙烧等都会引起阳极裂纹的产生。但是从1.2.1的分析来看，作者认为问题关键是在生制品生产中的配料过程中。同时参考有关文献，产生裂纹的大多数原因跟制品中粉料加入量和粉料纯度波动变化大有关。; i' e/ ]+ ~0 q( n5 p& i
一方面，粉料在阳极碳块中起到粘结和填充骨料的作用，有利于提高碳阳极的体积密度和抗压强度。如果粉料加入量过多，会在阳极块内部产生强大的内应力，在成型过程中因为受到强大的作用力，紧接着经过急剧水冷却，裂纹在生快上表现的并不明显，但经过焙烧升温、降温发生一系列物理化学变化后，内应力得以释放，那些结合不紧密的、弱小的、松裂的部位显现或扩张，促使碳块产生裂纹。
另一方面，沥青与不同粒经的焦粒混捏中，粉料对糊料中沥青的影响较其它骨料要大得多，同质量的骨料与粉料在沥青量不变的情况下，粉料吸附的沥青量远远大于骨料吸附的沥青量，粉料波动范围大，常引起混捏后的整个糊料中的沥青忽大忽小，以致于成型后的阳极碳块发白（沥青不足）或发黑（沥青过量），这两种情况都会导致碳阳极块出现裂纹，前者因为沥青与内部骨料粘结作用力较弱而产生裂纹，后者在碳阳极块经过急冷水冷却后显现出来。所以要严格控制粉料的加入量。2 X4 e9 K2 p2 V U6 ~# T% ?# @
2.2生产不稳定原应分析
生产过程中，炭素颗粒从储存料斗内，根据程序由电子秤上气动阀自动控制调节料量，粉料较其它骨料有较好的流动性，较容易涌入电子秤，另外，颗粒越细，其比重越大，测得该车间骨料比重0.762～0.861g.m3 ，粉料比重大于1.245g.m3 ，在气动阀调整过程中，粉料波动过大，如果粉料过细时，进入电子秤上的粉料实际重量瞬间远超过电子秤上的设定值，使秤架受力失去平衡，传感器受到秤体的压力，最终输出报警信号，引起整个配料系统停车，使生产中断。5 J& }! l9 J, Q% q
2.3造成粉料纯度波动及加入量不合理的原因8 c2 R& s; v& r4 a* q. [
通过以上分析可知，导致制品裂纹率高、配料生产不稳定的原应都是由于粉料波动过大和粉料加入量不当引起的。主要有以下几方面的原因：6 U( |" }3 N+ p+ r) j) w% e. c3 l
（1）进厂原料石油焦粉焦量本身波动大，对于各类粉碎设备，尤其是连续生产过程中，各设备的技术参数一般不随意的去调整。产品粒度随进入进料口的原料的粒度变化而波动，对于磨粉用的球磨机，虽然可以根据筛分结果通过调整风压的方式来调整球磨粉纯度，但是对整个生产来说很有限。
（2）设计初，该车间收尘系统中设有反吹风装置，通过自动控制实现连续排料，收尘粉与球磨粉同时进入粉料仓，粉料较均匀，但生产中，由于技术条件跟不上，反吹风装置已不能正常运行，所以各除尘器靠人工隔一段时间排一次料，收尘粉排放集中、量大，一班（8小
时）为1—2次。对收尘粉纯度进行测定的结果为90％以上，与球磨粉纯度48％相差过大，收尘粉集中排放引起粉料波动及为严重。
（3）配料过程中对粉料控制不得当，焦粒中碎过程中将粗粒、中粒分级后的细焦全部用来磨粉，并对粗、中料和粉料都有明确的纯度要求，然而在实际的配料过程中，中粒料纯度时常达不到要求，粉料频繁波动，常表现为偏细，工作人员还勉强按照按照工作配方来配料，粉料42±3％。* m6 k A0 \; w2 E1 b8 L( d9 `" D
3．解决方案
3.1首先要保证粉料纯度稳定。
一方面对于原料粒度波动引起的粉料波动状况，只能是在生产中，要求球磨工勤检查（筛分析），勤调整（风压），使球磨粉纯度在较小范围内波动。另一方面，对于收尘粉排放过于集中，可以增加收尘粉的排放次数，在保证生产能够持续情况下（因为排排放尘粉时，中碎系统要停料）可适当增加排料次数，每班3次或4次，使每次排放的收尘粉量相对较少，对整个粉料的影响不会太大。5 A) X, _& Y" |2 [3 W7 ?1 j: Q8 `6 v( y
3.2合理控制粉料的加入量8 b9 v1 b6 R' |+ O) B/ V
粉料对碳阳极和阳极糊料的影响远大于其它骨料。大多数阳极生产厂家都特别关注粉料的细度及粒度分布情况，在实际生产当中，各厂家广泛是用筛分法来分析粉料纯度（200目筛下料所占质量比），所以在配料时，应对配方中74μm以下粉料量要加以关注。下表中最大值为25%，最小值为13%。通过实践，该车间74μm以下粉料的配入量在20%以内比较适合生产，粗粒和中粒量可根据其粗细程度灵活调整。
表2.碳阳极中74μm以下粉料量) j# H7 m7 M6 Z- i- H" F- r' R
Tab2.The content of below 74μm fine in carbon anode 7 `. n- _' X. T
厂家桥铝云铝贵铝广西
铝ALCASA ALBA ALVAN 平均8 {$ \+ J. b1 m2 B
200目以下
／％22.5 19 18 25.5 21 13 25 20.6
配料时操作过程如下：若粉料纯度为56％；粉料加入量应为：20％÷56％×100％≈36％；假如粗粒为20％；则中粒料为：1－20％－36％＝44％所以输入端的干料配方为：20％：44.5％：35.5。9 @ ^9 |& m+ `$ ^6 o/ s; M7 O4 F2 ?& J
通过控制粉料纯度和加入量，该车间生产平稳，粉料电子秤报警次数大幅度下降，每班最多1次，糊料混涅均匀，色泽鲜亮，呈散粒状进入阳极成型工序。该车间碳阳极块焙烧合格率有了明显的提高，达到96％以上。& U/ n8 Y, W" a, W9 g, m3 ?+ B
4.结语 2 x B+ K0 k3 j& `8 a' {; q8 w; {
（1）稳定粉料纯度对于碳阳极生产和碳阳极质量极为重要，一方面要对球磨粉的监测、调整跟得上；一方面，只是增加收尘粉排料次数的做法较有限，要对除尘器要进行更新或改造，以保证收尘粉与球磨粉同时进入粉料仓，更好的保持粉料纯度的稳定。, `2 o1 p2 N8 f4 `3 V/ G
（2）碳阳极生产过程中，粉料加入量对产品的成品率和生产稳定性有较大的影响，本文提
到的20％以内只是针对我公司二成型车间而言，其它厂家可根据其实际生产状况制定粉料加入量，灵活使用配方。
参考文献：［1］王平甫宫振等.铝电解碳阳极生产与应用.冶金工业出版社.2005.6% M" [, r- W1 n. O! M0 n9 \［2］童方森等.碳素材料生产问答.冶金工业出版社.2003.3- Y& p+ m4 f- _) ]; ]+ d
［3］陶珍东郑少华等. 粉体工程与设备.2003.8
［4］洪建中.如何提高预焙铝电解槽阳极质量.炭素技术.1997.3.15～21.