提高预焙阳极质量的控制途径和手段-

1、提高预焙阳极质量的控制途径和手段谭斌(贵阳铝镁设计研究院,贵州贵阳550004摘要:指出要提高预焙阳极的质量,首先要保证原料的质量,提高煅烧质量和糊料配料质量以及配入最佳的优质粘结剂。在焙烧工序中,焙烧炉的设计和焙烧的合理升温曲线及温度,能实现自动控制的先进的燃烧装置,是生产高质量阳极的有效保证。关键词:预焙阳极;质量;控制途径中图分类号:O646151文献标识码:B文章编号: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阳极质量对铝电解生产的影响在铝电解过程中阳极的质量不好,如密度小、孔隙度大、机械强度低等,会造成阳极在铝电解过程中过量消耗、阳极空气氧化率、铝电解副反应和粉尘率增大;还会使阳极导电面积减少、阳极电流密度增大、阳极发热量增加,电解质导电率下降、阳极和电解质压降增加,电耗增加。电解质压降增加的原因是阳极粉尘(或碳渣进入电解质中,炭粒变成有极性的物质,使电解质粘度增加,导致电解质导电率下降。另一方面,由于阳极和电解质发热,铝电解温度升高,副反应加速,这些均导致电流效率降低和电耗增加。提高阳极质量,降低阳极消耗,提高电流效率和降低电耗,会提

5、高铝厂的经济第31卷第3期有色金属设计V ol.31N o.32004NONFERROUSMET A LSDESIG N2004收稿日期:2004-06-12作者简介:谭斌(1966-,男,湖南人,工程师,主要从事电气设计方面的工作.效益。目前,国内铝电解生产的主要技术经济指标与世界先进水平相比,还有一定的差距,其原因之一就是阳极质量有差距,它影响了铝电解技术水平的提高。2提高阳极质量的途径和手段211提高煅烧质量是提高阳极质量的首要条件煅烧石油焦的目的是,排除原料中的水分和挥发分,提高原料的密度和强度,增大原料的导电性能和化学稳定性。排除原料中的水分和挥发分,是提高原料理化性能的前提,在经过

6、12501300煅烧后的原料,其挥发分含量降低到015%以下。在高温煅烧时各种不同分子结构的炭氢化合物发生复杂分解与缩聚反应,分子结构不断变化,焦炭体积不断收缩。体积收缩的结果增大了原料的密度及机械强度。在原料煅烧阶段,要使原料煅烧后达到质量要求,就必须保证有足够长的煅烧带、稳定的煅烧带温度和恒定的下料量。煅烧带温度(12501300和恒定的下料量的控制,是该阶段工艺上必须解决的2个技术关键。影响煅烧带温度的主要原因是燃料、空气量和负压。这2个技术关键在原料煅烧过程中是有着密切的关系,下料量不稳定会造成煅烧带温度的急剧变化,产品质量就无法保证。因此在原料煅烧阶段,煅烧带温度和下料量一定要实现自

7、动控制,特别是下料量。21111石油焦下料量的自动控制下料量的自动控制是一个定量控制系统,利用电子皮带秤通过变频器改变皮带秤电机转速达到恒定石油焦的下料量。操作人员通过设定计算值或希望值,系统就能按计算值或希望值的大小自动控制石油焦下料量,这是手动控制很难做到的。21112煅烧带温度的自动控制煅烧带温度受燃料、空气量和负压等因素的影响。要实现自动控制就必须对上述扰动量进行综合分析,找出它们之间的关系,组成控制系统。(1空气量的影响及控制空气量主要有:1,2,3次风量;大窑的泄漏进风量。空气量适当,才能保证燃料的充分燃烧,也才能保证有足够高的燃烧温度。如果空气量不足,燃料燃烧不完全,窑内温度低,

8、剩余的燃料进入燃烧室或烟道继续燃烧,将会烧毁设备;如果空气量多,空气会把窑内的热量带走,煅烧带温度也低,影响产品质量。一次风和窑头加热燃料形成一定的比例关系,以保证加热燃料燃烧时合适的空气量,这样既可以节约燃料也可以防止大气污染。二次风送入大窑在窑内和石油焦的挥发份充分燃烧发热,作为回转窑的重要热源来使用。由此可见,1,2,3次风是煅烧生产的主要参数,和煅烧带温度有着十分密切的关系,必须加以控制。通过测量大窑烟气中氧气的含量,我们就可以知道窑内空气量是否过剩或短缺,控制系统根据煅烧带温度的大小、烟气中氧气的含量把温度控制在1250 1300,控制系统的可靠性和准确性,此时就取决于煅烧带温度的测

9、量和系统的软件策略水平。(2窑内负压的影响及控制负压使得挥发份和空气在流动中充分混合,稳定燃烧。如果大窑内的负压过小,烟气抽不出来,回转窑四处冒烟,污染工作环境,影响大气质量。同时,也会造成空气量过小,使燃料燃烧不完全致使煅烧带温度降低。如果负压过大,大窑内的空气流量大,将会出现空气过剩,热量损失大。同时,冷空气过多进入窑内,易于损坏窑体。所以,窑内负压的大小也必须引入控制系统加以控制,使其在规定的范围内波动。82有色金属设计第31卷(3煅烧原料的影响及对策使用石油焦为原料的回转窑,当石油焦原料各项指标发生变化时,1,2,3次风量大小也要做相应的调整,其比例大小要在实际生产中确定。使用重油为燃

10、料的回转窑,当重油各项指标发生变化时,1,2,3次风量大小也要做相应的调整,其比例大小也要在实际生产中确定。对关键参数进行自动控制,可以确保煅烧质量,同时也可以提高原料的化学稳定性,降低氧化反应能力。煅烧质量的衡量指标有真密度、电阻率、晶体结构。煅烧温度提高,真密度提高,电阻率下降。因为随着温度的提高焦碳的石墨化程度提高。但在实际生产中,煅烧温度保持在12501300,焦碳煅烧质量足以满足生产需要。只有通过对关键参数的自动控制使煅后焦真密度不小于2106g/ cm3,粉末比电阻不大于500m才能保证获得高质量的预焙阳极。212生阳极制造是提高阳极质量的关键国外铝工业发达国家认为,质量一致的阳极

11、才是优质阳极。阳极质量一致是指,单块阳极质量的均一性和所有成品质量的均一性。不同质量的石油焦,采用不同工艺产出的阳极也能得到比较好的质量。生阳极制造工序是产生不均匀性影响因素最多的工序,首先,要制备理想的骨料对粒度的控制就要十分精确。这样就要对中碎、筛分、磨粉等提出严格要求,特别是磨粉工序手动控制很难掌握,干扰因素较多,要引入自动控制。科学合理的配方是保证质量的先导,配料工序的自动控制精度是生阳极质量的生命,否则,生阳极质量的均一性很难保证。另外,适当提高混捏温度能显著提高混捏效果,有利于沥青与焦碳的亲和,可以减少沥青配入量,降低阳极气孔率。但是不能盲目地、无条件地提高,否则会给凉料工序带来困

12、难。保证糊料混合的均匀,糊料温度和振动成型温度的稳定也是保证生阳极质量均一作业条件。值得一提的是炭块配重计量控制,这是手动操作无法完成的作业,它对生阳极质量的均一性影响很大,必须引入自动控制。目前,国内碳素成型生产最常见的是采用三工位工艺,从碳块配重计量、振动成型到炭块脱模成为3个独立的工位,工艺流程长,每个工位与下个工位的衔接控制较为困难,能耗较大。而单工位工艺将3个独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综合测量和控制系统,使每一工序的工作能安全紧凑、及时地完成。该工艺流程是将混合加热后的糊料由天车或其它运输设备放入储料斗保温待用。当接到配料开始指令后,下料螺旋机将料放入装

13、料车;达到预定配料重量时停止下料,小车自动运行到振动模具,推出成型块,经过冷却后形成产品。单工位成型工艺需要解决2个技术关键:保温糊料的准确配重计量和炭块高度测量控制。此外,还需检测设备液压油箱的温度、油压;糊料温度;冷却水温度以及料斗位置等参数。糊料称重与料车运行采用机电一体化设计,称重装置为轨道衡结构,准确测量装料重量。炭块高度是产品工艺质量控制的重要参数,为了确保产品质量必须对高度进行控制。在其它工艺条件稳定的条件下炭块高度和糊料配重两者有如下关系:W=sH式中W为糊料实际重量;H为炭块实际高度;为炭块理论密度,是常数;s为模具截面积,如忽略温度的影响,则可视为常数。故上式可简化为:W=

14、KH式中K=s,为常数。炭块高度实际误差为92第3期谭斌:提高预焙阳极质量的控制途径和手段H=W(1/K因此,工艺过程只要能控制好糊料配制重量,即可保证炭块高度。配料控制系统,对于下道工序是单工位成型工艺,就没有必要采用电子皮带秤连续配料方式,使用料斗秤57台即可满足生产要求,可以节约大量投资,并且控制精度也可以提高,生阳极质量的均一性也有保证。213影响焙烧阳极质量的因素影响焙烧阳极质量的主要因素是焙烧炉温度的均一性,合理的升温曲线和最终温度。优化的焙烧炉结构设计、烟道设计、性能优良的耐火材料以及认真地砌筑和先进的燃烧装置,是获得均匀的焙烧温度的保证。国内外先进的焙烧炉上下温差仅有50

15、76;左右,而我国大多数厂家焙烧炉上下温差达200以上,这样就需要提高焙烧温度,以达到阳极制品在焙烧过程中所需要的温度,这既浪费热能,又使阳极质量不均匀。所以,先进的焙烧炉在设计、施工、材料采购等前期工作要有可靠的保证。在焙烧炉本身的质量有保证的前提下,合理的升温曲线也就成了阳极质量的重要保证。升温曲线斜率过大(即升温速度过快会使阳极产生裂纹,增大电阻率,也会使抗弯强度恶化。焙烧时产生的裂纹会使阳极在电解时发生开裂,影响生产。最终温度也是非常重要的,如果焙烧温度没有达到或过高,阳极性能就会产生偏差,机械性能变坏,透气性升高,尤其在阳极焙烧过程中温度没有达到,在电解过程中炭渣脱落将很明显,从而使

16、电解质粘度增大,电解过程的阳极消耗增加。由于焙烧不充分,机械强度过低,电阻率也较大。据国外有关资料介绍,当电阻率在1150,每减少100,电阻率增加5m。焙烧温度从1150增加到1250时,电阻率变化很小。焙烧温度对粘结剂中那些焦桥键性能有影响,焙烧温度小于1150时电阻率增大,大于1150时电阻率影响不大。综上所述,焙烧炉升温曲线和最终温度的自动控制非常有必要,是在设计时必须考虑的。214提高阳极质量的其它因素在这里只介绍粘结剂的质量和合理配入量对提高阳极质量的影响。预焙阳极中的粘结剂需要量与焦碳粒度组成、焦碳的干骨料的体积密度和真密度、沥青的喹啉不溶物含量有关。最佳粘结剂含量的阳极具有透气性低,焙烧品密度高,填充料粘结性低,阳极不变形等特点。优质沥青应是喹啉不溶物含量适宜,这样的沥青浸润性好,结焦率高。对于粘结剂的合理配入量,在糊料配料系统中的沥