辛志勝 杜國慶 周春剛 孫鑫

　　內(nèi)蒙古霍煤鴻駿鋁電有限責(zé)任公司 內(nèi)蒙古通遼市029200

　　摘要：鋁是地殼中含量最多的金屬元素，在所有化學(xué)元素中位居第三，僅次于氧和硅。由于金屬鋁具有優(yōu)良的物理化學(xué)性能，因而在當(dāng)今社會(huì)中扮演著越來越重要的角色。鋁及鋁合金的使用已滲透到國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的各個(gè)重要領(lǐng)域，而生產(chǎn)炭素材料的工廠，則稱之為炭素廠。炭素生產(chǎn)所需要的材料主要是瀝青焦、石油焦和無煙煤，其生產(chǎn)原理是以電化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)的，陽極位于電解槽內(nèi)，電流則通過陽極而導(dǎo)入。電流的導(dǎo)出，則通過電解槽的陰極而實(shí)現(xiàn)。

　　關(guān)鍵詞：炭素;陽極混捏成型;技術(shù)

　　隨著我國預(yù)焙槽電解鋁廠的不斷增多及設(shè)備性能和鋁生產(chǎn)工藝的不斷提高，對(duì)作為電解槽“心臟”的陽極提出了更高的質(zhì)量要求。在配料混捏及振動(dòng)成型系統(tǒng)中，導(dǎo)熱油供熱的連續(xù)性及穩(wěn)定性直接影響連續(xù)混捏的質(zhì)量、 理化性能及生塊的合格率。 因此，穩(wěn)定的供熱及連續(xù)混捏成型工藝，是解決成型連續(xù)生產(chǎn)的關(guān)鍵因素之一。

　　一、混提成型工藝的特點(diǎn)

　　1、高溫混捏、成型新工藝開發(fā)應(yīng)用。國內(nèi)首家采用了強(qiáng)力高溫混提/強(qiáng)力冷卻技術(shù)，通過摸索合適的工藝參數(shù)進(jìn)一步提高糊料混捏質(zhì)量，確保在高溫混捏、成型條件下制品的理化指標(biāo)、成品率，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，國內(nèi)首家將瀝青配入量降到14%以下，同時(shí)該技術(shù)的運(yùn)用也拓展了對(duì)原料的適應(yīng)性;

　　2、瀝青煙氣干法凈化技術(shù)應(yīng)用。國內(nèi)首家成功采用瀝青煙氣干法凈化技術(shù)，通過摸索合適的工藝控制參數(shù)保證瀝青煙氣處理效果，排放煙氣中的焦油、粉塵含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步改善現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件;

　　3、帶槽陽極生產(chǎn)。采用真空成型技術(shù)，開發(fā)開槽陽極，并在國內(nèi)首家將開槽陽極應(yīng)用到電解生產(chǎn)中。

　　4、新工藝配置技術(shù)。通過一系列設(shè)備優(yōu)化選型設(shè)計(jì)，降低成型高樓部建筑高度，同時(shí)比較明顯的降低了配料集料設(shè)備、廢糊排放設(shè)備的故障率，并改善了環(huán)境。

　　5、全系統(tǒng)負(fù)壓設(shè)計(jì)。由瀝青煙氣干法凈化系統(tǒng)、球磨系統(tǒng)及其它收塵系統(tǒng)的合理配置，真空預(yù)壓成型的采用，為整個(gè)生預(yù)焙陽極制造工序提供了全流程的負(fù)壓系統(tǒng)及高樓部的微負(fù)壓環(huán)境，在改善環(huán)境及工作條件的同時(shí)，更便于糊料混程冷卻及成型工序中瀝青煙氣及水蒸氣從糊料中充分排除，為進(jìn)一步提高生預(yù)焙陽極質(zhì)量提供條件。

　　二、炭素陽極生產(chǎn)工藝分析

　　1、炭素陽極組裝工藝。影響炭素陽極組裝工藝的指標(biāo)有脫極、鐵碳?jí)航�，具體工序?yàn)闈茶T、鐵水熔煉、配料，通過執(zhí)行組裝工藝標(biāo)準(zhǔn)的熔煉溫度標(biāo)準(zhǔn)、熔煉作業(yè)卡、輔料用量標(biāo)準(zhǔn)、配料添加作業(yè)卡，從技術(shù)、管理兩方面保證澆鑄質(zhì)量，最終保證產(chǎn)品質(zhì)量：無脫極、鐵碳?jí)航?lt; 70mV。為確保殘極微量元素含量不超標(biāo)，建立鋼爪打磨作業(yè)卡、殘極表面清理標(biāo)準(zhǔn)，控制粗殘鈉含量≤ 300μg/g，細(xì)殘鈉含量≤ 600μg/g;為確保導(dǎo)桿不彎曲變形、不帶裂紋，建立導(dǎo)桿檢查作業(yè)卡，在澆鑄前下線不合格導(dǎo)桿。在組裝相關(guān)的工藝標(biāo)準(zhǔn)及作業(yè)卡的基礎(chǔ)上，再配以整體的檢驗(yàn)、培訓(xùn)、考核，建成組裝工藝標(biāo)準(zhǔn)化體系。

　　2、成型工藝。正常情況下炭素生陽極體積密度高，焙燒后陽極的體積密度高，陽極密實(shí)度高則抗氧化、抗沖刷、導(dǎo)電率強(qiáng)。在陽極尺寸、重量一定的條件下，生陽極的關(guān)鍵指標(biāo)為體積密度，直接影響陽極后續(xù)指標(biāo)的達(dá)成。糊料成型環(huán)節(jié)重點(diǎn)控制成型溫度在 149±3℃、成型時(shí)間在 60±10s，配套成型溫度測(cè)量作業(yè)卡，確保溫度測(cè)量準(zhǔn)確;糊料冷卻環(huán)節(jié)通過控制噴水量來控制糊料溫度，混捏環(huán)節(jié)通過控制連續(xù)混捏機(jī)下料孔開度控制糊料混捏時(shí)間。干料預(yù)熱溫度控制在 187±3℃;通過研發(fā)，固定幾個(gè)配方應(yīng)對(duì)配料變化，當(dāng)粗中細(xì)三級(jí)物料篩分重量以及物料純度發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)更換配方;該廠采用的是中顆粒料配方，設(shè)置粗顆粒料級(jí)為12-6mm、中顆粒料級(jí)為 6-3mm、細(xì)顆粒料級(jí)為 3-0mm，通過設(shè)置破碎機(jī)轉(zhuǎn)速、對(duì)輥機(jī)開度標(biāo)準(zhǔn)，及建立物料純度測(cè)量作業(yè)卡，控制各個(gè)料級(jí)純度在 80% 以上，確保配方得到真實(shí)執(zhí)行，粗殘也是同樣的道理;粉料設(shè)置分選器開度標(biāo)準(zhǔn)，控制粉料純度> 80%，設(shè)置球磨機(jī)投料量、時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，確保粉料能夠滿足生產(chǎn)需求。

　　三、混捏成型技術(shù)

　　1、高溫混捏技術(shù)。高溫混捏成型新技術(shù)是基于前面談到的原料特性，適應(yīng)中國現(xiàn)有原料狀況，擴(kuò)展混捏成型工序?qū)υ�料的適應(yīng)性進(jìn)行開發(fā)的，新工藝也對(duì)傳統(tǒng)的工藝制度有所突破，作為最關(guān)鍵的工序——混捏，通過對(duì)其混捏時(shí)間和混捏溫度的研究，配套真空成型技術(shù)，開發(fā)出高溫混捏、高溫成型的工藝制度，在生產(chǎn)實(shí)踐中經(jīng)過檢驗(yàn)后獲得成功。炭素行業(yè)內(nèi)已經(jīng)有過大量研究表明，瀝青粘度在 180℃以后即沒有明顯變化，但必須注意的是，影響混捏因素的另一個(gè)關(guān)鍵——瀝青與骨料顆粒表面的潤濕接觸角對(duì)于混捏質(zhì)量的影響，傳統(tǒng)的學(xué)術(shù)觀點(diǎn)認(rèn)為，當(dāng)潤濕接觸角小于 90°后，瀝青對(duì)骨料顆粒表面的浸潤能力較好。如果將混捏溫度提高到 200～205℃，潤濕接觸角降低到 40°以下，改質(zhì)瀝青進(jìn)一步增強(qiáng)了對(duì)骨料顆粒的浸潤性，混捏效果更佳。從某種意義上看，也可以降低瀝青的配入量。高溫混捏的實(shí)現(xiàn)一是采用液體瀝青，二是提高骨料預(yù)熱溫度，并且將生碎直接加入骨料中預(yù)熱，減少混捏過程中的熱損失，三是混捏機(jī)內(nèi)高速摩擦接觸的物料之間的摩擦發(fā)熱也能逐步提高混捏溫度，生產(chǎn)實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)在 4 分鐘～5分鐘內(nèi)將糊料溫度在原有基礎(chǔ)上可提高 10～20℃，這是經(jīng)過生產(chǎn)實(shí)踐證實(shí)的結(jié)論。那么，如果骨料溫度選擇 185℃以上，一段混捏時(shí)間選擇 5 分鐘左右，即可得到混捏機(jī)出口糊料溫度為 200℃左右。高溫混捏后，拓展了對(duì)原料適應(yīng)性，炭素行業(yè)通常要求瀝青軟化點(diǎn)在 100～120℃，這種選擇源于瀝青的粘度、潤濕接觸角兩個(gè)指標(biāo)與溫度的關(guān)系，因此在傳統(tǒng)工藝中就將 180℃定為最佳混捏溫度，而在這樣的溫度條件下，選擇 115～130℃的改質(zhì)瀝青或高溫瀝青就無法保證糊料混捏質(zhì)量，當(dāng)采用高溫混捏技術(shù)后，即便是 133℃軟化點(diǎn)的瀝青，也可以保證潤濕接觸角在 60°以下，同樣滿足混捏的最基本要求，而且，由于可以選擇更高軟化點(diǎn)的瀝青，不僅僅提高了對(duì)原料的適應(yīng)范圍，而且由于改質(zhì)瀝青軟化點(diǎn)與結(jié)焦值兩個(gè)指標(biāo)的同向性，還可以獲得更高的結(jié)焦值。同時(shí)在高溫混捏的條件下，進(jìn)入配料系統(tǒng)的低質(zhì)量粉狀煅后石油焦與瀝青的浸潤能力明顯增強(qiáng)，對(duì)使用目前國內(nèi)的普遍使用的石油焦及石油焦的質(zhì)量波動(dòng)有著很好的彌補(bǔ)作用，降低了生產(chǎn)高質(zhì)量陽極的成本。

　　2、高溫成型新技術(shù)。傳統(tǒng)工藝的成型溫度為 145±5℃，真空成型技術(shù)采用 165±5℃真空成型溫度，在選擇真空成型、預(yù)加壓、氣囊減震等先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)，成功的組合了瀝青煙氣干法凈化技術(shù)，可以根據(jù)工藝需要、制品特點(diǎn)，適應(yīng) 160～175℃的成型溫度范圍，成為真正的高溫成型，而由于很好的解決了瀝青煙氣的排除問題，在高溫成型的條件下，制品沒有裂紋，均一程度好，從理化指標(biāo)來看較優(yōu)，在鋁用陰極和鋁用陽極成型生產(chǎn)中均有大量的運(yùn)用，該設(shè)備具有以下技術(shù)優(yōu)勢(shì)或特點(diǎn)：(1)真空成型技術(shù)：可以在 20mbar 條件下進(jìn)行炭塊成型;(2)氣囊減震：相對(duì)于傳統(tǒng)的橡膠塊減震，該技術(shù)降低噪音，而且可以改善陽極垂直面上的質(zhì)量均一程度;(3)預(yù)加壓重錘：通過施加于重錘頂部的大約 0.5Mpa 的壓力，實(shí)現(xiàn)重錘與振動(dòng)臺(tái)的反向同步運(yùn)動(dòng)，增加陽極體積密度;傳統(tǒng)工藝的成型溫度為 145±5℃，德國 KHD 真空成型技術(shù)采用 160±5℃真空成型溫度，該公司由于在選擇真空成型、預(yù)加壓、氣囊減震、雙滑臺(tái)等先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)成功的組合了瀝青煙氣干法凈化技術(shù)，可以根據(jù)工藝需要、制品特點(diǎn)，適應(yīng) 155～175℃的成型溫度范圍，成為真正的高溫成型，而由于很好的解決了瀝青煙氣的排除問題，在高溫成型的條件下，制品沒有裂紋，均一程度好，從理化指標(biāo)來看較優(yōu)。

　　綜上所述，目前我國部分炭素廠對(duì)生產(chǎn)工藝標(biāo)準(zhǔn)化意識(shí)不足，無統(tǒng)一、固定標(biāo)準(zhǔn)，未能及時(shí)總結(jié)經(jīng)驗(yàn),修訂標(biāo)準(zhǔn)或固化到作業(yè)卡中，從而影響整個(gè)炭素陽極行業(yè)發(fā)展。因此炭素陽極生產(chǎn)過程中，為了保證陽極質(zhì)量穩(wěn)定，必須采取標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)從而減小各項(xiàng)指標(biāo)的波動(dòng)。

　　參考文獻(xiàn)：

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