优质铝用预焙阳极炭块制造技术的研究与开发.ppt

1、优质铝用预焙阳极炭块制造技术的研究与开发，包头铝业有限公司2009年4月作者：刘伟关斌，1概括，本项目工程由公司提出：“两年内，产品理化指标达到质量突破，产品品质达到国内掌门人水平，理化指标与国际接轨， 为圆满完成出口任务，2006年优质铝用预焙阳极炭块制备技术的研究与开发项目工程重点研究开发了原料选择和石油焦原料技术的石油焦烧成温度和时间球磨齿机结构控制及配方的优化混炼温度、沥青胶使用温度、模塑温度等温度制度的优化烧成曲线，焦炉作业技术的优化磁选机上线了实现预焙阳极炭块理化指标与国际接轨，理化指标和使用性能达到国际领先水平，完成出口露西亚、荷兰预焙阳极炭块生产任务，占领国际预焙阳极炭块市场，

2、为公司建立新的经济增长点。 通过推广应用优质铝用预焙阳极炭块制备技术，为降低电解能源节约、生产高档铝以及400kA大型电解池的安全稳定启动奠定了坚实的基础。 为了按计划推进“优质铝用预焙阳极炭块制造技术研究与开发项目工程”，取得成果，包头铝业有限公司产品研发技术检验中心组建了项目工程组织和管理制度，把项目工程研制分成两个工作团队。 碳一公司负责研发项目工程技术方案的制定和组织实施。 碳一公司由经管人亲自领导，按照生产工艺线组织技术人员形成研发工作团队，建立组织制度和激励制度，进行任务分工。 建立质量跟踪制度，完善产品标识牌，研发期间各预焙阳极炭块从原料到生块，建立熟块文件，便于质量分析。 定期

3、组织讨论分析会，各负责人汇报研发成果和问题，制定解决问题的措施。 产品研发技术检验中心负责技术方案的研发方向和目标，监督检验方案的实施情况，负责云同步原料、半成品、成品的检验分析，评价研发效果，及时向一家碳公司进行种子文件反馈。 根据研发进度制定检验分析制度和评价方法，进口原料分析必须在入库前完成，半成品、成品检验应在24小时内完成，确保项目工程研发信息及时准确。 二立主题和意义，随着国内铝工业的高速发展和世界经济一体化的加快，铝电解对预焙阳极炭块的质量要求越来越高，国内阳极的质量指标与国际指标相比总体差别大，因此预焙阳极的质量水平必须尽快提高，质量指标必须与国际接轨，传统的五项常规指标在铝电

4、解过程中，预焙阳极炭块的质量好坏不仅影响吨铝炭消耗，而且影响电流效率、能源消费、原铝质量、环境污染、电解操作及电解池维护等。 因此，根据预焙阳极电解过程的行为，认为优质阳极应具备以下主要特征： 2.1通过国内外的现状分析、2.2研究任务的目的和意义、优质铝用预焙阳极炭块制造技术的开发与创新，使包头铝业有限公司的预焙阳极炭块制造技术达到国内领先水平， 理化指标与国际接轨，通过出口到露西亚优质铝用预焙阳极炭块生产技术的推广应用，为降低电解能源节约、生产高档铝及400kA大型电解池的安全稳定启动和运行奠定了坚实基础。 1 .对CO2的低反应性，对空气的低反应性2 .良好的抗热震性，没有热冲击引起的裂

5、纹、折断和熔渣脱落3 .具有良好的导电性4 .具有稳定的微量元素体，对原铝的品位不太影响5 .具有低透气性6 .几何尺寸满足公差的要求、3立题根据和设订指导思想、预焙阳极炭块微量元素体、CO2反应性、空气反应性、透气性、导热率、电阻率、抗压强度、抗弯强度、真密度、体积密度等物理化学指标相互影响的研究、重点工序如原料配合、烧成、沥青胶溶解、粉碎、3.1设订指导思想、3.2立题(2)有50年铝用碳生产经验，专业技术工作团队素质高，有研发能力。 (3)产品研发技术检验中心是国家批准的试验室，铝用碳分析设备先进，化验设备和检测方法已经与国际接轨，为优质铝用预焙阳极炭块制造技术的研究与开发奠定了坚实的基

6、础。 (4)出口预焙阳极炭块合同即将签订，将面临出口预焙阳极炭块质量指标压力。 (5)400KA高电流密度、国际最大铝电解池建设投产，对预焙阳极炭块的质量指标提出了更高的要求。 4研究内容和成果分析、微量元素体影响阳极性能分析表(表1 )表明，对油焦的选择首先考虑微量元素体，特别是Na、Ca、v、Si、Fe，根据生产实践的对比，对Na、Ca、CO2反应性影响极大的沥青胶的选择主要是甲苯不溶物4.1研究内容之一：原料的选择和配方技术的开发，4.1.1立项研究的过程和方法，表1 :预焙阳极炭块微量元素体对电解铝的影响分析表，目前国内石油焦、沥青质量指标各有特点，质量不稳定， 由于某产地石油焦烧成后

7、未能得到我们所期望的配方，我们对部分产地石油焦的理化指标进行了统一分析(表2 )，选择5种石油焦配伍，根据各产地石油焦的理化指标应用数学方法修订了配方， 采用体积原料试验法确定原料配比，使得各产地的石油焦优势互补地得到了我们所期望的预烧混合材料和后烧料理化指标，为制造优质阳极奠定了基础。 表2 :各产地的石油焦化学特性统计分析表，产地1焦挥发分的变动也大，突出的特征是v高，产地2焦挥发分稳定，粒子强度好，但Na、Ca高(不合格)。 产地3焦挥发分变动大，Na、Ca低，产地4焦挥发分稳定，微量元素体稳定，各指标处于中游水平，产地5焦微量元素体v、Na虽低，但焦炭粉量大，烧成中容易结合材料。 根据

8、以上特点和理化指标分析，进行了理论订正和配方试验，确定了原料配方，将配方前、配方后及产品的v、Na、Ca、Si、Fe分别控制为120PPm、120PPm、160PPm、400 PPm、450PPm的各产地的沥青胶理化4.1.2研究结果和分析应用不同产地石油焦的化学特性进行煅前原料是控制预焙阳极炭块化学元素体的关键，应用数学方法修订配方是体积配比实验的指导， 采用体积原料试验法确定原料配比是一种适合工业生产控制的好方法，沥青胶微量元素体含量对预焙阳极炭块微量元素体指标的影响很小，可忽略不计。 4.1.3小结节原料配比技术适用于铝用预焙阳极炭块微量元素体控制。 此技术的应用关键是各产地的石油焦化学

9、特性具有优势的互补性和稳定性分析设备的先进性、精准性原料场地和原料设备可以更准确地进行配方。使用过程中要注意各产地石油焦的分类保管，保持清洁，避免混合物和污染。 4.2研究内容之二：烧成控制技术，4.2.1立题研究过程和方法温度制度研究与试验：层火道温度控制均匀稳定，初层火道温度控制在1250-1350二层火道温度控制在1250-1380，六层火道温度控制在1100-1200，六层火道穿透现象加强煅烧炉的清洁维护和密封，保证挥发分系统通畅。 负压制度研究与试验：煅烧炉实行大负压运行，压力由原来的5070Pa上升到80120Pa进行试验。烧制排放制度的研究和试验：要求投入煅烧炉，保证材料位置在煅

10、烧炉料斗的1/3以上。 在云同步中，根据实际生产确定了排放电流，确保了煅烧炉原料的均匀性，确保了一盏茶的烧成时间和烧成温度，保证了烧成后材料质量的均质性。 石油焦挥发分与煅烧后材料真密度关系的研究与试验：我们分别煅烧813%的煅烧前石油焦，然后分析比较煅烧后材料真密度。 了解到几乎处于弱的正相关关系。 4.2.2研究结果和分析一盏茶的烧制时间和温度是生产优质烧制后材料的基本条件。 合理提高烧成温度、合理排放制度，确保一盏茶烧成时间，是提高烧成后材料质量的关键，有助于降低烧成后材料粉末的电阻率，提高真密度，降低预焙阳极炭块的电阻率，提高预焙阳极炭块的真密度。 4.2.3总结煅烧炉严格的温度控制制

11、度、排放添加制度、负压制度是保证一盏茶的烧成时间和烧成温度，提高烧成后材料的质量指标的关键。 4.3研究内容三：磁选机除上线了铁元素、镍技术的研究与研制、4.3.1问题研究的过程和方法4.3.1.1磁选机除上线了铁元素、镍的应用反应历程铁元素、镍及其氧化物与石油焦一起进行煅烧炉，并在1200-1400还原气氛下进行高温热处理， 大部分运送到石油焦的三氧化二铁元素被还原成四氧化三铁元素，少量被还原成氧化亚铁元素和金属铁元素的镍的氧化物被还原成金属镍。 三氧化二铁元素具有弱磁性，四氧化三铁元素具有强磁性，铁元素和镍都是黑色金属，具有良好的磁学性质。 石油焦和煅烧后的石油焦的主要成分是碳，没有磁性。

12、 因此，铁元素、镍及其氧化物和石油焦的磁学性质是我们使用磁选机进行上线了分离的理论基础。 进口石油焦的水分含量约为5%； 并且经过筛分分析，发现大部分国产石油焦微粉的含量高，约10%到25%，这样烧成前的石油焦较湿、粘性大、流变性和稀疏度不好，且湿状态的强磁性四氧化三铁元素在空气中易氧化成弱磁性三氧化二铁元素，不利于磁选分离。 石油焦通过烧制排除原料中的水分挥发分，高分子芳烃化合物发生复杂的分解和缩聚反应，分子结构不断变化，体积逐渐收缩，改善了物理、化学性质和材料的流变性和稀疏度。 因此，最好在石油焦烧成后的输送线上导入磁选机而将烧成后的石油焦与铁元素、镍及其氧化物进行磁选分离开。 4.3.1

13、.2磁选机的磁感应强度和结构选择石油焦的Fe含量基本在200-500PPm的范围内，Ni含量基本在200-350PPm的范围内，这意味着从大量的烧成石油焦中磁选极少量的Fe和Ni。 如果磁选机转鼓的磁感应强度的选择过大，则会导致烧焦后的石油焦的浪费，对阳极炭进行预烘焙，块制造成本上升，如果磁选机转鼓的磁感应强度的选择过小，则磁选Fe和Ni的量过小，得不到预期的效果。 通过磁选机在铝用预焙阳极炭块生产流水线中的研究和应用，确定磁选机滚筒的磁感应强度应控制在300-400mT。 磁选机的构造选择也很重要，特别是磁桶的旋转间隙、出入口的大小。磁小滚珠桶的旋转间隙和排出口间隙太小，容易堵塞，容易发生卡

14、现象，设备故障频率高，检查和备用品费用增加，磁小滚珠桶的旋转间隙和出入款口间隙过大，材料浪费严重，磁选效果降低。 因此，根据供给粒度的大小，通过磁选降低Fe和Ni含量的目标，需要合理地选择磁选机的结构。 4.3.2利用研究结果和分析铁元素、镍及其氧化物和烧成后石油焦的磁学性质，在铝用预焙阳极炭块生产流水线中应用磁选机除上线了铁元素、镍效果良好，是降低预焙阳极炭块Fe和Ni含量的有效方法之一，提高电解铝的品位4.3.3总结-磁选机在铝用预焙阳极炭块生产流水线中的应用效果：预焙炭块Fe含量降低180-300PPm，Ni含量降低70-100PPm，效果非常显着。 4.4研究内容之四：贯彻沥青胶熔炼技

15、术研究和开发4.4.1立题研究的过程和方法、沥青胶快速熔炼的理念，调整投入时间、投入量。 分别分析研究了沥青胶溶解使用周期415天的槽沥青胶指标(参照表6 )。 最终确认了沥青胶的溶解使用周期从原来的8月15日缩短到了47日。 严格控制沥青胶熔融温度，将热载体炉热载体出口温度控制在170-180，将槽槽温度控制在170-175。 入沥青胶前的液面必须为镜面状态。 4.4.2研究结果和分析沥青胶软化点、甲苯不溶物、喹啉不溶物影响沥青胶对骨料的浸润效果，进而影响膏塑性的适当甲苯不溶物、喹啉不溶物含量及沥青胶添加量有利于提高预焙阳极炭块的抗热震性、体积密度、真密度、强度，降低透气性和电阻率。 因此，

16、适当降低槽沥青胶喹啉不溶物的控制范围，降低槽沥青胶的软化点，改善沥青胶对骨料的浸润效果，改善膏塑性是值得尝试的一种方法。 4.4.3总结以上几个过程的研究和试验表明，沥青胶理化指标基本稳定。 但是，使用改性沥青可以提高烧成死亡教练员率，但沥青胶的软化点、甲苯不溶物高，混合温度、对模塑温度的压力大，沥青胶对骨料的润湿效果差，预焙阳极内部结构的均质性差。 因此，我们对沥青胶的使用温度进行了调整试验，改变了沥青胶对骨材的润湿效果，通过调整得出了使用周期为48天，软化点为100-108的沥青胶适合使用温度为175-185时的结论。 4.5研究内容之五：原料成型技术研究和开发4.5.1立项研究的过程和方

17、法，4.5.1.1原料侧研究和试验：配合中大粒子、中粒子、细粒子、粗粉、微粉的最佳匹配及沥青胶添加量，对产品质量有较大影响的适宜配方和沥青胶的添加量，在适宜的温度制度下， 能生产具有良好塑性的浆料，但浆料特性是影响炭块内部均质性的主要因素，是各理化指标的根本保证。 配伍中的关键是球磨齿机的用量，我们进行了多次工业研究和试验以及球磨齿机的粒级分布、比表面积分析、混合材料分析。 4.5.1.2球磨齿机纯度和布朗值的控制：在球磨齿机粒度分布结构中，比表面积大小对沥青胶使用量的影响很大，对预焙阳极炭块理化指标的体积密度、强度、电阻率、抗裂指数、透气性等指标有很大影响。4.5.2根据研究结果和分析，我们对球磨齿机的粒级分布结构纯度指标、比表面积指标布朗值及混合物中的粉体纯度、布朗值进行了多次测试，并与*碳厂的球磨齿机指标进行了比较，经测验数据整理分析，得出了以下结论：4.5.2 4.5.2.3球磨齿机纯度纯度与布朗值没有明显的对应关系，表明球磨齿机的各粒级分布随磨粒的变化而变化，纯度相同但粒级分布不同，比表面积不同。