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预焙阳极焙烧工艺的优化与实践本文介绍了焦作万方对预焙阳极焙烧炉控制方法的改进，炉墙缝的合理设置和填充料的正确使用，最终焙烧温度的确定，焙烧曲线的优化，使挥发分能燃烧充分，降低了重油消耗，产品质量、实收率及外观合格率都得到了大幅提高，铝电解使用性能良好。
火焰移动周期可从36h缩短到27h，效益显著。
关键词：预焙阳极；焙烧工艺；优化；挥发分；充分燃烧；质量提高我国的敞开式环式焙烧炉是在消化80年代初引进的日轻焙烧技术的基础上发展起来的，常用的焙烧工艺不能充分利用挥发分燃烧产生的热量，致使焙烧热能消耗一直较高；挥发分燃烧不充分，造成烟气净化负担较重；升温速度控制不理想，产品质量较差。
焦作万方54室敞开式阳极焙烧炉设计产能为4.2万吨/年，由三个火焰系统组成，每个炉室有8条火道7个料箱，分6层卧装；焙烧炉面设备采用机电一体化燃烧架和机电一体化排烟架，DCS自动控制系统；以重油作燃料；所用生阳极为大颗粒配方，沥青用量为17%；于2001年3月投入生产。
经过对焙烧工艺的不断探索和优化，焦作万方在挥发分充分燃烧、燃料消耗降低、实收率增加、阳极内在质量及外观合格率提高等方面取得了较好效果。
1. 控制方法的改进传统升温曲线一般都是控制每个炉室的每条火道的温度，根据温度情况，用人工调节排烟架风门开度和燃料量进行温度控制。
挥发分开始排出时由于炉室温度低基本不能燃烧，到次高温炉室，炭块挥发分大量排出导致炉室温度超高时，则打开看火孔透入冷空气降温，所以挥发分燃烧产生的热量，没有得到充分利用。
一种方法是只控制燃烧架加热的高温炉室温度，负压控制完全凭人工经验，保证高温炉室不带正压就行了，低温炉室温度不控制。
结果是预热炉室温度跟不上升温曲线，挥发分基本没有燃烧就排入了烟道，燃料消耗高，产品实收率低。
焦作万方阳极焙烧加热设备采用脉冲式燃烧控制器，DCS自动控制系统，可精确对每条火道的温度和负压进行自动调节，控温精度为：预热段±20℃；加热段±2℃。
阳极作为铝电解的心脏，它的质量好坏，不但影响电解槽的平稳生产，还影响着电解的各项经济技术指标，如：阳极消耗、电能消耗、铝液质量；同时还对节能减排指标中的烟气排放有着直接的影响。
炭阳极组装车间是把电解返回的残极进行电解质清理、残极压脱、磷铁环压脱，并把焙烧块和铝导杆—钢爪组用熔化的磷生铁进行连接成为具有一定机械强度、较小比电阻的整体，同时对残极进行破碎，破碎后的残极返回成型车间供配料使用。
其质量控制主要有：残极料中灰分、磷生铁的控制；浇铸质量及组装块表面附着的磷生铁、填充焦的控制；磷生铁的配比控制。
一、阳极炭块中灰分、磷生铁产生的原因1、灰分产生的原因：1）软残极产生残极是阳极炭块在铝电解生产中使用以后换下的残余部分，其表面覆盖有氧化铝和氟化盐，将其清理掉后经破碎返回成型作为阳极材料的原料，以提高生阳极的体积密度、降低空气渗透率、提高抗压强度等。
但由于残极在电解槽上高温电解质中使用了近30天，其表面层硬度较小、空隙度大、抗氧化性能较差、着火点低等，此部分软残极进入成型配料后，将对阳极质量带来很大的影响，造成电解更大的损失。
2）收尘系统产生残极压脱、破碎时产生的大量粉料经收尘系统收尘后进入残极皮带，最终返到阳极下到工序成型生产线，导致阳极Si 元素含量增加。
这些收尘粉料杂质含量高、性状疏松、假比重小、理化性能低劣，对电解的阳极净耗、电流效率影响较大，不应上线参与阳极生产。
另外工作现场、工序卫生清扫等产生的脏料也会带入一部分灰分。
2、铁含量增加产生的原因：1）残极中携带有部分未分离的磷铁残极压脱时，少量与残极结合紧密的磷铁被压脱下来，这部分磷铁在残极皮带上未被电磁除铁器清除下来或除铁器上的铁未及时清理，被残极挂掉，从而进入成型配料生产线，致使阳极铁含量增加。
措施：将电磁除铁器改为永磁体除铁器。
2）浇铸后阳极表面磷生铁清理不干净阳极组装块在浇铸站浇铸时，会产生少部分外溢铁水，飞溅到阳极表面上和铁珠落入炭碗内，人工清理外溢冷凝铁，碎铁屑和铁珠靠人工清理费时费力，而且清扫不干净，这部分铁将进入电解生产线，导致铝液铁含量增高。
预焙阳极配料控制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。
51.2生产现状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。
预焙阳极焙烧工艺的优化与实践
摘要：预焙阳极焙烧工艺作为一种重要的冶金工艺，对于提高阳极的性能和质量具有重要意义。
本文将介绍预焙阳极焙烧工艺的基本原理、工艺参数的优化以及实践经验，并总结了几个常见问题的解决办法。
通过优化和实践，可以提高阳极的成品率和正极活性物质的转换效率，从而提高产品的品质。
1.引言
2.预焙阳极焙烧工艺的基本原理
本节将详细阐述预焙阳极焙烧工艺的基本原理，包括焙烧温度、保温时间、气氛控制等关键参数的选择和控制。
3.工艺参数的优化
本节将围绕焙烧温度、焙烧时间、气氛控制等工艺参数展开讨论，重点介绍如何通过实验和数据分析来优化这些参数，从而获得更好的阳极焙烧效果。
4.实践经验
本节将结合实际生产中的案例，分享一些常见的阳极焙烧问题，并提供相应的解决办法。
这些经验可以帮助读者更好地理解和应用预焙阳极焙烧工艺。
5.结论
通过对预焙阳极焙烧工艺的优化与实践的研究，本文得出以下结论：合理选择和控制焙烧温度、焙烧时间和气氛，可以提高阳极的成品率和正
极活性物质的转换效率。
同时，实践经验的分享也能够帮助解决一些常见的阳极焙烧问题，提高产品的质量和性能。
关键词：预焙阳极焙烧；工艺参数；优化；实践；成品率。
TS0202-预焙阳极振动成型案例简要说明:依据国家职业标准和炭素加工技术专业教学要求，归纳提炼出所包含的知识和技能点，弱化与教学目标无关的内容，使之与课程学习目标、学习内容一致，成为一个承载了教学目标所要求知识和技能的教学案例。
本案例体现了预焙阳极生产用骨料和粘结剂的选择、预焙阳极产品质量要求、预焙阳极产品质量的影响因素、预焙阳极成型设备及振动成型工艺制度及参数选择等知识点和岗位技能，与炭素加工技术专业及炭素相关专业中炭素工艺学中炭素成型单元、炭素机械设备课程中成型设备单元及铝用炭素生产技术课程中成型操作单元等的教学目标相对应。
案例名称预焙阳极振动成型适用说明本案例适合应用于本科、高职、中职等院校的炭素及相关专业的教学，在铝用炭素及石墨电极生产或相似的综合性课程教学中使用，更适合在炭素煅烧工、炭素成型工、炭素焙烧工等工种的职工培训中使用。
案例背景某大型炭素厂，采用石油焦、煤沥青作为原料，用两座回转窑进行煅烧工艺、采用三工位的振动成型机组生产铝用炭素制品。
该厂主要产品是满足不同需求的铝电解工艺用预焙阳极，预焙阳极工作和质量状况对铝电解生产的技术经济指标影响极大，预焙阳极质量受振动成型工艺的诸多因素的影响，因此振动成型是控制产品质量的一个关键环节。
案例所涉及的知识点预焙阳极生产用原料及辅料特点及选择、预焙阳极质量要求、预焙阳极振动成型工艺路线；振动成型设备。
案例所涉及的技能点预焙阳极成型操作要点的制定案例工作任务的分解原料骨料及粘结剂的选择，糊料加热、保温及输送，振动成型工艺制度选择及工艺参数制定。
教学目标(1)了解高质量预焙阳极振动成型生产过程中的质量影响因素；(2)掌握预焙阳极振动成型操作要点；(3)学习综合考虑预焙阳极质量保证的措施，根据设备、原料，选择工艺路线；(4)全面复习所学知识，并将知识转化为能力。
案例建议的教学时间6学时案例的操作演示现场调研、问题讨论、点评、案例分析、讲授、课堂练习、大作业、图片。
TS0304-预焙阳极灰分控制案例简要说明:依据国家职业标准和炭素加工技术专业教学要求，归纳提炼出所包含的知识和技能点，弱化与教学目标无关的内容，使之与课程学习目标、学习内容一致，成为一个承载了教学目标所要求知识和技能的教学案例。
本案例体现了预焙阳极灰分杂质的种类和危害、预焙阳极灰分来源及预焙阳极灰分控制操作要点知识点和岗位技能，与炭素技术专业炭素工艺学课程炭素质量质量控制单元，铝用炭素生产技术课程预焙阳极生产控制单元的教学目标相对应。
预焙阳极灰分控制1.背景介绍灰分是铝电解用预焙阳极关键理化指标之一，生产过程中原料、残极等所携带的灰分杂质，对电解原铝质量、阳极净耗、毛耗、电流效率、电解槽操作工艺、阳极外观质量及其理化性能等经济技术指标都有着直接影响。
灰份含量的控制日益受到铝电解生产企业的重点关注。
以国内青海A炭素厂为例，该厂采用一系列生产措施来降低预焙阳极灰分，提高产品质量。
2.主要内容2.1灰分对预焙阳极的影响一、灰分对预焙阳极氧化反应的催化与反催化作用不同灰份杂质元素在预焙阳极中的含量不同，所起到的催化活性也有较大差异。
灰分对阳极在电解槽中空气反应速率、及对阳极的CO2反应活性影响较大如表1所示：表1 杂质元素对预焙阳极CO2反应性、空气反应性影响反应杂质元素影响强度阳极CO2反应性CO2――→CO Na Ca Fe 强V Ni 中Pb Cu 弱阳极空气反应性C+O2→CO2V Na Pb Cu 强Ni Fe Si Cr 中Ca Zn Ti 弱因此实际生产中应加以控制的Na 、Ca、Fe 、V、Ni、Si杂质元素，这些杂质元素盐类是很强的催化剂。
其中Na 、Ca 、Fe 属于强碱性金属，具有较活波的S轨道电子，加速氧在炭上的吸附，减弱表面的C－C键。
V、Na、Ni对预焙阳极催化反应，主要是由于这类元素降低了焦碳着火温度，增加了预焙阳极高温下的氧化烧损。
S、P 对炭的氧化反应、特别是对预焙阳极中的粘结剂焦的氧化反应有一定的抑制作用。
二、灰分加大阳极物料间的选择性氧化、形成大量炭渣、恶化电解槽操作环境灰分杂质的催化作用会进一步加剧预焙阳极内煅后焦、残极、焙烧碎、粘结剂焦之间的选择性氧化，造成槽内炭渣明显增多。
由于预焙阳极空气氧化反应是放热反应，引起阳极和电解槽槽温升高，也会使其反应加速，形成恶性循环。
阳极掉渣、阳极消耗不均及槽温升高，将会直接影响到电解槽各项工艺技术指标的良好执行，甚至导致病槽或事故停槽。
（一）造成电解质电阻升高、发热，产生“热槽”当电解质中含炭渣量0.04％时，电解质导电率降低1％，当电解质炭渣量为1％时，电解质导电率降低11％。
工业电解质中1～10μm的微粒，由于界面电位梯度影响，几乎不导电。
炭渣累积，电解质电阻增大，造成槽电压升高，热收入增加，逐步导致“热槽”。
“热槽”使电流效率下降，电耗、炭耗和氟盐单耗增加。
（二）捞炭渣的烦扰和经济损失为保持电解槽继续平稳运行，必须要打开电解质结壳，在近1000℃的高温下，面对熔化的电解质，人工用铁具不断地捞出炭渣和碎预焙阳极块，捞出的炭渣中含有约70％的电解质，不仅增加了炭耗和氟盐消耗，也增加了热能损耗和人力损耗。
（三）预焙阳极长苞和侧部漏电十几毫米以上甚至十几厘米的碎块聚集在一起，在侧部聚集会引起电流沿阳极—聚集的炭渣碎块向侧部漏电，使炉帮不易形成；在阳极底部聚集，会使阳极长苞，使电解槽技术状况严重恶化，产生极难处理的病槽，甚至引起漏槽。
三、降低原铝质量杂质V 、Ti、Mn、Si 、Cu、Fe等在电解电化学反应中被析出还原进入原铝液，造成原铝机械性能下降、电阻率上升如表2。
表2 灰分杂质对原铝电阻的影响杂质元素V Ti Mn Si Cu Zn Fe电阻率增加／μΩ•m 5 4 1 0.7 0.4 0.1 0.08四、降低阳极外观质量及其理化性能预焙阳极中所含的灰分杂质大部分以无机盐的形式存在，化学键稳定，降低阳极导电性能，增加电解电耗。
如果残极表面电解质清理不干净随着电解残极进入生产线，或残极配入量控制不当将会导致阳极中灰份含量过高，这些电解质杂质往往以粉料形态进入成型配料生产，结构松散，与粘结剂粘结能力差，在一定程度上易造成预焙阳极焙烧裂纹，同时对阳极导电性能、抗压强度与抗热震性能带来不利影响。
S、P不但会增加预焙阳极制品的热脆性，造成阳极脆裂抗压强度与抗热震性能下降，而且在高温下会与阳极钢爪头发生氧化反应，增大Fe－C接触压降，增加电耗。
五、增加铝电解生产中阳极毛耗灰份杂质增加铝电解生产的预焙阳极毛耗，大大降低预焙阳极使用价值。
阳极有一定更换周期，当消耗到一定程度时，为避免钢爪熔化、确保证电解槽生产的稳定，必须按照一定的顺序进行更换，正常的换极周期一般在26～31天左右。
由于灰份杂质在不同批次预焙阳极中的含量存在较大波动，在规定的相同换极时间内，阳极消耗存在一定差异。
预焙阳极灰份差异越大，置换出的残极高度与重量差异越大，一些仍可使用1～2天的阳极被置换出来当作残极返回预焙阳极生产线，预焙阳极毛耗普遍增加，而个别阳极消耗过快造成阳极钢爪化爪，直接影响原铝质量。
这对大规模铝电解生产企业是一个巨大损失。
从生产实际来讲，这种损失不亚于灰份杂质本身对碳阳极的催化氧化作用。
2.2预焙阳极灰分来源一、原料（一）石油焦石油焦依据生产工艺差异分为釜式焦和延迟焦，延迟焦化又因设备和工艺不同分为四种：针状焦、海绵状焦、丸状焦或球状焦、流态化焦。
延迟石油焦因原料价格、物化性能、杂质含量（见表3）存在的较大差异，铝电解生产基本选用海绵状焦作为阳极制造的基础原料。
青海A厂近十年来所用石油焦主要供货厂家灰份状况见表4。
不同厂家延迟石油焦所含杂质有着一定差异，同一厂家，不同年度、不同批次石油焦的灰份含量也有一定波动。
石油焦是预焙阳极生产的基础原料，也是阳极灰份的主要来源，石油焦灰份含量的波动，直接影响到预焙阳极灰份的波动。
表3 我国部分厂家石油焦杂质分布情况序号石油焦分析时间分析结果（ppm）A,% Ni Fe Ca Na Ti V Si S,%1 荆门2001.4 0.12 170 113 67 504 65 44 1.842 山东2001.4 0.16 182 216 176 72 4 21 84 0.943 南母庙2001.4 0.19 205 124 404 29 10 64 49 1.834 安庆2001.4 0.16 205 146 377 24 11 32 154 1.825 良村2001.4 0.24 202 545 84 46 4 277 297 1.736 里七庄2001.4 0.2 153 121 80 18 5 24 170 1.327 大庆2001.4 - 64 26 18 27 2 1 0.5表４青海A厂主要石油焦供货厂家灰份状况统计表（1997～2003年）单位：（％）（二）煅后焦通过对某厂阳极灰份高分析发现，石油焦在回转窑的煅烧过程，是造成预焙阳极灰份偏高的主要因素（见表５）。
原因在于：一方面煅烧焦直接用水冷却，另一方面来自于高温煅烧焦子的烧损，第三方面则是其主要方面来自于煅烧过程中与窑内衬的运动磨损。
与煅前焦比较，煅后焦灰份平均增加0.05～0.10%左右，所增加的杂质元素主要是Al元素，其次是Ca、Si、Fe等，而这些，则与所使用的回转窑内衬浇筑料性能、物料窑内停留时间、加料量大小、焦子粒度、焦子相对烧损量等都有着一定联系。
表５不同粒度煅前石油焦与煅后石油焦灰份比较单位：（％）青海A铝厂0.36 0.44 0.40 0.48青海B铝厂0.23 0.27 0.25 0.31四川A铝厂0.33 0.41 0.38 0.52（三）煤沥青煤沥青受原煤产地和干馏的工艺不同，所含杂质含量有着一定差异。
表６是中铝青海分公司近十年来所用高温煤沥青中主要供货厂家灰份状况。
不同厂家高温煤沥青中所含杂质含量有着一定差异，即便是同一厂家，不同年度灰份含量也有着微妙变化，其灰份的波动，也往往影响到碳阳极灰份的波动。
表６青海A铝厂主要煤沥青供货厂家灰份状况统计表（2000～2003年）单位：（％）二、残极及焙烧碎残极回收、清理、破碎后作为阳极骨料，一般占预焙阳极产量的18～25％左右。
优质残极颗粒强度及硬度比石油焦大，气孔度及滲透率比石油焦小，且其硬度及粒度组成对目前成型配料时石油焦普遍偏细的状况，能起到优异的调节作用。
通过二次浸润与二次焙烧的硬质残极，无论是对预焙阳极理化性能，还是对制品外观质量上都是非常有益的。
但是，由于电解返回残极含有大量的软残极和灰份，如不进行良好的有效处理，将对阳极质量带来很大影响，形成恶性循环，造成电解更大损失。
三、生产流程管理预焙阳极在生产中，原料、中间产品、成品的储存、运输过程也会带入一定量的灰份。
其主要过程是原料储存，煅烧沉降室沉降料上线，残极及生碎储存、运输，工作现场脏料上线等。
2.3灰分控制工艺路线一、对原料的控制针对目前石油焦市场供货紧缺、质量良莠不齐的实际状况，一方面尽可能减少进货厂家、严格控制进厂石油焦、煤沥青的质量指标要求。
同时，还是要立足工序、目光向内，采用不同灰份原料分仓堆放，搭配上料的方法，或者是不同批次的原料混合上料，以达到物料理化指标尽量均匀、灰份含量尽量稳定的目的。
建立原料来源、元素分析、配比选择及存放仓位等内容的数据库系统。
（一）依据实际生产现状，对进厂原料进行配料，按微量元素的不同对原料进行分类存放，对于超过上表典型值而不超过典型值3倍的原料，放入1-6号仓，以正常卸料方式进行混料平铺堆放，采用抓斗天车混抓的方式上线，实现混料煅烧。
（二）对于低于上述典型值（主要针对Na、Ca、V、Ni、Fe、Si 六个元素）的原料放入9号仓，对于超过典型值3倍的原料放入8号仓，第7号仓存放低灰份（小于0.2%），高硫（大于2%）的原料，煅烧上料通过混抓三个仓中的料的方式进行上料，经过煅前仓和煅烧的混合以达到原料均化的目的。
图1 石油焦原料库仓位配置示意图1—火车轨道2—石油焦卸料区 3—石油焦仓位 4—天车抓斗以上配料方案投资少、简便易行。
通过原料的初级配料，不但对杂质元素严重超标、前催化作用的的石油焦进行有效均匀，同时充分利用高S 焦对阳极催化的抑制作用。
二、对残极进行控制 （一）对残极携带灰份的控制青海A 公司阳极组装车间是返回电解残极主要处理工序，其工作流程如下图2：图2 组装残极破碎上线流程图（二）增设残极底部电解质刮料清理装置对电解返回的残极，仅仅只有倾翻清理机一道工序（钢球抛丸清理）就进行残极压脱除铁、破碎上线。
除去了大部分电解质杂质，但无法清理到残极底部附着的一层（约1～2mm 厚）含有大量Na Si导杆及残极清理残极压脱颚式破碎除铁P8除尘器地下皮带 成型皮成型残地下皮带P9除尘焙烧碎及生破碎机 成型皮Ca有害杂质的电解质。
