閆太網(wǎng)

（山西華圣鋁業(yè)有限公司，山西 永濟(jì) 044501）

高殘極配比在炭素陽(yáng)極生產(chǎn)中的應(yīng)用

閆太網(wǎng)

（山西華圣鋁業(yè)有限公司，山西 永濟(jì) 044501）

介紹了炭素陽(yáng)極生產(chǎn)采用高殘極配比的實(shí)踐，通過(guò)優(yōu)化配方和調(diào)整生產(chǎn)工藝技術(shù)條件等一系列措施，取得了較好的效果，達(dá)到了增效降耗的目的。

炭素陽(yáng)極；高殘極配比；技術(shù)條件；提產(chǎn)增效

0 前言

在陽(yáng)極生產(chǎn)過(guò)程中，適度加入殘極以改善陽(yáng)極理化指標(biāo)已成為業(yè)內(nèi)共識(shí)。大多數(shù)炭素生產(chǎn)廠家都是電解鋁企業(yè)的配套生產(chǎn)廠，電解過(guò)程中產(chǎn)生的大量殘極（約占陽(yáng)極總量15%）返回主流程，能夠?yàn)殛?yáng)極生產(chǎn)提供充足的原料。并且，一般的陽(yáng)極生產(chǎn)模式下，殘極配比每提高1%，煅后焦單耗可以降低8kg左右。因此，加大陽(yáng)極生產(chǎn)過(guò)程中殘極配比，能夠?yàn)槠髽I(yè)創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

然而，殘極中的灰分較高（＞5%），特別是其中的礦物雜質(zhì)（Fe、Si、Na等），對(duì)鋁液質(zhì)量和電流效率影響很大。另外，殘極篩分系統(tǒng)粒度分級(jí)相對(duì)少，加大殘極配比容易引起殘極料倉(cāng)料位不平衡，影響配方的穩(wěn)定性。這些因素使得陽(yáng)極配方中殘極配比受到限制，一般在15%～25%左右，很少能夠穩(wěn)定保持在25%以上。

如何實(shí)現(xiàn)高殘極配方以降低炭素生產(chǎn)成本，是國(guó)內(nèi)炭素廠普遍關(guān)注的問(wèn)題。某公司通過(guò)實(shí)踐摸索，在炭陽(yáng)極生產(chǎn)中將殘極配比提高至35%以上，取得了比較好的效果。

1 提高殘極配比的必要性和可行性

1.1 提高殘極配比的必要性

某公司炭素廠為年產(chǎn)22萬(wàn)t電解鋁的配套生產(chǎn)廠，設(shè)計(jì)陽(yáng)極生產(chǎn)能力為兩期12萬(wàn)t/a，目前二期在建，只有一期投入生產(chǎn)，產(chǎn)能為6萬(wàn)t/a，所產(chǎn)陽(yáng)極全部?jī)?nèi)部消化，不足部分外購(gòu)。由電解鋁系統(tǒng)返回的殘極量約在1.9 t/a左右，加上炭素焙燒過(guò)程中產(chǎn)生的殘次品，全部經(jīng)過(guò)破碎處理后作為殘極的量能夠達(dá)到2萬(wàn)t/a左右。如果按通常25%的殘極上限配比，將有5 000t/a的殘極過(guò)剩積壓。另一方面，隨著設(shè)備磨合期的結(jié)束及人員操作水平的提高，陽(yáng)極生產(chǎn)能力逐步釋放，生陽(yáng)極產(chǎn)能在原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上有近10 000 t/a的擴(kuò)充空間，對(duì)煅后焦的需求也在增加，而煅燒系統(tǒng)兩臺(tái)32室的罐式爐的產(chǎn)能為4萬(wàn)t/a煅后焦，不能滿足擴(kuò)產(chǎn)需求。因此，企業(yè)需要通過(guò)實(shí)施高殘極配方，擴(kuò)大原料，消化過(guò)剩殘極，降低陽(yáng)極生產(chǎn)成本。

1.2 提高殘極配比的可行性

如何實(shí)現(xiàn)高殘極配比，技術(shù)人員進(jìn)行了詳細(xì)的分析及論證：

（1）殘極經(jīng)過(guò)二次焙燒，結(jié)構(gòu)更加致密。陽(yáng)極中加入殘極的量越大，其體積密度越高。實(shí)踐證明，加入25%殘極生產(chǎn)的生陽(yáng)極，其體積密度要比普通生陽(yáng)極的高5%以上。殘極對(duì)陽(yáng)極體積密度的影響見(jiàn)圖1。

圖1 殘極量對(duì)陽(yáng)極密度的影響

另外，隨著陽(yáng)極體積密度的增大，陽(yáng)極的導(dǎo)電性、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度等指標(biāo)相應(yīng)地得到改善。

（2）工藝方面，增加殘極配比，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備等不需做大的改動(dòng)，現(xiàn)有流程完全具備生產(chǎn)條件。

（3）針對(duì)提高殘極配比時(shí)，陽(yáng)極中灰分含量升高的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)殘極配比提高到33%以上時(shí)，陽(yáng)極灰分升高，部分達(dá)到了0.6%～0.7%，高于國(guó)標(biāo)中一級(jí)品指標(biāo)（≯0.5%），但低于二級(jí)品（≯0.8%）指標(biāo)，由于該廠陽(yáng)極全部為自用，二級(jí)品完全能夠滿足電解生產(chǎn)要求，故不對(duì)生產(chǎn)造成影響。鋁電解用預(yù)焙陽(yáng)極的理化指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 鋁電解用預(yù)焙陽(yáng)極的理化指標(biāo)

2 采取的措施

2.1 殘極中灰分的控制

分析得知，殘極回收處理過(guò)程中的收塵粉，Na含量高達(dá)（1 780～2 354）×10-6，其對(duì)于陽(yáng)極灰分控制影響最大。所以，殘極返回過(guò)程中，應(yīng)將殘極收塵粉分離，避免其進(jìn)入流程。

2.2 殘極的篩選

由于軟殘極體積密度低，空氣滲透率大，CO2反應(yīng)性提高，機(jī)械強(qiáng)度低，故不在生產(chǎn)中使用。因此，在殘極返回過(guò)程中應(yīng)該注意區(qū)分軟殘極，在無(wú)可行的現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)手段的情況下，對(duì)于氧化嚴(yán)重、表面疏松、顆粒脫落情況比較明顯的殘極，作為軟殘極直接剔除。

2.3 工藝的匹配

殘極清理后經(jīng)過(guò)顎式破碎機(jī)、圓錐破碎機(jī)初步破碎后，入成型工序前粒徑為15～40 mm。成型生產(chǎn)配方中殘極顆粒要求為三粒級(jí)（粗、中、細(xì)），最大顆粒粒徑為15 mm。由于成型工序中殘極中碎系統(tǒng)設(shè)計(jì)上為一次破碎，采用一臺(tái)對(duì)輥破碎機(jī)和一臺(tái)直線振動(dòng)篩。而殘極顆粒硬度比較大，輥破碎間隙調(diào)整到8 mm時(shí)，破碎效果不太理想，篩下料三種顆粒比例約為50∶30∶20，粗顆粒過(guò)多，中細(xì)顆粒不足，無(wú)法保持三種料倉(cāng)的料位平衡，影響配方的穩(wěn)定。

解決上述問(wèn)題的最佳辦法是，采用反擊式破碎機(jī)代替對(duì)輥破碎機(jī)，輔助以變頻控制系統(tǒng)，隨時(shí)根據(jù)料位變化情況調(diào)整破碎后顆粒粒徑，保證三種料位的平衡?？紤]到設(shè)計(jì)安裝上的難度，經(jīng)過(guò)論證后，在粗顆粒入料倉(cāng)管線上增加一臺(tái)手動(dòng)三通溜子將過(guò)剩粗顆粒返回破碎機(jī)重新破碎，從而實(shí)現(xiàn)了三種料位的平衡。

2.4 配方的設(shè)計(jì)

高殘極配方的實(shí)施，是建立在大幅度增加殘極配比的基礎(chǔ)上。針對(duì)殘極特性，配方中粗顆粒全部使用殘極，中顆粒殘極比例60%，細(xì)顆粒殘極比例約15%～20%。這樣不僅可以解決殘極篩下料粗顆粒多的問(wèn)題，而且可以最大限度地發(fā)揮殘極硬度大的特點(diǎn)，提高陽(yáng)極強(qiáng)度。

另外，不同于煅后焦疏松多孔，殘極的結(jié)構(gòu)比較致密，對(duì)于瀝青的吸附性能較差。經(jīng)過(guò)多次計(jì)算驗(yàn)證后，對(duì)瀝青配比進(jìn)行了調(diào)整，由原來(lái)的15.8%下調(diào)到14.8%～15.3%。

3 生產(chǎn)實(shí)踐

3.1 高殘極配比的實(shí)施

2008年二季度，該公司開始實(shí)施高殘極配方，分三個(gè)階段進(jìn)行：第一階段，將殘極配比由20%提高到30%，在原混捏溫度（170±5℃）、時(shí)間不變（干混25 min，濕混35 min）的情況下，成型振動(dòng)時(shí)間在原80 s基礎(chǔ)上縮短5～10 s；第二階段：將殘極配比進(jìn)一步增加到35%，振動(dòng)時(shí)間降低到60 s以內(nèi)。

3.2 實(shí)施效果

3.2.1 陽(yáng)極指標(biāo)改善

2009年公司全面推廣高殘極配方后，陽(yáng)極表觀密度、耐壓強(qiáng)度等指標(biāo)均有了較大幅度的改善，見(jiàn)表2。

從表2可見(jiàn)，使用高殘極配方后，陽(yáng)極的理化指標(biāo)除灰分增加外（能夠控制在0.8%以內(nèi)），其余各項(xiàng)指標(biāo)均比較理想。

3.2.2 電解過(guò)程運(yùn)行穩(wěn)定

在電解槽上使用過(guò)程中，高殘極配方陽(yáng)極經(jīng)歷了電流密度從0.733 A/cm2強(qiáng)化到0.774 A/cm2，且換極周期從30 d提高到32 d，其運(yùn)行穩(wěn)定。電解現(xiàn)場(chǎng)換下的殘極外觀規(guī)整，薄厚一致，消耗均勻。電解槽使用高殘極配方陽(yáng)極前后的運(yùn)行情況見(jiàn)表3。

表2 不同殘極配比時(shí)陽(yáng)極的理化指標(biāo)

表3 電解槽使用高殘極配比前后陽(yáng)極的運(yùn)行情況

3.2.3 經(jīng)濟(jì)效益顯著

殘極配比由原來(lái)的25%提高到35%，每年僅節(jié)約的煅后焦價(jià)值：

另外，企業(yè)減少了瀝青消耗，增加了產(chǎn)能。因此，提高殘極配比所產(chǎn)生的效益十分巨大。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）炭素陽(yáng)極生產(chǎn)中采用高殘極配方，改善了陽(yáng)極性能指標(biāo)，除灰分外，陽(yáng)極的耐壓強(qiáng)度、體積密度等均得到提高。

（2）高殘極配方生產(chǎn)的陽(yáng)極，在電解生產(chǎn)過(guò)程中狀態(tài)穩(wěn)定，殘極外觀規(guī)整。

（3）炭素陽(yáng)極生產(chǎn)采用高殘極配方，經(jīng)濟(jì)效益、增效降耗效果顯著，特別是電解鋁配套的陽(yáng)極生產(chǎn)廠家，優(yōu)勢(shì)明顯。

（4）此方法簡(jiǎn)便可行，只需進(jìn)行科學(xué)合理的配方設(shè)計(jì)，控制灰分，炭素生產(chǎn)企業(yè)利用現(xiàn)有的設(shè)備、工藝，無(wú)需做大的改動(dòng)調(diào)整即可實(shí)施。

Abstract:The practice of adopting high butt formula in carbon anode prod uction was introduced in this paper.The better effect was achieved in terms of a series measures of optimizing formula,adjusting technical condition of pro?duction process,etc.The goals of increasing effect and reducing consumption were obtained.

Key words:carbon anode;high butt formula;technical condition;raising output and increasing effect

Application of high butt formula in carbon anode production

YAN Tai-wang

TF821

B

1672-6103（2011）01-0034-03

閆太網(wǎng)(1969—），男，山西運(yùn)城人，1992年畢業(yè)于東北大學(xué)有色金屬冶金專業(yè)，主要從事電解鋁技術(shù)管理工作。

2010-04-21

2010-08-05