楊 勝

（貴陽鋁鎂設計研究院有限公司，貴州 貴陽 550081）

焙燒是決定預焙陽極質量的關鍵工段之一。目前，國內預焙陽極生產企業(yè)普遍存在焙燒產品表觀廢品率高的現象，而廢品率的減少等同于提升產能，節(jié)省成本，增加利潤，這也是各大預焙陽極生產企業(yè)的重點課題。本文就預焙陽極焙燒工段極易出現的廢品進行了歸類及分析，并提出減少廢品率的措施。

1 預焙陽極表觀廢品種類

1.1 氧化廢品

根據理論要求，陽極制品的氧化一般在大于350℃的有氧環(huán)境中進行，根據實際生產溫度分布，1P爐室溫度小于氧化溫度；在2P上游爐室，炭塊溫度達到反應溫度，此處雖然負壓大，但是氧氣含量低，發(fā)生氧化幾率小，但大的負壓易使填充料進入火道讓填充料下陷，為料箱上層的炭塊氧化創(chuàng)造條件。3-6P爐室溫度逐漸升高，并在6P爐室陽極溫度達到最高點（～1050℃），但在此爐室主要是外加燃料發(fā)生燃燒反應，所以火道內氧氣含量低，并且負壓相對1、2P爐室低（約-10～-20Pa），故發(fā)生氧化幾率不高。7P之后的冷卻爐室，正壓逐漸增大，火道內氧含量充足，陽極與內部填充料溫度均超過1000℃，極易發(fā)生填充料燒損現象，若此處填充料得不到及時補充，則預焙陽極極易發(fā)生氧化反應[1]。生產中氧化廢品如圖1。

1.2 掉塊型廢品

掉塊型廢品表現為端部掉角、掉塊等。掉塊型廢品產生原因是：1）炭塊在運轉過程中機械破壞導致掉塊；2）填充焦布置不均勻。機械破損可能發(fā)生在焙燒前，如生坯在吊裝及運輸過程中產生的破損，也可能發(fā)生在焙燒后的吊裝運輸過程中。填充焦布置不均勻主要因為裝爐時炭塊沒按要求放置，導致炭塊各個面所受到的壓力不同，在焙燒過程前期，特別是炭塊溫度在250℃以下時，炭塊軟化，受壓薄弱區(qū)容易發(fā)生掉塊。

1.3 裂紋廢品

裂紋廢品從方向上看主要表現為橫裂紋與縱裂紋，從位置看表現為內裂紋與外部裂紋。其中內裂紋因不能直觀發(fā)現，故內裂紋廢品不歸結為表觀廢品一類。裂紋產生原因很多，在成型時由于彈性后效容易產生內裂紋，并且由于磨具中制品上下各處受力大小不同，易使生坯產生橫向層裂紋，若裂紋尺寸大，在焙燒過程中會發(fā)展為橫裂紋。在焙燒過程中，出現溫度分布不均、收縮不一致時，積攢的熱應力會導致裂紋產生或原有裂紋發(fā)展。

1.4 硬殼型廢品

硬殼型廢品表現為制品端部出現鼓包現象，硬殼型廢品產生原因主要是內外收縮不一致。根據資料分析[2]，其發(fā)生的主要時間在焙燒前期，溫度為400℃以下階段。此階段陽極生坯中的粘結劑瀝青正處于軟化到分解縮聚階段，極易吸收空氣中的氧并先與生坯表面粘結劑發(fā)生縮聚反應，減少揮發(fā)分的排出，提高析焦量。所以當內部收縮時，由于外部已經結焦變硬并相對收縮小，促使表面產生硬殼。硬殼型廢品主要發(fā)生于制品的端部，特別是料箱頂層炭塊端部極易出現，因為陽極溫度在400℃以下時，主要分布于1、2P爐室，此階段的負壓大，與粘結劑發(fā)生反應的氧主要來自于外部空氣通過滲透填充料而得，料箱上層炭塊與空氣接觸機會大發(fā)生硬化概率高。

1.5 鼓泡型廢品

鼓泡型廢品表現為在制品表面出現細小的氣泡和坑洞。如圖2所示。

鼓泡型廢品產生原因主要是受熱不均勻。在多種情況下都會產生此種廢品，一是當新加入填充料溫度比較高時（大于300℃），會使生坯表面局部受熱產生鼓泡；二是填充焦粒度分布不均，在大顆粒積聚處，由于傳熱快，容易使炭塊表面局部受熱產生鼓泡。

1.6 變形型廢品

制品變形也主要發(fā)生在焙燒前期，生坯在焙燒前期會隨著瀝青的軟化與遷移出現應力釋放，此時生坯強度急劇下降。在焙燒過程中，若長時間停留在此狀態(tài)，炭塊易發(fā)生變形；另外，若炭塊周圍的填充料布置不均勻，導致料箱中炭塊各方位受力不均，更加促使軟化的炭塊變形，甚至出現掉塊。

2 解決方案

對于氧化廢品，根據產生原因，可從如下幾個方面考慮解決：一是及時補充在冷卻區(qū)燒損的填充料，防止填充料下陷后高溫炭塊與空氣直接接觸發(fā)生氧化；二是做好爐體日常維護，保證爐體密封性，特別是火道墻上的大尺寸裂紋以及因熱應力擴張的豎縫，都需要及時維修填補。

對于掉塊型廢品，防護措施主要表現在生產管理及裝爐操作上，生產裝爐時應按照生產規(guī)范執(zhí)行，防止底料過厚頂層料不足、炭塊貼墻、層間料不均勻、炭塊偏心裝爐等。

對于裂紋型廢品，要從配方及成型開始，選用合理的配方、控制糊料混捏保證糊料塑性、設定合理的成型方式與壓力，防止彈性后效引起的層裂[3]；二是焙燒過程中要防止溫度不均勻引起收縮不均勻產生裂紋。目前運行好的敞開式陽極焙燒爐的火道上下溫差約50～100℃，運行差的火道上下溫差超過200℃，大的上下溫差導致炭塊上下收縮不一致，產生縱裂紋。因此在此階段需要做好爐室的密封工作，減少漏風量，保證煙氣溫度與焙燒曲線匹配。并需要定期排查火道堵塞情況；三是在揮發(fā)分大量排出階段，要控制升溫速度，過快的升溫速度導致?lián)]發(fā)分蒸汽壓大，易使材料內部產生裂紋。

對于硬殼型廢品，其防范措施與裂紋型廢品相似，需要在焙燒前期防止粘結劑的氧化，需做好爐室密封工作，目前有些企業(yè)在三個預熱爐室用塑料膜覆蓋，提高爐室密封性，有效控制了高負壓區(qū)外部空氣的滲入，但是會增加運行成本及提高勞動強度；其次需要在粘結劑軟化階段快速升溫，有資料顯示，在焙燒過程中20～400℃需要的升溫時間與硬殼型廢品率的增長呈正比關系，其中77小時升溫時間的硬殼型廢品率相對于57小時升溫時間的廢品率提高了90%[2]。所以此階段的升溫速率應控制在60小時以內。根據目前焙燒爐常用周期28～30小時分析，控制3P爐室最低溫度達到400℃是防止硬殼型廢品產生的有效方法。

對于鼓泡型廢品，根據其產生原因，保證規(guī)范裝爐及控制填充焦的粒度分布可有效防止此類廢品產生。對于變形廢品，如前文所述，提高瀝青軟化溫度段的升溫速率，減少制品軟化時間；同時保證炭塊的規(guī)范裝爐及填充焦的合理密實度均可減少制品的變形機率。

3 結語

焙燒過程中產生廢品的種類很多，包括氧化，掉塊，裂紋，硬殼，鼓泡，變形等。究其原因，有許多共同之處，包括前期升溫速率的控制；前期粘結劑氧化；合理升溫曲線的設定；規(guī)范裝出爐等。根據以上原因，可總結減少焙燒廢品產生的防范措施為：①合理設定焙燒升溫曲線，特別是400℃以下的升溫速率；②生產管理需嚴格按照焙燒生產規(guī)范執(zhí)行，包括炭塊裝出爐、填充料處理及裝爐、生產過程中及時補充填充料等；③嚴格執(zhí)行日常維修工作，特別是矯正火道墻的變形、清理火道墻結焦、填補火道墻裂縫等；④做好焙燒工序前的配料、成型等工作。