王桂琴

摘 要：石油焦各項指標不穩(wěn)定、不均勻，尤其是石油焦內的雜質元素含量高，針對這一現象，炭陽極制造廠家必須通過以控制微量元素為基礎、兼顧其他常規(guī)指標的石油焦均質化應用技術，才能獲得質量符合要求的石油焦混配料，用于制備炭陽極。石油焦混配技術的前提條件是對不同產地原料物理性能、揮發(fā)分的高低、微量元素建立數據庫，不同品質的石油焦分類倉儲。關鍵是依據石油焦特性建立科學的物料混配模型，為優(yōu)化采購質量和不同品質石油焦混配創(chuàng)造基礎條件。根據石油焦混配模型原理，石油焦采購質量實現混配比例動態(tài)化、合理化。

關鍵詞：炭陽極；石油焦；混配；指標

中圖分類號：TE626.87；TF351 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）05-0082-02

1 石油焦混配技術的目的和意義

混配不同種類、不同成分和不同粒度的石油焦可以彌補某些石油焦存在的質量缺陷，達到石油焦的均質化和陽極配方的穩(wěn)定性，進而生產出理化性能指標較好的陽極產品；同時這也可變劣質石油焦資源為可用資源，使資源得到充分的綜合利用，合理的混配比可以使石油焦采購成本最優(yōu)，降低炭陽極生產成本。

2 數據庫構建

掌握所選石油焦產地及原料性能，對不同產地原料物理性能、揮發(fā)份的高低、微量元素建立數據庫，下表1為某公司在某一時間段的石油焦指標。

從此表可以看出每種焦子的微量元素、灰份、揮發(fā)份、硫含量波動很大，標準偏差大，Na元素含量的標準偏差為70、V元素的標準偏差為376、Ca元的標準偏差為406、S元素的標準偏差為1.05、揮發(fā)分含量的標準偏差為1.55，質量很不穩(wěn)定、不均勻。

3 不同品質石油焦混配技術的基本原則

3.1 控制煅燒前物料中的S含量，以控制石油焦和陽極的空氣和CO2反應性

石油焦中的硫在鋁電解過程中會與陽極鋼棒作用，增加陽極中鐵含量、降低原鋁品位，同時因硫與鐵反應生成FeS而增大陽極捧與炭陽極間的接觸電阻而增大陽極壓降。長期使用硫含量高的石油焦，會嚴重污染環(huán)境，并對操作工人的身體造成危害。

3.2 通過多原料配比，控制煅燒前物料中的V、Na、Ca含量，以控制煅后焦和陽極的空氣反應性

金屬雜質V、Ca等元素也對原料石油焦空氣反應性和二氧化碳反應性有強烈的催化作用。其中V是影響空氣反應性最大的一種元素。煅后石油焦在不同的真密度和堆積密度下，V元素可大大提高石油焦的空氣反應性。除了釩、鈣以外，鎳等金屬元素對石油焦的空氣反應性也具有強烈的催化作用。當然與煅燒工藝控制也有很大的關系，尤其是V含量比較高時，煅后焦的真密度及堆積密度對煅后焦的空氣反應性影響比較大。因此，嚴格控制石油焦中鈉、釩、鈣、鎳等金屬元素的含量，是提高石油焦質量的關鍵，它直接關系到炭陽極的空氣和二氧化碳反應性等重要指標。

3.3 控制微量元素中Ca、Na的含量，以控制CO2反應性

鈉對石油焦的氧化反應具有強烈的催化作用。在硫含量不變的條件下，隨著石油焦中鈉和鈣含量的增加，石油焦的二氧化碳反應性也迅速提高，特別是當硫含量較低時，鈉和鈣的氧化反應催化作用更強烈。石油焦空氣和二氧化碳反應性的提高將直接影響炭陽極的空氣和二氧化碳反應性，從而增加陽極單耗。

4 石油焦混配技術在生產中的應用

4.1 石油焦混配模型的構建

根據所選物料、混配原理及混配后硫含量、揮發(fā)份含量、微量元素含量應達到的技術要求建立物料數學混配模型，如表2所示。此外，同一廠家、同一牌號的石油焦質量指標隨焦化工藝的不同而波動，所以混配模型應根據數據庫進行動態(tài)化管理。

計算過程如下：假設2#焦：3#焦：高硫焦=x：y：z

對于Na元素：x*A1+y*A2+z*A3≤200 X+Y+Z=100

對于V元素：x*B1+y*B2+z*B3≤350 X+Y+Z=100

對于Ca元素：x*C1+y*C2+z*C3≤200 X+Y+Z=100

對于S元素：x*D1+y*D2+z*D3≤3.5 X+Y+Z=100

對于揮發(fā)份：x*E1+y*E2+z*E3≤13 X+Y+Z=100

在計算的過程中，需要根據不同品質石油焦各微量元素的典型值，充分考慮某些元素優(yōu)先控制法則和臨界值法則，能同時滿足以上公式的X、Y、Z比例，就是混配比例。

4.2 石油焦混配模型在實際生產過程中的應用

4.2.1 以石油焦指標為主的混配

依據物料混配模型計算：

對于Na元素：x*120+y*250+z*150<=200

對于V元素：x*100+y*1000+z*900<=200

對于Ca元素：x*110+y*980+z*220<=200

對于S元素：x*0.8+y*3.4+z*5.3<=3.5

對于揮發(fā)份：x*13.5+y*13+z*11.2<=13

經求解，依據指標優(yōu)先控制法則和混配目標臨界值法則，優(yōu)先考慮S元素，經計算三種石油焦的混配比例應為2#焦：3#焦：高硫焦=2：1：1，采購比例為2#焦：3#焦：高硫焦=50%：25%：25%?；炫浜骎、Ca超標，其余都在范圍內。

根據三種石油焦的采購單價及采購比例計算出最終采購平均價，石油焦單價按照2#焦2100元/噸、3#焦2000元/噸、高硫焦1600元/噸計算，以2#焦：3#焦：高硫焦=50%：25%：25%的采購比例，其平均價為2100*50%+2000* 25%+1600*25%=1950元/噸。

4.2.2 以石油焦采購成本為優(yōu)先考慮的混配

受到成本控制的影響，如石油焦采購比例為2#焦10%，3#焦20%，高硫焦70%，可以計算出最終混配后石油焦的各項指標。

Na元素：120*10%+250*20%+150*70%=167

V元素：100*10%+1000*20%+900*70%=840

Ca元素：110*10%+980*20%+220*70%=351

S元素：0.8*10%+3.4*20%+5.3*70%=4.47

揮發(fā)份：13.5*10%+13*20%+11.2*70%=11.79

此種采購法需按照2#焦：3#焦：高硫焦=1：2：7的比例混配，結果除Na、揮發(fā)份符合混配目標值外，其余S、V、Ca都超過混配目標值，尤其是V元素比較高。根據2#焦：3#焦：高硫焦=10%：20%：70%的采購比例，其平均價為2100*10%+2000*20%+1600*70%=1730元/噸。

4.2.3 石油焦指標及采購成本兼顧的混配

將采購比例進行優(yōu)化，如果按照2#焦40%、3#焦0%、高硫焦60%進行采購，根據物料混配模型可計算出各項指標為：

Na元素：120*40%+150*60%=138

V元素：100*40%+900*60%=580

Ca元素：110*40%+220*60%=176

S元素：0.8*40%+5.3*60%=3.5

揮發(fā)份：13.5*40%+11.2*60%=12.12

此種采購法，按照2#焦：高硫焦=2：3的比例混配，其結果S、Na、Ca、揮發(fā)份都在標準范圍內，V超出標準范圍，但較第二種混配法更接近于目標值。以2#焦：高硫焦=40%：60%的采購比例，其平均采購價為2100*40% +1600* 60%=1800元/噸。

4.2.4 以石油焦指標、成本及兩者兼顧的混配的性價比

綜合考慮石油焦的采購價格、S及揮發(fā)分含量、微量元素（Na、Ca、V），比較上述三種采購及混配比例，其混配后性價比如表3所示。

經過比較，指標、采購單價兼顧的性價比比較高，質量效益將在陽極毛耗和電解成本指標中得到體現。

5 石油焦混配的效果

石油焦混配的一個基本作用是讓雜質元素均勻分布在陽極中，而不是大起大落分布。石油焦混配后雜質元素V、Ca超出目標值，但能達到均質化的基本目標?；炫洳煌N類、不同成分和不同粒度的石油焦可以彌補某些石油焦存在的質量缺陷，達到石油焦的均質化和陽極配方的穩(wěn)定性，進而生產出理化性能指標較好的陽極產品。同時這也可變劣質石油焦資源為可用資源，使資源得到充分的綜合利用。

6 結語

根據石油焦混配數學模型原理，石油焦采購質量實現混配比例動態(tài)化、合理化。通過構建石油焦原料數據庫，指導石油焦原料的采購、倉儲及按比例搭配上線工作，實現上線石油焦均質化，進而做到炭陽極的均質化，延長電解陽極換極周期，降低陽極生產成本。

（1）石油焦按廠家分倉堆放，這是提高陽極質量源頭性的任務，也是實現不同品質石油焦精確混配的先決條件。

（2）建立較為完整、較為全面的數據庫，為優(yōu)化采購質量和不同品質的石油焦混配創(chuàng)造基礎條件。

（3）系統(tǒng)化引進炭素材料檢測技術和監(jiān)測設施，發(fā)揮在線監(jiān)測功效，與生產同步掌握原材料信息。

參考文獻

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