任行強

（赤壁長城炭素制品有限公司，湖北赤壁 437300）

0.引言

鋁用碳素陽極行業(yè)發(fā)展不平衡，陽極產(chǎn)能過剩。隨著國家供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革和“三去一降一補”政策的實施，碳陽極產(chǎn)能將在一個階段處于過剩的狀態(tài)。這就要求碳素企業(yè)牢牢把握高質(zhì)量綠色發(fā)展，堅持質(zhì)量第一、效益優(yōu)先。

1.預(yù)焙陽極生產(chǎn)現(xiàn)狀和問題

1.1 生產(chǎn)工藝流程

預(yù)焙陽極生產(chǎn)是以少灰碳素材料石油焦和煤瀝青為原料，生產(chǎn)鋁電解槽使用的預(yù)焙陽極。主要工序有原料、煅燒、配料、混捏、成型和焙燒，原理見圖1。

圖1 原理圖

1.2 原料工序

原料石油焦和煤瀝青（固體、液體）進廠后，分別貯存在原料儲槽（罐）和瀝青儲槽（罐）內(nèi)。不同產(chǎn)地的石油焦按照規(guī)定的原料配比計量稱重，通過精準(zhǔn)配料系統(tǒng)混合配料、破碎機破碎后進入煅燒配料倉，后經(jīng)過自動加料系統(tǒng)進入罐式煅燒爐內(nèi)進行高溫煅燒。石油焦的S和微量元素要求根據(jù)下游電解鋁企業(yè)的要求不同而選擇不同的焦源，灰分控制在0.5%以內(nèi)，揮發(fā)分控制在10%左右。煤瀝青大部分企業(yè)選擇高溫改質(zhì)煤瀝青，灰份要低于0.3%，水份要低于5%，并且水份和灰份要盡量降低；結(jié)焦值要在50%及以上，揮發(fā)分≤57%、甲苯不溶物28%～34%、軟化點：105℃～115℃、Na≤200ppm。

1.3 煅燒工序

現(xiàn)階段，我國企業(yè)絕大部分采用罐式煅燒爐來進行煅燒，煅燒爐的罐數(shù)也越來越大，已經(jīng)有120罐的單臺煅燒爐在使用。煅燒爐煙氣余熱回收利用是節(jié)能減排和增加效益的重要手段。煅后焦的質(zhì)量要求一般為：真密度不小于2.06g/cm3，粉末電阻率不大于500μΩ·m，水份不大于0.1%，揮發(fā)份不大于0.7%，灰分不大于0.4%，硫份和微量元素指標(biāo)控制以電解鋁要求指標(biāo)為準(zhǔn)。

1.4 配料工序

在配料工序中，主要涉及到兩方面內(nèi)容，分別為瀝青比和粒度比。首先，在進行預(yù)焙陽極生產(chǎn)時，我國的大多數(shù)企業(yè)都會優(yōu)先考慮應(yīng)用大顆粒配方，在其中煤瀝青的用量在總比的15%～17%之間[1]。其次，對于粒度比來說，通過對于不同的預(yù)焙陽極的生產(chǎn)企業(yè)的考察，我們發(fā)現(xiàn)他們所使用的干料在料級和最大顆粒上，都并不完全一樣。出現(xiàn)這種情況的原因是由于所使用的石油焦的產(chǎn)地和工藝路線不同，破碎篩分以后，粒徑分布的差異性也是出現(xiàn)這種現(xiàn)象的重要原因。所以，各個生產(chǎn)企業(yè)在具體的預(yù)焙陽極的生產(chǎn)過程中，都在通過不斷的實踐探索，進而確定一個科學(xué)、合理的粒度比[2]。

1.5 混捏工序

混捏的工藝技術(shù)條件主要是溫度和時間，在進行生陽極的生產(chǎn)時，要能夠合理地把控混捏的溫度以及時間。一般來說，混捏過程的最佳溫度視粘結(jié)劑的軟化點而定。一般來說，混捏最終溫度應(yīng)該選定比粘結(jié)劑軟化點高出50℃～80℃，在此溫度下，瀝青具有較好的浸潤作用，因為溫度高、瀝青粘度小、流動性好、浸潤效果好，同時滲透到顆?？障吨腥3]；溫度不夠，瀝青粘度大，混捏時攪刀轉(zhuǎn)動負荷大，較難使鍋內(nèi)粉料和瀝青混捏攪拌均勻，糊料密實度差，糊料的塑性也差，用這樣的糊料壓制出來的生坯，體積密度小，焙燒后氣孔率大，因此在較低溫度下混捏是不允許的，如果溫度過高，瀝青受熱開始變化，部分輕質(zhì)組分逐漸分解揮發(fā)，并加強了瀝青中炭氫化合物的氧化作用，使糊料塑性變差，影響成型的成品率。對于混捏時間而言，干混要控制在20min～30min之內(nèi)，而在加入煤瀝青進行濕混時，時間為30min。需要注意的是，要合理的把控混捏的時間，不能夠過長或者過短，都會對預(yù)焙陽極的質(zhì)量造成不利的影響。

1.6 成型工序

在國內(nèi)進行預(yù)焙陽極生產(chǎn)時，較多應(yīng)用振動成型的方法，但是這種傳統(tǒng)的振動成型方法在使用的過程中，具有一定的缺陷問題。首先，振動成型機的機身較大，而且比較笨重，每臺機器在制造的過程中需要耗費較多的鋼材。其次，在振動成型機中，具有較多的傳動性和附屬部件，因此就使得在使用過程中事故頻發(fā)，在維修的過程中，也具有較大的工作量，所需的運行費用高昂。最后，振動成型機具有大量的動力消耗，所需的能耗高。

1.7 焙燒工序

現(xiàn)階段，在預(yù)焙陽極的生產(chǎn)過程中，主要是通過傳統(tǒng)的環(huán)式焙燒爐，開展焙燒工作。但是這種傳統(tǒng)的焙燒爐在實際應(yīng)用的過程中，具有一定的不足和缺陷。首先，在傳統(tǒng)的環(huán)式焙燒的過程中，會消耗大量的煤氣，因此需要較多的燃料投入。其次，對于對外排放的煙氣中，具有較高的瀝青煙氣的含量，因此會造成較為嚴(yán)重的環(huán)境污染。而且這種環(huán)式焙燒爐能耗大，電機功率較高。再次，在同一個焙燒室內(nèi)，具有明顯的上下溫差，而且其中的制品的質(zhì)量，呈現(xiàn)出不均勻的問題。最后，對于焙燒室的墻體來說，頻繁出現(xiàn)損壞的問題，具有較大的維修量。

2.預(yù)焙陽極的發(fā)展方向

2.1 產(chǎn)業(yè)布局

鋁用碳素陽極分布現(xiàn)狀不合理, 從企業(yè)分布來看，商品陽極產(chǎn)能主要集中在華東地區(qū)的山東約769萬噸、華中地區(qū)的河南約326萬噸，西北地區(qū)的新疆22萬噸、甘肅10萬噸和青海35萬噸。山東省商用預(yù)焙陽極的產(chǎn)能占全國產(chǎn)能的約40%是中國預(yù)焙陽極的產(chǎn)量高地和價格洼地。

隨著電解鋁布局的調(diào)整，產(chǎn)能指標(biāo)主要轉(zhuǎn)移到廣西、云南、內(nèi)蒙和貴州等地。陽極商業(yè)模式也發(fā)生了變化，由原來的配套為主，變?yōu)?998—2008年這10年的商品為主，現(xiàn)在又變?yōu)橄鄬ε涮诪橹鳎唐窞檩o。

碳素產(chǎn)業(yè)分布將發(fā)生根本變化，市場變化不可測因素增多，處于“2+26+3”城市，尤其是河南的碳素產(chǎn)業(yè)淘汰將加劇。環(huán)保等投入勢必加大，原料、生產(chǎn)和運行成本相對于疲軟的陽極價格也將抬升。這也就意味著具備全產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢的企業(yè)受益最深?！?+26+3”城市的環(huán)保一年嚴(yán)于一年，落后產(chǎn)能淘汰將加快，產(chǎn)能轉(zhuǎn)移將加快。

2.2 生產(chǎn)工藝

碳陽極生產(chǎn)是把散狀原料加工成塊狀成品，所以在環(huán)保不完善的時代，碳陽極生產(chǎn)給人印象是三高：高污染，原料和生產(chǎn)過程中無組織，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生焦油等危廢；高能耗，生產(chǎn)過程需要耗大量的電和天然氣；高風(fēng)險，生產(chǎn)過程高溫、高熱，特種設(shè)備多，鍋爐、天然氣、熱煤油和瀝青庫都是易發(fā)事故的重點風(fēng)險源。但經(jīng)過這么多年的發(fā)展，碳陽極企業(yè)發(fā)展更新很快，不但破除了老“三高”，而且已經(jīng)發(fā)展成為新的三高：高集成，不但生產(chǎn)陽極，而且處理水、凈化水、賣蒸汽、發(fā)電和供熱等；高智能，生產(chǎn)管理都大數(shù)據(jù)化，操作和控制集中，新建工廠勞動生產(chǎn)率都在2000噸/人年；高規(guī)模，無論是生產(chǎn)線還是煅燒爐、焙燒爐、混捏鍋這樣的單體設(shè)備產(chǎn)能都越來越大，單生產(chǎn)線30萬噸/年起步，新廠建設(shè)遵循了最先進的碳素生產(chǎn)工藝以及實踐著綠色發(fā)展理念和高度集成流程控制，在建設(shè)成本2000元/噸以下，勞動生產(chǎn)率2000噸/人年以上條件下，實現(xiàn)了像先進電廠那樣的集中控制和環(huán)保指標(biāo)。原料儲存已經(jīng)由槽向罐轉(zhuǎn)變，采用翻車結(jié)構(gòu)卸料，采用精準(zhǔn)配料系統(tǒng)配料、混料，大幅降低了原料的無組織排放和污染問題，提高了配料的經(jīng)濟性和精準(zhǔn)性。煅燒爐單體最大產(chǎn)能達到原來的三倍以上，余熱利用能夠滿足80%～90%的自用電，煙氣凈化系統(tǒng)和焙燒共用，產(chǎn)生的煅后焦不進中間倉直接進破碎系統(tǒng)，減少了中間過程，降低流程能耗。成型系統(tǒng)實現(xiàn)了6000L的混捏鍋和一鍵配料，振動成型運行效率提高一倍，環(huán)境噪音降低30%以上，實現(xiàn)自動監(jiān)測質(zhì)量和質(zhì)量全流程跟蹤。焙燒爐最大單體產(chǎn)能突破35萬噸，天然氣單耗最低降到45標(biāo)方以下，實現(xiàn)了機器人全程實施的外觀清理和天車堆垛。能耗大幅降低，基本上低于190kg/t，碳排放量僅為0.4307t，實現(xiàn)了節(jié)能明顯、超低超凈排放目標(biāo)。

3.總結(jié)

國家政策和市場競爭要求鋁用碳素企業(yè)綠色、環(huán)保、節(jié)能、安全、優(yōu)質(zhì)、低耗、高效、智能發(fā)展；要求鋁用碳素企業(yè)設(shè)備大型化、工廠智能化、配置集約化、單線產(chǎn)能最大化；要求鋁用碳素企業(yè)向資源、綠色能源豐富地區(qū)、成本洼地轉(zhuǎn)移；要求鋁用碳素企業(yè)與電解鋁企業(yè)戰(zhàn)略合作常態(tài)化，商品配套定制化，資源配置共享化，形成上下游循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)鏈，實現(xiàn)利益最大化。