焙烧炭块质量的分析

作者简介：苏景民，1965年2月生，江苏无锡人，电器工程师，1986年毕业于中南工业大学计算机专业。现在白银红鹭铝业公司焙烧车间工作，任焙烧车间主任。曾参与红鹭铝业公司18室、54室建设、改造、投产、烘炉等工作，1996年获得中国科协、中国质协联合颁发的QC优秀成果论文奖，2003年获得白银市科技进步奖。

联系电话：0943—8232139 邮政编码：730900

焙烧炭块质量的分析

苏景民

（白银红鹭铝业有限责任公司，甘肃 白银730900）

摘要：通过对阳极炭块质量的跟踪，焙烧工艺的控制，找出影响炭块质量的原因，避免阳极炭块在生产过程中的不利因素，提高炭块质量。 关键词：焙烧温度；炭块质量.

Quality Analysis of The Anode Carbon

SU Jing-min

(Baiyin Ibis Aluminum Co. Ltd ,Gansu Baiyin 730900，China)

Abstract：Through tracking on anode carbon quality and controlling on baking ,find out the cause of influence carbon quality, avoid disadvantage factors of anode carbon in the production ,increase carbon quality.

Key words: carbon quality；baking temperature 一、前言

我公司焙烧有54炉室和18炉室两个生产系统，焙烧炉是敞开式、w型环式炉，分别采用煤气和重油做燃料进行加热升温。54室焙烧炉结构为8火道7料箱，料箱尺寸为：3440×730×4170mm，每炉平装生块84块，有三个火焰系统每个火焰系统为18个炉室。18室焙烧炉结构为9火道8料箱，料箱尺寸为：5330×703×5240mm，每炉立装生块192块，一个火焰系统。两系统年生产能力达到8万吨。

二、制定合理的升温曲线

焙烧是炭素制品生产中的一个重要工序，生坯炭块的焙烧是生坯炭块在专门设计的加热炉内周围用填充料隔绝空气，按一定升温速度将生坯加热到1000℃---1050℃左右的生产工序。在焙烧过程中生坯炭块主要是进行粘结剂的分解和聚合反应。焙烧的升温速度、温度梯度及最高温度对阳极 质量都有很大影响。

生坯炭块在焙烧过程中主要是粘结剂的焦化过程，即是沥青进行分解、环化、芳构化和缩聚等反应的综合过程。具体生坯炭块在焙烧炉内焦化过程与温度加热变化如下表。

我公司根据生坯炭块在焙烧炉内焦化的过程及54室焙烧炉室、18室焙烧炉室的结构和煤气、重油的热值计算，分别对54室焙烧炉室和18室焙烧炉室采用了252小时和168小时的加热炭块升温曲线的生产过程。移炉周期分别采用36小时和28小时。

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低温预热阶段 中温阶段 200℃左右 200℃--300℃ 400℃ 500℃--650℃ 700℃以上 制品粘结剂开始软化 制品内吸附的水和化合水以及低分子烷烃被排出。 以上变化最为突出 碳环聚合形成半焦 半焦结构分解，逐渐形成焦炭，构成乱层堆积结构基本单位的六角网状平面。 这种二维排列的碳原子网格进一步脱氢和收缩，以后就变成了沥青焦。 高温烧结阶段 900℃以上 燃料生产大规格炭块和炭块平装的生产要求，及用重油作为燃料生产大规格炭块和炭块立装的生产要求，该曲线容易操作又安全，尤其在排出挥发份阶段，排出的挥发份不但能充分燃烧，焦化反映比较彻底，而且对低温炉室起到一个很好的预热作用，使系热得到合理利用，烟气进入烟斗后温度平均为200 ℃，到净化系统温度在60℃--130℃，达到技术要求，有利于净化系统对烟气的净化与排放。从产品质量取样结果分析看，理化指标和外观质量都比较好，故我公司54室焙烧炉室采用252小时加热升温曲线，18室焙烧炉室采用168小时加热升温曲线是合理的。 三、炭块变形破损原因分析及解决

生炭块经过焙烧后出下列几种废品 1．立装炭块炭碗塌陷变形

18室焙烧炉室立装炭块经焙烧后炭碗塌陷变形，导致阳极导杆不能安装。其原因:

1.1立装炭块在炉室内填充料不能将炭碗填实, 炭碗内有空隙。在焙烧炭块过程中制品处在软化阶段时,由于炭碗内有空隙炭碗处制品塌陷引起变形,造成废品。

1.2生炭块粘结剂用量偏高。 1.3振动成型压力较低。

我公司现使用纸板将装满填充料的炭碗先固定后再装炉。具体是先将填充料填满炭碗,再用根据炭碗结构尺寸制作的纸板将炭碗内的填充料固定,使立装起的炭块炭碗内被填充料填实,在焙烧过程中炭块炭碗内没有空隙就避免了炭块炭碗的变形。

2．炭块表面出现裂纹

2.1横裂：横裂是沿制品方向产生的裂纹，主要是生炭块质量偏低所引起，其原因：

2.1.1原料煅烧温度过低，炭质原料得不到充分收缩，挥发分不能完全排除，原料理化性能达不到稳定。在焙烧进程中骨料颗粒产生大的二次收缩，则可能在炭块表面出现不规则的裂纹（网状）。

2.1.2振动成型进糊料温度低，振动时间不够。

2.1.3前后糊料的差别较大且结合不好，振动成型时造成生炭块内部结构有缺陷，虽然炭块表面未出现问题，但在焙烧时容易出现横裂。

2.1.4粘结剂用量偏少。

2.1.5升温过快。火道上，下温差大，相邻两条火道温差大，也能造成制品横裂。 2.2纵裂

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2.2.1生块装炉时，靠火道墙太近，导致炭块局部升温过快，生块局部表面的挥发份分解速度过快，使生炭块产生不均匀膨胀和收缩，造成炭块纵裂。

2.2.2升温曲线的制定不合理，挥发份大量排出阶段升温速度过快，造成产品内部与表面温差过大，炭块表面已烧结而内部还在继续排出挥发份而引起炭块表层产生裂纹。

2.2.3冷却阶段降温速度过快，炭块表层现内部收缩不一致也会产生裂纹。

上述几种情况外生炭块在振动成型时，配料不合理，粘结剂用量偏少，生炭块内部结构有缺陷，则在焙烧中产生纵裂的可能性大大增加。粘结剂用量偏多时, 振动成型压力较低,生坯在焙烧过程中的体积收缩以及生坯内粘结剂的迁移从而也使焙烧废品产生.

2.3变形

2.3.1加热速度缓慢,促成了制品沿直径方向过大的膨胀,制品沿长度方向下沉导致变形. 2.3.2振动成型时出现变形块（高低块）

2.3.3焙烧天车工装炉操作不当，层间料不平，炭块底部局部缺料，焙烧后造成炭块变形。 2.3.4填充料含有水分，大小粒度不一，填充不实炭块四周有局部空区，焙烧时造成炭块变形。 2.3.5炉室状况不佳，料箱破损严重，也能造成炭块变形。 2.4氧化

2.4.1装炉时填充料没有填实或焙烧中发生局部填充料下陷，致使炭块局部暴露，造成氧化。 2.4.2装炉时炭块靠火道墙，焙烧后造成氧化。 2.4.3出炉时温度高（出红块）造成表面氧化。

2.4.4出炉时时间未到就吸出料箱内填充料，也会造成炭块表面氧化。 2.4.5火道墙有裂纹，燃料（煤气）进入料箱接触炭块将炭块烧损。 2.5 缺陷

2.5.1振动成型后炭块表面搭配不合理，在焙烧过程中能造成缺陷块。

2.5.2机械损伤，由于操作者操作不当，下夹具时没有对正，在装出炉时，库房摆块时，夹具将炭块切掉一块。

生炭块在焙烧过程中，由于生产技术水平的差异，操作者的责任心的高低，炉室火道的破损、变形、负压的影响，焙烧实际生温曲线偏离设计曲线，保温时间和冷却时间不够，各火道间有温差、火道内上、下有温差，对阳极炭块的质量也都有较大的影响。

四、提高焙烧炭块的质量途径

1.要在原料进口把住石油焦的质量并提高煅后焦的质量。 2.成型要有优质的生炭块来保证焙烧工序的正常运行与生产。

3.焙烧根据炉室结构和加热燃料的热值制定出合理的焙烧升温曲线和冷却曲线。 4.在焙烧的各升温阶段过程中，必须严格执行升温曲线的技术标准。

5.进行岗位技能培训，提高工人的技术水平和操作水平。避免由于操作引起外观的损坏及变形块。

五、结语

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实践证明，焙烧出合格的炭块首先要在原料上把质量关。煅烧严格执行工艺，确保煅烧的温度，煅烧过程中充分排除原料中的水分和挥发分，改善原料的导电性能，提高原料的密度、机械强度、抗氧化性能。成型中控制干料干混温度，控制湖料混涅温度，混涅时间，控制粘结剂用量，控制成型压力、温度、振动时间。焙烧制定好升温曲线，严格升温速度进行加热，精心装出炉作业。生产出合格的阳极炭块。

参考文献：

1、炭素材料生产问答. 冶金工业出版社. 2003

2、铝电解. 有色工业总公司职工教育材料编审办公室. 1985

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/54xg.html