石油焦對預(yù)焙陽極質(zhì)量的影響因素分析

＊趙鵬沖 趙秀琪

（陜西美鑫產(chǎn)業(yè)投資有限公司 陜西 727000）

石油焦對預(yù)焙陽極質(zhì)量的影響因素分析

＊趙鵬沖 趙秀琪

（陜西美鑫產(chǎn)業(yè)投資有限公司 陜西 727000）

科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步使得電解鋁行業(yè)得到迅猛的發(fā)展，與此同時(shí)，也促進(jìn)了炭素行業(yè)的快速發(fā)展，除此之外，還帶動了煉鋼業(yè)的發(fā)展壯大，使得電極生產(chǎn)必不可少的石油焦需求量極速增大，但是隨著國內(nèi)煉鋼行業(yè)的快速發(fā)展使得國內(nèi)的優(yōu)質(zhì)石油焦原料越來越緊俏，為保障國內(nèi)煉鋼產(chǎn)業(yè)的良好發(fā)展，針對石油焦的預(yù)焙陽極質(zhì)量進(jìn)行研究具有非常重要的意義，必須從原材料控制角度著手，有效控制預(yù)焙陽極質(zhì)量，這對陽極生產(chǎn)具有非常現(xiàn)實(shí)的意義。文章從不同角度論述了石油焦對預(yù)焙陽極質(zhì)量的影響因素，供大家參考。

石油焦；預(yù)焙陽極質(zhì)量；影響因素

當(dāng)前鋁工業(yè)大型玉焙槽技術(shù)已經(jīng)得到了非常廣泛的應(yīng)用，同時(shí)對預(yù)焙陽極性能與質(zhì)量提出了非常高的要求，我國從上世紀(jì)八十年代開始從國外引進(jìn)預(yù)焙陽極先進(jìn)技術(shù)，經(jīng)過多年來的發(fā)展，雖然當(dāng)前陽極生產(chǎn)工藝與生產(chǎn)質(zhì)量有了非常大的改進(jìn)，但是和國外先進(jìn)水平相比，始終存在著巨大差距。鋁電解用預(yù)焙陽極被稱作是電解槽的“心臟”，在電解過程中它會起到導(dǎo)電和其化學(xué)反應(yīng)兩方面作用，因此在鋁電解過程中炭耗起到了非常重要的作用，隨著煉鋼業(yè)的不斷擴(kuò)大，對石油焦的需求量不斷增大，造成了優(yōu)質(zhì)石油焦需求量的緊缺，這種情況下分析石油焦對預(yù)焙陽極質(zhì)量的影響因素進(jìn)行分析很有必要。

1.陽極消耗對電解的影響

理論上炭在電解過程中的消耗在333～667kg/t-Al之間，但若使電流效率達(dá)到100%卻不可能實(shí)現(xiàn)，實(shí)際使用過程之中的炭消耗量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于理論值，目前可以實(shí)現(xiàn)的電流效率為95%，與此同時(shí)相對應(yīng)的炭耗保持在400～420kg/t-Al的范圍，這與理論消耗值的差距較大。電解消耗如圖1所示。電的化學(xué)反應(yīng)所需要的消耗與過量的消耗共同構(gòu)成陽極的凈消耗，陽極的質(zhì)量與過量消耗之間關(guān)系甚密，但是又由于陽極質(zhì)量的不同，導(dǎo)致過量消耗指標(biāo)范圍為20～150kgC/ t-Al，目前國內(nèi)青海某公司實(shí)際使用過程之中的陽極消耗為460kgC/t-Al，所對應(yīng)的電化學(xué)反應(yīng)消耗為360kgC/t-Al，其過量消耗的平均值為100kgC/t-Al，和國際先進(jìn)指標(biāo)始終存在較大差距。從以上論述中可以看出，預(yù)焙的陽極對陽極的消耗有著最為直接的影響，與此同時(shí)，對陽極的消耗造成影響的因素眾多且均與陽極質(zhì)量關(guān)系密切，CO2反應(yīng)性與空氣反應(yīng)性等陽極的抗氧化性能與微量元素直接相關(guān)，與陽極原料也關(guān)系密切，且石油焦作為主原料直接影響著陽極質(zhì)量。

表1 電解消耗

2.石油焦特性對陽極質(zhì)量的影響

鋁電解所需要的預(yù)焙陽極一般由煤瀝青膠、石油焦以及殘極構(gòu)成，該材料表現(xiàn)出多孔性，與此同時(shí)，還經(jīng)以高溫?zé)釋ζ溥M(jìn)行處理之后方可作為預(yù)焙陽極生產(chǎn)所需要的材料，在此陽極的生產(chǎn)過程中，為保障陽極的強(qiáng)度以及密度，煅燒之后的焦需要按照不同粒徑來使用。

(1)密度

密度較高的焦其空氣度往往比較小，且容易石墨化，同時(shí)電阻率比較低、熱膨脹系數(shù)較小，高溫煅燒處理后，促進(jìn)石油焦強(qiáng)度、致密度及導(dǎo)電性能的提高，經(jīng)過煅燒之后的材料其物理化學(xué)性能的提高程度都比較明顯，陽極質(zhì)量也發(fā)生了改變，煅燒溫度直接影響了煅燒質(zhì)量，但并不意味著煅燒焦致密度越高預(yù)焙陽極的質(zhì)量就越高，研究表明，煅后焦的致密度為2．05g·cm-3時(shí)，陽極中的二氧化碳反應(yīng)性指標(biāo)會表現(xiàn)出明顯的變化，但是超高溫并不會獲得更好的效果，反而會對質(zhì)量造成不利影響。

圖1 熱裂石油焦性質(zhì)的變化與燃燒溫度的關(guān)系1-揮發(fā)份排出量 2-電阻器 3-相對收縮 4-真密度

(2)電阻率

煅燒焦電阻率對炭陽極電阻率有著較為明顯的影響，不同焦子的粒度范圍不同，電阻率也就不同，伴隨熱處理溫度的逐漸升高，煅后焦所對應(yīng)的電阻率開始慢慢降低，待煅燒溫度高達(dá)1200℃時(shí)電阻的變化接近停止，石油的焦排氣也基本結(jié)束，由此可見，原料電阻率決定了最終的陽極電阻率。大量生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)證實(shí)，原料電阻率、預(yù)焙陽極電阻率二者主要呈現(xiàn)出正比例關(guān)系。

(3)顆粒強(qiáng)度

顆粒強(qiáng)度對炭的陽極強(qiáng)度有著直接的影響，鋁電解的預(yù)焙陽極在侵蝕性極強(qiáng)且高溫的冰晶石溶液當(dāng)中使用才能發(fā)揮最大的效用，此時(shí)需要導(dǎo)電性、抗熱振性以及機(jī)械沖刷性等均較強(qiáng)，同時(shí)對炭壓進(jìn)行降低，除此之外，大顆粒的煅后焦骨料需要充分保證其預(yù)焙陽極的強(qiáng)度，石油焦顆粒須保證有足夠的強(qiáng)度，才能保證陽極的質(zhì)量。

(4)雜質(zhì)含量

石油焦的煉制以石油為主要原料，雜質(zhì)的存在在所難免，雜質(zhì)元素參與電解對原鋁性質(zhì)產(chǎn)生影響，使鋁的機(jī)械強(qiáng)度得到降低，同時(shí)增加電阻率，與此同時(shí)與炭素制品質(zhì)量也存在著直接性的關(guān)系，導(dǎo)致炭素制品的物理性能下降，諸如硫就是其中有害性較大的一種雜質(zhì)，對此可以在電解中以高硫焦對陽極進(jìn)行煉制，以氧化物的形態(tài)轉(zhuǎn)變成氣相，將會對電解環(huán)境造成十分嚴(yán)重的污染，此外，陽極棒上還會生成硫化鐵，使電壓降增加。石油焦中雜質(zhì)典型值如下表2所示。

表2 陽極石油焦中雜質(zhì)的典型值

(5)焦炭和二氧化碳的反應(yīng)性能

二氧化碳反應(yīng)性、預(yù)焙陽極空氣反應(yīng)性與陽極的過量消耗有著最為直接的關(guān)系，石油焦指標(biāo)會對炭陽極指標(biāo)產(chǎn)生影響，而石油焦的空氣反應(yīng)性與著火溫度、石油焦孔度及雜質(zhì)含量等直接相關(guān)，而二氧化碳反應(yīng)性和石油焦中密度及雜質(zhì)含量等因素相關(guān)。

3.原材料控制措施

因?yàn)槭徒沟漠a(chǎn)地都各不相同，在現(xiàn)階段石油焦供應(yīng)量越來越緊張的情況下，應(yīng)積極采取措施有效保證預(yù)焙陽極質(zhì)量，其中材料均化是一種非常有效果的方法，該方法需將不同質(zhì)量以及不同產(chǎn)地的原料分倉堆放，如此方可保證物料理化指標(biāo)的均勻性以及穩(wěn)定性。青海某公司也展開了相應(yīng)的研究及生產(chǎn)，并獲得了很好的效果，具體措施包括購置了一臺微量元素分析儀，建立起元素分析與配比選擇等相關(guān)內(nèi)容的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，分類存放不同微量元素，充分實(shí)現(xiàn)了混料煅燒，按預(yù)焙陽極所要求的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)之中所使用的夏裝，針對施工現(xiàn)場的全部進(jìn)場材料給予配料。本文上述的配料方案所需要的投資較少，且簡便易行，該公司在對原料初級配料實(shí)際情況進(jìn)行前后的比對之后發(fā)現(xiàn)，在未曾使用均化技術(shù)前，原料S元素的最高含量可達(dá)2．59%，最低也維持在0．6%左右，在利用原料的均化技術(shù)后，煅后原料中微量元素基本上可以保持在比較穩(wěn)定的范圍之內(nèi)，還是以S元素為例，其基本含量可以維持在0．13%～0．16%之間，陽極的質(zhì)量基本上是穩(wěn)定的。

結(jié)語

綜上所述，石油焦是目前國內(nèi)的預(yù)焙陽極生產(chǎn)使用較為普遍的一種原料，其自身性質(zhì)與陽極質(zhì)量有著最為直接的相關(guān)，目前國內(nèi)的鋁工業(yè)發(fā)展迅速，從而帶動了鋁用炭素行業(yè)的整體快速發(fā)展，在這種情況下，使得國內(nèi)的優(yōu)質(zhì)石油焦處于供不應(yīng)求的局面。通過研究石油焦與預(yù)焙陽極質(zhì)量之間的影響關(guān)系發(fā)現(xiàn)，原料的應(yīng)用均化技術(shù)可以有效解決目前整個(gè)行業(yè)陽極質(zhì)量不佳的問題，大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證實(shí)，它是一項(xiàng)效果明顯、簡單易行的方法和途徑。

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趙鵬沖（1987～），男，陜西美鑫產(chǎn)業(yè)投資有限公司，研究方向:電解鋁行業(yè)。

((責(zé)任編：高鎮(zhèn)峰)

Analysis of the Influencing Factors of Petroleum Coke on the Prebaked Anode Quality

Zhao Pengchong, Zhao Xiuqi

（Shanxi Meixin industrial investment Co., ltd, Shanxi, 727000）

The progress of science and technology has promoted the electrolytic aluminium industry’s development in a fast speed, meanwhile, it has also promoted the fast development of carbon industry, apart from that, it has driven the development and growing of steel-making industry, besides, it has increased the demand for petroleum coke, which is essential for the electrode producing, in a extremely speed. However, along with the fast development of domestic steel-making industry, the supply of domestic petroleum coke raw materials of high quality has become more and more tight. In order to guarantee the good development of domestic steel-making industry, take a study of the petroleum coke’s perbaked anode quality is of great significance and it must be done from the perspective of raw materials control, besides, control effectively the prebaked anode quality, which has much practical significance for the anode production. In this paper, it has expounded the influencing factors of petroleum coke on prebaked anode quality from different perspectives for people’s reference.

petroleum coke；prebaked anode quality；influencing factors

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