鋁電解用預(yù)焙陽(yáng)極原料石油焦混配技術(shù)

王桂琴

摘 要：石油焦各項(xiàng)指標(biāo)不穩(wěn)定、不均勻，尤其是石油焦內(nèi)的雜質(zhì)元素含量高，針對(duì)這一現(xiàn)象，炭陽(yáng)極制造廠家必須通過(guò)以控制微量元素為基礎(chǔ)、兼顧其他常規(guī)指標(biāo)的石油焦均質(zhì)化應(yīng)用技術(shù)，才能獲得質(zhì)量符合要求的石油焦混配料，用于制備炭陽(yáng)極。石油焦混配技術(shù)的前提條件是對(duì)不同產(chǎn)地原料物理性能、揮發(fā)分的高低、微量元素建立數(shù)據(jù)庫(kù)，不同品質(zhì)的石油焦分類倉(cāng)儲(chǔ)。關(guān)鍵是依據(jù)石油焦特性建立科學(xué)的物料混配模型，為優(yōu)化采購(gòu)質(zhì)量和不同品質(zhì)石油焦混配創(chuàng)造基礎(chǔ)條件。根據(jù)石油焦混配模型原理，石油焦采購(gòu)質(zhì)量實(shí)現(xiàn)混配比例動(dòng)態(tài)化、合理化。

關(guān)鍵詞：炭陽(yáng)極；石油焦；混配；指標(biāo)

中圖分類號(hào)：TE626.87；TF351 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）05-0082-02

1 石油焦混配技術(shù)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(bǔ)某些石油焦存在的質(zhì)量缺陷，達(dá)到石油焦的均質(zhì)化和陽(yáng)極配方的穩(wěn)定性，進(jìn)而生產(chǎn)出理化性能指標(biāo)較好的陽(yáng)極產(chǎn)品；同時(shí)這也可變劣質(zhì)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(gòu)成本最優(yōu)，降低炭陽(yáng)極生產(chǎn)成本。

2 數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建

掌握所選石油焦產(chǎn)地及原料性能，對(duì)不同產(chǎn)地原料物理性能、揮發(fā)份的高低、微量元素建立數(shù)據(jù)庫(kù)，下表1為某公司在某一時(shí)間段的石油焦指標(biāo)。

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(dòng)很大，標(biāo)準(zhǔn)偏差大，Na元素含量的標(biāo)準(zhǔn)偏差為70、V元素的標(biāo)準(zhǔn)偏差為376、Ca元的標(biāo)準(zhǔn)偏差為406、S元素的標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.05、揮發(fā)分含量的標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.55，質(zhì)量很不穩(wěn)定、不均勻。

3 不同品質(zhì)石油焦混配技術(shù)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(yáng)極的空氣和CO2反應(yīng)性

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

3.2 通過(guò)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(yáng)極的空氣反應(yīng)性

金屬雜質(zhì)V、Ca等元素也對(duì)原料石油焦空氣反應(yīng)性和二氧化碳反應(yīng)性有強(qiáng)烈的催化作用。其中V是影響空氣反應(yīng)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(yīng)性。除了釩、鈣以外，鎳等金屬元素對(duì)石油焦的空氣反應(yīng)性也具有強(qiáng)烈的催化作用。當(dāng)然與煅燒工藝控制也有很大的關(guān)系，尤其是V含量比較高時(shí)，煅后焦的真密度及堆積密度對(duì)煅后焦的空氣反應(yīng)性影響比較大。因此，嚴(yán)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(zhì)量的關(guān)鍵，它直接關(guān)系到炭陽(yáng)極的空氣和二氧化碳反應(yīng)性等重要指標(biāo)。

3.3 控制微量元素中Ca、Na的含量，以控制CO2反應(yīng)性

鈉對(duì)石油焦的氧化反應(yīng)具有強(qiáng)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(yīng)性也迅速提高，特別是當(dāng)硫含量較低時(shí)，鈉和鈣的氧化反應(yīng)催化作用更強(qiáng)烈。石油焦空氣和二氧化碳反應(yīng)性的提高將直接影響炭陽(yáng)極的空氣和二氧化碳反應(yīng)性，從而增加陽(yáng)極單耗。

4 石油焦混配技術(shù)在生產(chǎn)中的應(yīng)用

4.1 石油焦混配模型的構(gòu)建

根據(jù)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(yīng)達(dá)到的技術(shù)要求建立物料數(shù)學(xué)混配模型，如表2所示。此外，同一廠家、同一牌號(hào)的石油焦質(zhì)量指標(biāo)隨焦化工藝的不同而波動(dòng)，所以混配模型應(yīng)根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)化管理。

計(jì)算過(guò)程如下：假設(shè)2#焦：3#焦：高硫焦=x：y：z

對(duì)于Na元素：x*A1+y*A2+z*A3≤200 X+Y+Z=100

對(duì)于V元素：x*B1+y*B2+z*B3≤350 X+Y+Z=100

對(duì)于Ca元素：x*C1+y*C2+z*C3≤200 X+Y+Z=100

對(duì)于S元素：x*D1+y*D2+z*D3≤3.5 X+Y+Z=100

對(duì)于揮發(fā)份：x*E1+y*E2+z*E3≤13 X+Y+Z=100

在計(jì)算的過(guò)程中，需要根據(jù)不同品質(zhì)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(shí)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(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用

4.2.1 以石油焦指標(biāo)為主的混配

依據(jù)物料混配模型計(jì)算：

對(duì)于Na元素：x*120+y*250+z*150<=200

對(duì)于V元素：x*100+y*1000+z*900<=200

對(duì)于Ca元素：x*110+y*980+z*220<=200

對(duì)于S元素：x*0.8+y*3.4+z*5.3<=3.5

對(duì)于揮發(fā)份：x*13.5+y*13+z*11.2<=13

經(jīng)求解，依據(jù)指標(biāo)優(yōu)先控制法則和混配目標(biāo)臨界值法則，優(yōu)先考慮S元素，經(jīng)計(jì)算三種石油焦的混配比例應(yīng)為2#焦：3#焦：高硫焦=2：1：1，采購(gòu)比例為2#焦：3#焦：高硫焦=50%：25%：25%?；炫浜骎、Ca超標(biāo)，其余都在范圍內(nèi)。

根據(jù)三種石油焦的采購(gòu)單價(jià)及采購(gòu)比例計(jì)算出最終采購(gòu)平均價(jià)，石油焦單價(jià)按照2#焦2100元/噸、3#焦2000元/噸、高硫焦1600元/噸計(jì)算，以2#焦：3#焦：高硫焦=50%：25%：25%的采購(gòu)比例，其平均價(jià)為2100*50%+2000* 25%+1600*25%=1950元/噸。

4.2.2 以石油焦采購(gòu)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(gòu)比例為2#焦10%，3#焦20%，高硫焦70%，可以計(jì)算出最終混配后石油焦的各項(xiàng)指標(biāo)。

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(gòu)法需按照2#焦：3#焦：高硫焦=1：2：7的比例混配，結(jié)果除Na、揮發(fā)份符合混配目標(biāo)值外，其余S、V、Ca都超過(guò)混配目標(biāo)值，尤其是V元素比較高。根據(jù)2#焦：3#焦：高硫焦=10%：20%：70%的采購(gòu)比例，其平均價(jià)為2100*10%+2000*20%+1600*70%=1730元/噸。

4.2.3 石油焦指標(biāo)及采購(gòu)成本兼顧的混配

將采購(gòu)比例進(jìn)行優(yōu)化，如果按照2#焦40%、3#焦0%、高硫焦60%進(jìn)行采購(gòu)，根據(jù)物料混配模型可計(jì)算出各項(xiàng)指標(biāo)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(gòu)法，按照2#焦：高硫焦=2：3的比例混配，其結(jié)果S、Na、Ca、揮發(fā)份都在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，V超出標(biāo)準(zhǔn)范圍，但較第二種混配法更接近于目標(biāo)值。以2#焦：高硫焦=40%：60%的采購(gòu)比例，其平均采購(gòu)價(jià)為2100*40% +1600* 60%=1800元/噸。

4.2.4 以石油焦指標(biāo)、成本及兩者兼顧的混配的性價(jià)比

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

經(jīng)過(guò)比較，指標(biāo)、采購(gòu)單價(jià)兼顧的性價(jià)比比較高，質(zhì)量效益將在陽(yáng)極毛耗和電解成本指標(biāo)中得到體現(xiàn)。

5 石油焦混配的效果

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

6 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)石油焦混配數(shù)學(xué)模型原理，石油焦采購(gòu)質(zhì)量實(shí)現(xiàn)混配比例動(dòng)態(tài)化、合理化。通過(guò)構(gòu)建石油焦原料數(shù)據(jù)庫(kù)，指導(dǎo)石油焦原料的采購(gòu)、倉(cāng)儲(chǔ)及按比例搭配上線工作，實(shí)現(xiàn)上線石油焦均質(zhì)化，進(jìn)而做到炭陽(yáng)極的均質(zhì)化，延長(zhǎng)電解陽(yáng)極換極周期，降低陽(yáng)極生產(chǎn)成本。

（1）石油焦按廠家分倉(cāng)堆放，這是提高陽(yáng)極質(zhì)量源頭性的任務(wù)，也是實(shí)現(xiàn)不同品質(zhì)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(shù)據(jù)庫(kù)，為優(yōu)化采購(gòu)質(zhì)量和不同品質(zhì)的石油焦混配創(chuàng)造基礎(chǔ)條件。

（3）系統(tǒng)化引進(jìn)炭素材料檢測(cè)技術(shù)和監(jiān)測(cè)設(shè)施，發(fā)揮在線監(jiān)測(cè)功效，與生產(chǎn)同步掌握原材料信息。

參考文獻(xiàn)

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