焙燒車間瀝青焦替作焙燒填充料技術(shù)研究

李忠誠

（陜西有色榆林新材料有限責(zé)任公司陽極分公司，陜西 榆林 719099）

目前電解鋁用碳陽極生產(chǎn)中的焙燒工序普遍采用煅后石油焦作為填充料，在焙燒過程中填充料主要作為陽極炭塊的保護(hù)介質(zhì)和傳熱介質(zhì)，起傳導(dǎo)熱量、提供揮發(fā)分排除通道，防止炭塊氧化及固定炭塊幾何形狀的作用。但在焙燒生產(chǎn)作業(yè)過程中，需要經(jīng)常對填充料進(jìn)行吸料布料處理，填充料顆?；ハ嗯鲎材Σ?，而煅后石油焦強(qiáng)度偏低，抗磨性能相對較差，因此在使用過程中焦粒會不斷磨損破碎，粒度組成會不斷細(xì)粉化，容易吸入火道內(nèi)和被收塵裝置收集排除，導(dǎo)致填充料的不斷消耗，在以后還需要不斷補(bǔ)入新煅后石油焦保證粒度組成，填充料粒度分布難以控制。

瀝青焦同樣作為一種焦化工業(yè)產(chǎn)物，具有跟煅后石油焦相近的常規(guī)理化指標(biāo)，雜質(zhì)含量少、具備導(dǎo)熱性能、有一定的抗氧化性等，使瀝青焦具備作為焙燒填充料的基本條件，另外瀝青焦有比煅后石油焦更高的密度、更好的抗磨性能和強(qiáng)度，使其具備煅后石油焦作為填充料所不具備的優(yōu)點——不容易細(xì)粉化、損耗量小。

因此將瀝青焦作為焙燒填充料使用作為本次的技術(shù)研究項目，旨在進(jìn)一步改善目前焙燒生產(chǎn)現(xiàn)狀，控制生產(chǎn)成本，同時滿足生產(chǎn)需求，提高填充料的使用周期，降低物料損耗，同時提高預(yù)焙陽極的質(zhì)量，減少工人的勞動強(qiáng)度。

本次技術(shù)研究的選題背景單位為一家預(yù)焙陽極生產(chǎn)型企業(yè)，自2012年年底開始陸續(xù)試車投產(chǎn)，其中焙燒部于2012年9月份開始試車投產(chǎn)，期間根據(jù)行業(yè)慣例，使用煅后焦作為填充料，煅后焦在外觀質(zhì)量和理化指標(biāo)方面滿足基本標(biāo)準(zhǔn)要求，但其燒損率高、強(qiáng)度低、容易氧化、使用周期短，工人的勞動強(qiáng)度大，故有必要開展使用瀝青焦作為填充料的技術(shù)研究，以提高填充料的使用周期，降低生產(chǎn)成本。

1 通過本次的技術(shù)研究，可以實現(xiàn)以下幾個重要意義

探索新的材料替代碳素焙燒生產(chǎn)常規(guī)使用的煅后石油焦填充料，尋找更加適合作為焙燒填充料的物料；

降低填充料的消耗，減少焙燒生產(chǎn)成本；

改善焙燒作業(yè)環(huán)境，減少工人勞動強(qiáng)度；

通過減少生產(chǎn)區(qū)域和使用物料過程中產(chǎn)生的粉料，降低生產(chǎn)設(shè)備工作負(fù)擔(dān)，保證設(shè)備健康運(yùn)行；

通過研究活動尋找降低焙燒生產(chǎn)能耗的途徑。

2 本次技術(shù)研究的基本思路

瀝青焦是煤瀝青在焦?fàn)t中經(jīng)高溫（＞1100℃）焦化后得到的固體可燃產(chǎn)物。其硫分低、揮發(fā)分較低、線膨脹系數(shù)低、結(jié)構(gòu)致密、顆粒機(jī)械強(qiáng)度及耐磨性比較高，中國炭素企業(yè)在生產(chǎn)普通功率石墨電極的配方中有時加入一定量的瀝青焦，有利于提高成品的機(jī)械強(qiáng)度。

瀝青焦與煅后石油焦在理化性能上有一定差異，其主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

瀝青焦中的硫分遠(yuǎn)低于煅后石油焦，硫分過高在使用過程中會釋放出刺激性的SO2氣體，對陽極及生產(chǎn)環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響，故使用瀝青焦可改善爐面的作業(yè)環(huán)境；

瀝青焦因為其成焦溫度高，故揮發(fā)分較低，在焙燒過程中不容易產(chǎn)生紅料，從而能減少預(yù)焙陽極的氧化，在一定程度上也能降低填充料的燒損率；

瀝青焦的線膨脹系數(shù)低于煅后焦，在高溫情況下，其尺寸變化小，熱穩(wěn)定性好，作為填充料可延長其使用周期。

瀝青焦的結(jié)構(gòu)致密，其氣孔率低于煅后石油焦，氣孔率高影響其熱傳導(dǎo)效率，在現(xiàn)有爐室寬度的情況下，若傳遞相同的熱量將消耗更多的天然氣，火道與產(chǎn)品之間將產(chǎn)生更大的溫差，在相同的火焰周期下預(yù)焙陽極的焙燒效果降低，使用瀝青焦在一定程度上可降低天然氣消耗，并且可提高爐室的密封性，從而提高焙燒質(zhì)量；

瀝青焦的機(jī)械強(qiáng)度及耐磨性較好，在使用過程中焦粒之間的摩擦、相互碾壓造成的損耗較少，在相同條件下灰分產(chǎn)生量較少，可提高其利用率，延長使用周期；

綜上所述，瀝青焦作為填充料其硫分、揮發(fā)分、密實性、機(jī)械強(qiáng)度等性能理論上可滿足生產(chǎn)需求，故在煅后石油焦中加入一定量的瀝青焦作為填充料有一定的可行性。

3 技術(shù)研究實驗材料

混合填充料（瀝青焦/煅后焦1:1）；

煅后石油焦；

瀝青焦。

4 技術(shù)研究實施方案

根據(jù)市場上煅后石油焦和瀝青焦指標(biāo)情況，結(jié)合生產(chǎn)實際，制定出技術(shù)研究所需瀝青焦內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)，并采購回瀝青焦和煅后石油焦的混合焦料，初步確定兩種焦料配比為1：1，到貨后單獨(dú)存放，避免與正常生產(chǎn)所用填充料混合，并初步確定在11月份展開技術(shù)研究活動。

首先對混合填充料進(jìn)行基本的理化指標(biāo)分析，分析項目包括灰分、揮發(fā)份、真密度、堆積密度、強(qiáng)度分析等。采用取樣標(biāo)準(zhǔn)對混合填充料取4組樣品，每組樣品制備相同質(zhì)量的兩個平行樣，對于每組的指標(biāo)數(shù)值取平行樣平均值。

對物料的粒度組成進(jìn)行篩分析，與理化指標(biāo)分析的取樣和分組方式一樣，對混合填充料的粒度組成情況進(jìn)行分析統(tǒng)計，為最終實驗結(jié)果提供必要的數(shù)據(jù)依據(jù)。

在焙燒部1號、2號焙燒車間實施，1號焙燒車間共有54個爐室，現(xiàn)運(yùn)行兩個火焰系統(tǒng)，系統(tǒng)共占用爐室36個，剩余18個空爐室，2號焙燒車間共有54個爐室，運(yùn)行三個火焰系統(tǒng)。實驗步驟如下：

（1）現(xiàn)在1號焙燒車間加入第三個火焰系統(tǒng)，3號火焰系統(tǒng)全部使用混配填充料；

（2）在1號焙燒車間1號、2號火焰系統(tǒng)逐步使用混配填充料，總體瀝青焦占混合填充料的25%；

（3）2號焙燒車間使用煅后焦作為填充料；

（4）對1號、2號焙燒各火焰系統(tǒng)進(jìn)行不同火焰周期進(jìn)行生產(chǎn)，具體情況如下：

?1號焙燒車間：1號火焰系統(tǒng)36小時、2號火焰系統(tǒng)32小時、3號火焰系統(tǒng)28小時；

?2號焙燒車間：1號火焰系統(tǒng)36小時、2號火焰系統(tǒng)32小時、3號火焰系統(tǒng)28小時；

（5）采用連續(xù)爐室實驗的方式，在實驗爐室中使用混合填充料生產(chǎn)，并對各料箱料面高度、用料量、鋪設(shè)情況等進(jìn)行記錄。

（6）經(jīng)過一個炭塊生產(chǎn)周期以后，同樣記錄相同數(shù)據(jù)，并做好攝影記錄，對填充料進(jìn)行取樣分析，分析項目同實驗前的分析項目。根據(jù)前期收集的數(shù)據(jù)和實驗中及實驗后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類統(tǒng)計分析，確定實驗前后的效果對比，具體對比情況如下：

填充料粒度、粒級、燒損率等對比如下：

瀝青焦占25%（36小時周期）

?粒度：3mm～6mm粒度90%以上；

?粉料含量:3mm以下低于10%；

?燒損率:約17%；

瀝青焦占50%（36小時周期）

?粒度：3mm～6mm粒度90%以上；

?粉料含量：3mm以下低于10%；

?燒損率：約15%；

煅后石油焦（36小時周期）

?粒度：3mm～6mm粒度90%以上；

?粉料含量:3mm以下低于10%；

?燒損率:約16%；

對出爐預(yù)焙陽極的理化指標(biāo)進(jìn)行對比

瀝青焦占25%（36小時周期）

?表觀密度：1.53g/cm3

?真密度：2.1g/cm3

?耐壓強(qiáng)度：28N/mm2

?電阻率：66Ω.mm2/m

?灰分含量：1.2%

瀝青焦占50%（36小時周期）

?表觀密度：1.54g/cm3

?真密度：2.2g/cm3

?耐壓強(qiáng)度：29N/mm2

?電阻率：62Ω.mm2/m

?灰分含量：1.0%

煅后石油焦（36小時周期）

?表觀密度：1.54g/cm3

?真密度：2.0g/cm3

?耐壓強(qiáng)度：29N/mm2

?電阻率：63Ω.mm2/m

?灰分含量：1.1%

（7）從經(jīng)濟(jì)性、作業(yè)環(huán)境、人員勞動強(qiáng)度改善等方面進(jìn)行評價，得出階段性研究結(jié)論。根據(jù)階段性結(jié)論，討論決定是否開展下一階段的研究實驗，本次研究內(nèi)容初步確定為煅后石油焦和瀝青焦混配來代替單獨(dú)使用瀝青焦以及填充料的方式進(jìn)行生產(chǎn)，其混配比例為1:1，對后期的陽極清理以及經(jīng)濟(jì)效果較明顯，同時對于陽極的理化指標(biāo)沒有影響，能夠滿足生產(chǎn)的需要。

5 研究成果投入后經(jīng)濟(jì)效益預(yù)估

（1）為了使項目真正落地，項目在前期需要投入填充料采購費(fèi)用104萬元。

（2）現(xiàn)階段填充料價格為2069元/噸，每月焙燒車間需消耗500噸左右，每年使用填充料的成本為：2069×500×12＝1241.4萬元。使用混合瀝青焦后，填充料利用率提高30%，則每月消耗量可降低150噸，每年可節(jié)省成本：2069×150×12＝372.42萬元。

綜上所述，通過填充料以及瀝青焦的混配，可以提高填充料利用率，可避免頻繁換料，減少員工的勞動強(qiáng)度，在一定程度上可提高員工的積極性，對經(jīng)濟(jì)效益的提高起到了積極的作用，所以根據(jù)研究成果決定在該企業(yè)推行瀝青焦以及填充料混配使用。