预焙阳极水平裂纹影响因素及解决措施分析

预焙阳极水平裂纹影响因素及解决措施

分析

摘要：文章以预焙阳极水平裂纹为研究对象，分析了预焙阳极水平裂纹的影响因素，并提出了几点解决措施，希望为预焙阳极水平裂纹的控制提供一些参考。

关键词：预焙阳极；水平裂纹；焙烧

前言：近几年，我国炭素行业飞速发展，炭素生产中的预焙阳极水平裂纹问题也愈发突出，对预焙阳极在电解槽中应用功效的发挥造成了较大的不利影响。一旦预焙阳极水平裂纹进一步扩展，将出现阳极断层、掉块等问题，致使电解槽出现重大事故，造成极大的经济损失。因此，分析预焙阳极水平裂纹的解决措施具有非常重要的意义。

1预焙阳极水平裂纹影响因素

1.1原料

沥青、残极、石油焦、生碎等是预焙阳极生产主要用原料，上述原料质量对预焙阳极水平裂纹产生与否具有直接影响。如石油焦内硫、磷等杂质含量过高（超过2%）将致使阳极脆性过大，则在焙烧环节将出现气胀情况，极易出现水平裂纹废品。

1.2设备

预焙阳极生产用设备体系高度复杂，一旦设备掌控不到位或维护不科学、故障处理不及时，将导致设备暂停，埋下预焙阳极水平裂纹发生隐患。如混捏机暂停将致使糊料长时间加热，前后糊料均质性变差，可塑性下降，导致水平裂纹产生[1]。

1.3工艺

预焙阳极焙烧工艺涉及多个阶段，在挥发分大量排除阶段温度处于200℃到500℃之间，此时，若温度上升速度过快，挥发分排除也会较快，阳极体内部压力在短时间内上升到较高的数值，若无法及时释放内部压力，将致使预焙阳极出现水平裂纹。

1.4环境

当前预焙阳极炭块焙烧炉结构多选择敞开式结构，料箱表面漏风概率较高，最顶部炭块加热环境高度恶劣。加之燃烧系统所选择燃料为天然气，加热压力在40kPa左右，因喷嘴长度在100mm左右，天然气燃烧热量大量汇聚在顶层，顶部温度远高于底部，温度分布不均，引发预焙阳极大面积水平裂纹。

2预焙阳极水平裂纹解决措施

2.1控制原料质量

在预焙阳极生产用原料选择时，生产操作者应严格依据表1标准进行石油焦、沥青的选择。

表1 预焙阳极生产用原料选择标准

如表1所示，在预焙阳极生产用原料选择时，生产作业者应选择硫分或磷分小于2.0%的石油焦，同时选择甲苯不溶物26%~34%、喹啉不溶物在6%~14%的沥青，避免焙烧时游离碳含量过少而干扰孔隙充分填充，从根本上规避裂纹分层问题。同时生产作业者应加强对生阳极沥青用量的控制，油比降低到15%左右，生块体积密度超出1.64g/m3，确保生阳极挥发分含量稳定在7%左右[2]。

2.2加强设备管理

在预焙阳极生产用设备管理过程中，若混捏机等设备因故障而短暂停止

0h~4h，则生产作业者应及时进行混捏机的排空操作，避免糊料加热时间过长而出现前后均质性不一情况。同时生产作业者应及时调节冷却剂内糊料温度，避免长时间低温搅拌导致糊料可塑性下降。在这个基础上，及时排出废弃糊料，降低糊料分层风险。

在日常设备维护过程中，相关人员应定期检查、处理设备故障，降低预焙阳极设备故障发生率以及影响程度，确保干料在预热螺旋内加热时间一定，提高炭块表观合格率。同时在缺乏糊料强制冷却设备的情况下，生产操作者应配合现有设备，延长炭块静置时间，降低糊料温度，确保糊料温度小于180℃，冷却水温度小于50℃，避免因糊料温度过高而引发的生块内应力裂纹。

2.3科学管控工艺

为避免预焙阳极水平裂纹出现，生产作业者应以焙烧车间为重点，借助车间工艺指标综合评价契机，依据生产要求科学调整配料操作、混捏操作、成型操作工序[3]。

在配料操作时，生产作业者应以大颗粒骨料与小颗粒粉料配比为重点，根据大颗粒骨料提高制品抗热振性、抗氧化性，以及小颗粒粉料提高制品机械强度、

体积密度的特点，科学调控大颗粒骨料与小颗粒粉料的比例、尺寸。一般需要适当大颗粒骨料比例与尺寸，降低小颗粒粉料比例，控制颗粒直径在3mm~12mm的粉料配比量在20%以内，避免焙烧时挥发分无法顺利排出而出现水平裂纹。

在混捏操作时，生产作业者应根据糊料可塑性与生块质量之间紧密联系，选择较低的压力，提高糊料间粘结力，降低糊料弹性后效。同时借助沥青高位槽正测温热电偶，精准测量并把控干料温度与沥青温度、冷料温度、糊料温度，避免实测温度与设计温度偏差过大，确保糊料可塑性，降低预焙阳极水平裂纹出现概率。同时根据焙烧环节制品收缩与600℃以下的加热速度之间关系，生产作业者应着重控制火道温度，降低制品在250℃以上、600℃以内的升温速度，消除出炉炭块水平裂纹。

在成型操作时，生产作业者应根据系统密闭生产条件下物料投入与产出平衡原理，借助精准的测量设备，控制计量仓下料量、实际使用干料量、沥青用量与设定值偏差。进而科学调整振动成型设备运行时间，确保生块体积一定，降低预焙阳极水平裂纹发生概率。

2.4优化操作环境

在生阳极编组时，生产作业者应选择厚度大于等于10mm、小于15mm的金属框架隔离。一般框架长度应超出多功能机组下夹钉，框架宽度则需要超出多功能节组夹钉外宽但小于2块生阳极编组后接触面，为多功能机组夹持生阳极组提供充足支持。生阳极组装炉时取出框架，生阳极之间缝隙则用木条（或废旧皮带）固定，确保填充料稳定填充到生阳极缝隙内。在装入料箱后抽出木条（或废旧皮带），从上到下分别为覆盖料600mm、层间料50mm~80mm、层间料50mm~80mm、底料100mm~150mm。通过上述操作，可以确保焙烧升温阶段炭块与填充料完全接触，从炭块表面溢出的挥发分顺利导入填充料，避免敞开式焙烧结构内生阳极因挥发分导入受阻粘块而出现大面水平裂纹。在隔离生阳极的基础上，生产操作者可以将炭块之间距离调整到10mm~20mm之间，避免炭块加热熔环节形状异变引发的水平裂纹问题。

在隔离生阳极的基础上，生产作业者可以将燃烧系统喷嘴长度由100mm延长至300mm，为顶部温度、底部温度均衡提供通道，减少焙烧路顶层与底层之间温差，优化焙烧温度曲线，避免天然气燃烧热量大量汇聚在顶部引发的预焙阳极水平裂纹问题。

总结：

综上所述，预焙阳极水平裂纹受原料、工艺、设备、人员等诸多因素的影响，炭素行业从业者应根据预焙阳极水平裂纹的影响因素，进行逐一控制。选择适宜的原料与设备，及时处理设备故障，科学调控工艺，从根本上消除预焙阳极水平裂纹，为预焙阳极生产质量的提升提供依据。

参考文献：

1.

刘田华,侯振华,王丽杰,陈立康,谢志远,徐宇轩,巩佩,李跃.沥青硫化对预焙阳极材料微结构和性能的影响[J].炭素,2020(04):11-14.

2.

刘国庆,贾志民,王宇航.焙烧过程中预焙阳极大面裂纹控制措施[J].炭素技术,2021(06):68-70.

3.

崔刚.一种500KA铝电解槽配置的预焙阳极研究与应用[J].冶金管理,2021(23):23-24.