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在电解铝工业飞速发展的同时,我国的铝用炭素工业也取得了极大的进步,主体生产企业的技术装备水平已达到或接近国际先进水平,2005年,阳极炭块产量约为450万吨,其中出口约30万吨,产量位居世界第一,但铝用碳素阳极工业也面临着发展中的新问题,主要体现在三方面:首先,国内石油焦自然粒度偏细,粉焦量比例提高,微观结构变差,杂质、有害元素和硫分含量升高,挥发份含量不稳定,优质焦比例减少,石油焦资源已呈现出越来越差的趋势;其次,由于国内阳极致密性和抗氧化性差均较差,阳极电解净消耗较高,阳极质量离国际先进水平的优质阳极要求有较大距离;最后,石油焦粒度的持续细化,使原有的三、四粒级配方都存在大颗粒严重不足,工作配方越来越不适应煅后焦原料性质的变化,难以保证阳极制品质量的稳定性。本人针对目前国内典型的生石油焦质量以及残极供应情况,在实验室研究阳极配方骨料组成和粒度配比对骨料振实容重、干混预热、沥青渗透以及糊料冷却成型的影响,在实际生产线上选择焦碳最大颗粒直径分别为6mm和4mm的三粒级和四粒级细颗粒配方进行工业试验,研究出与现在生产使用原料和设备相适应的新粒级组成配方。
铝用碳素行业需适应石油焦质量恶化的变化趋势,研究不同厂家的粉焦含量、孔隙度、颗粒强度等指标,并结合残极具有强度、硬度、孔隙度、渗透率指标较石油焦好、同时又存在杂质含量较高的特点,不断进行阳极配方工艺的研究与优化试验,根据使用原料、工艺设备及电解工艺技术条件确定相适应的配方。
细颗粒配方使焦碳空隙质点接触较多,利于提高粘结剂的粘结强度,进而提高碳块耐压强度。由于残极强度、硬度比煅后焦大,孔隙度、渗透率比煅后焦小,配入残极细颗粒配方的体积密度和强度较好,但由于残极带入杂质的催化影响,其空气反应性及CO<,2>反应性两项抗氧化性指标较无残极配方低。
适当提高大颗粒的尺寸和使用比例有利于改善制品的抗热震性和降低线膨胀系数,减少制品在焙烧中的裂纹废品,但其同时提高了制品的孔隙率及降低了制品的体积密度和机械强度。增大中小颗粒的使用比例有利于提高制品的体积密度和机械强度,且成型、焙烧制品表面光滑,但使用比例过多会增加制品在焙烧过程中的裂纹废品。制品抗氧化性能与残级配入量有一定的相关性,基本体现了制品灰份主要由残极带入,也反应了提高残极洁净度必要性和紧迫性。