预焙阳极的焙烧氧化原因分析及治理

孙煦寒

摘  要：我公司34室焙烧工区自2017年1月以来成品阳极发现大量氧化现象，这不仅给车间成品率带来影响，也大大的提高了公司生产成本，进一步影响公司经济效应。本文根据34室焙烧工区针对氧化块查找原因及治理办法进行总结。

关键词：预焙阳极;阳极氧化;氧化原因;治理措施

前言：

阳极焙烧是在隔绝空气及填充料的保护下，把成型生阳极按规定的升温曲线进行高温热处理过程，焙烧使生阳极中的煤沥青分解、缩聚及焦化，沥青所形成的焦与干料形成整体，以满足电解铝的各项要求。焙烧过程中从生阳极逸出的挥发份通过焙烧炉的火道墙竖缝进入火道使其在焙烧的预热区内燃烧利用，因此也不可避免造成火道内的空气与料箱内的填充料接触而产生填充料的氧化。正常情况下通过部分填充料的氧化来保护阳极不被氧化，但过量空气进入料箱会导致阳极也发生氧化。

1  氧化形式

根据公司炭素事业部废块反馈情况来看焙烧工区成品块氧化主要集中在上盖氧化和端头氧化两种情况。分别为上盖氧化和端头氧化。

2  原因分析

预焙阳极的主要成分为碳，在焙烧过程中的氧化均为碳与氧的化学反应。炭材料的氧化主要分为两个阶段：在400℃一800℃，氧化主要化学变化为C+0₂→C0₂;在高温（>700℃），氧化由单纯氧化反应同时加入2C+C0₂→2CO还原反应。根据上述反应方程式可以得出阳极在高温时发生氧化情况会比较低温时更为严重。所以将预热区火道温度低于500℃与冷却区阳极温度低于500℃作为分界点。

A区：大致相当于从排烟架1P到2P，此区段负压处于最高，通常达到最高-80 Pa至-110Pa，火道内填充料及阳极的温度低于500℃，因此可以认为此区段基本不发生氧化。但此区段由于负压较高，料箱内填充煅后焦可能会通过火道墙上较大缝隙处（火道竖缝、火道与端墙夹缝）进入火道内进而使后续区域存在发生氧化的前提条件。

B区、C区：大致相当于预热区的3P到第1个自然冷却炉室7P，火道的温度达到最高值约1150℃，阳极的温度最高达到约1050℃。从预热区往加热区方向，随着火道温度不断升高，阳极温度也不断升高，火道内的负压不断降低。此处位置制品温度高但火道内部仍呈负压趋势，空气通过料箱顶部填充料缝隙往火道内漏风所以顶层制品氧化往往开始于此区域。同时如果预热区发生的顶部填充料及阳极氧化未及时处理时和因阳极制品收缩，导致顶部阳极与炉顶空气间的覆盖料厚度不足，处于顶部的填充料温度较高，与顶部空气接触会导致直接氧化，当填充焦保护层进一步变薄时，顶部的阳极也会接触到空气而发生氧化。造成端头氧化。

D区：大致相当于第2个自然冷却炉室8P到强制冷却炉室10P。对于B、C区段已发生氧化现象而没有采取措施阻止时，在顶部的氧化会继续进行。同时火道与阳极的温度虽然不断下降，但制品温度依然在保持在600℃以上且火道内逐步提高的正压使空气会通过火道墙上较大的缝隙进入料箱中，特别是在鼓风架（现1焙烧已停止使用）底部，空气进入料箱为氧化反应提供足够氧气，在此区段内会发生较多的阳极上盖氧化现象。

E区：相当于强制冷却炉室，此时火道内温度与阳极温度均处于较低值，火道内正压虽然较大但因为制品温度往往低于500℃，发生氧化的可能性较小。但对自然冷却区发生氧化而没有采取措施的炉室，同时自然冷却阶段没有冷却到较低的温度，在一些局部位置仍会发生继续氧化的现象。

综上所述发生在D区的氧化机率要大于其他区段，是也是生产管理的重点。

根据近一个月对老焙烧氧化块的炉室分部跟踪情况来看大量氧化块集中出现在27至31炉室。这是由于这几个炉室火道破损严重火道砖裂和火道竖缝间隙过大，当炉室进入冷却区时火道正压使大量空气进入料箱内造成大量氧化块的产生，2016年公司组织大修的113条火道中这几个炉室火道均不在列。

3  治理措施

针对以上问题焙烧车间做出相应技术操作规定

a生产过程中的管理

装炉过程中严格控制阳极在料箱中的位置，减少由于阳极太靠近火道墙使填充料保护层过薄导致的氧化。同时严格规定机组工保证覆盖料（至低500mm）、层间料（100mm）和底料（200mm）的厚度与平整度，确保顶层阳极的顶部不超过火道上部浇注料块的底部，减少由于顶层填充焦厚度过薄而导致的表层氧化。生产过程中一旦出现炉子表面填充料的氧化，必须及时采取措施阻止继续氧化而避免恶性循环的发生。要求炉面调温工对于局部的氧化红料必须采用钢钎局部捣实后再适当补充填充料绝对不允许用凉料盖住的情况。对用火道与端墙交错位置缝隙过大的地方要使用石绵毡将缝隙堵住再将填充料捣实。对系统运转后炉室进入冷却区7P位置填充料下降时，移动系统班组必须第一时间补加填充料。由于28#炉室1、2、3料箱变形严重若强行装炉也不能保证填充料饱满，所以对于此类炉室不在装生阳极而是装入填充料。但此办法不单牺牲产量与能耗且每次焙烧过后都要将填充料吸出再重新装入大大影响工作效率只能是不得以而为之的办法。

b炉子维护

焙烧炉室每生产出一炉预焙阳极就要经过一次冷热循环，火道墙上耐火材料的线性尺寸也会发生膨胀、收缩的周期变化，由于火道墙内温度差产生的温度应力，导致不均匀变形，使火道墙的竖缝宽窄不均匀、火道墙弯曲，火道墙壁上粘附填充焦等现象。火道竖缝过宽是料箱与火道內空气接触过多导致填充料及阳极氧化，填充焦保护层变薄而导致氧化的主要原因。因此焙烧炉每次出炉及冷却后再装炉时，要求装出炉工对必须对炉子进行修补，对宽度大的竖缝和火道砖裂缝必须采用砌炉泥浆进行封堵，特别注意当裂缝过大时需要先用石绵毡添堵在用泥浆封堵。当修补火道墙与横墙交接角部位时，对粘附的填充料先进行清理再修补。阳极出炉后第一时间检查火道墙壁结焦情况，并与清理。

c填充料的管理

生产过程中如果要补充新填充料，对其粒粒度组成进行调整，必须先对新料进行烘干，使水分进一步排出，目前焙烧车间采取的措施主要有2种：①将补充的新料用多功能天车均匀的铺盖在自然冷却炉室的最顶层，靠自然冷却炉室的温度使填充料的水分进一步排出，之后再由天车吸入并进行混合，混合后的料一般先用做顶层覆盖料，焙烧一个周期后逐渐混合进入正常生产环节。②少量的填充料先使用在炭块堵碗工作中，还是以少量新填充料的带入对生产造成波动小为目的。

细粉料的处理措施颗粒配比适中的填充料对阳极质量的进一步提高有重要作用，生产过程中，定期对填充料中

4  结语

焙烧车间经过上述调整成品合格率已经有所提升本期（1.17-2.6）环比上期（12.27—1.16）氧化块减少63.9%;氧化块比率由上期6.39%下降到2.13%。虽然初见成效，但氧化废块的治理是一场没有终点的战斗，每一名员工都不能有一丝的懈怠。氧化废块的产生不仅仅局限在工艺控制，也在于员工的生产操作和技术能力，更重要的是认真的工作态度，所以要加强对工艺参数的管理和对员工的技术培训。

参考文献

[1]  马靖晖.抗氧化防腐涂料在预焙阳极铝电解槽上的应用[J].甘肃冶金，2020，42（02）：30-32+36.