焙烧极常见外观缺陷分析

焙烧极常见外观缺陷分析

摘要：本文立足于阳极焙烧几年来的生产实践及取得的经验，对焙烧块常见外观缺陷产生的原因进行简要分析，并提出了一些建议以供探索。

关键词：焙烧外观缺陷分析探索

一、焙烧的目的

焙烧是炭阳极生产流程中的一个重要环节、也是影响产品质量的重要工序之一。在一定的混捏配料、振动成型工艺下形成的生块经过热处理,使之成为具有一定理化性能和外观要求的熟块,以满足铝电解生产工艺之需要.

二.焙烧机理

1．以粘结剂－改质沥青为载体看生块在焙烧过程中的变化:（附表格1）

表-1 生块焙烧过程中性能变化表

[注:本组数据取自于<<炭素工艺学>>--冶金工业出版社,仅供参考]

2．石油焦煅烧温度T1 阳极焙烧温度T2 电解液温度T3 之间的内在逻辑性:T1>T2>T3 其中兼顾考虑到a。石油焦中硫份在焙烧过程的气胀行为;b。石油焦和沥青在电解过程中存在选择性氧化之差异(即工业术语下的掉炭渣)一般T1略大于T2

3。改质沥青即高温沥青，和一般中温沥青相比,其软化点高(95-120℃),挥发份含量低、残炭率高.

从以上可知焙烧过程实质上是粘结剂－沥青不同温度段的软化迁移、挥发份逸出、焦化收缩特性在工业生产中的应用.

三、常见外观缺陷：

焙烧阳极质量主要从理化性能和外观质量两方面进行评价、衡量。作为外观质量更为直观地体现了阳极焙烧的过程控制状态和特征。1998年至1999年焙烧块质量情况见表2：

表-2 98-99年焙烧块外观质量统计表

由表明显看出，不合格项主要为：水平裂纹、垂直裂纹、孔间裂纹及其它(包括长包、底缺、掉棱角、变形、粘料等）. 四、焙烧裂纹

裂纹是最常见的外观缺陷，主要体现为孔间裂纹.水平垂直裂纹.从工业生产上看，裂纹产生的主要原因有：

1.前期的密度差在后期相对一致温度下因收缩不一造成的裂纹.

2.前期相对均匀的密度在后期较大温差下收缩不一产生的裂纹.

3.内在的气体急剧逸出造成过大的应力.

然而对于同一制品裂纹,其往往是以上三种原因掺混在一起综合作用的结果.使解决实际问题的难度比理论上分析要复杂得多.这时候只有在理论指导下，通过实践摸索的经验才能进一步从中找到问题的主要矛盾和矛盾的主要方面所在。

<一>.水平、垂直裂纹

从实际出炉炭块出现这种机率看:大多数表现在中层块.特别是1997年下半年至1998年上半年尤为突出.究其原因:

1.挥发份的逸出.

沥青中的挥发份逸出一般发生在焙烧升温过程中的中间阶段,其逸出速度过快将会造成炭块产生裂纹,这也是行业一致所要求“两头快、中间慢”的升温原则，当然这也是一个建立在特定原料性能、工艺特征等个性基础上的相对概念。

通过实测阳极温升情况并表格化如下：

(1)、测量时间：2000年4-5月。

(2)、炉室采用160小时/5室运行。

(3)、测量元件：K-型热电偶。

(4)、测温点均为料箱C端尾部中心靠近隔墙处，测量深度均为120cm.

表-3 阳极焙烧关键阶段温升速率表(℃/h)

从出炉炭块外观情况看:在稳定目前改质沥青性能条件下，只要阳极在挥发份逸出过程中其温升速率维持在小于 8-10 ℃/h范围内.沥青本体中的挥发份逸出造成的应力不足以使炭块产生“大面积”的水平、垂直裂纹.

2、硫份的气胀行为。

相反,对于煅烧工序难以排除的硫份在焙烧过程中将以H2S、C2S等形式释放出来，使焦炭气孔壁受到排除气体的压力、体积产生膨胀，在后来的收缩时制品各部分不能均匀收缩或回不到原来的位臵而产生裂纹。从实际上看其影响住住是致命的。

特别是97年下半年至98年上半年尤为明显，从表二中可以看出。以水平裂纹为主要外观缺陷曾一度危及生产的连续性，当时原料��石油焦的硫份含量高情况详见表4(注：原工艺设计上要求石油焦含硫

≯1.5%).后来通过对当时高硫份石油焦进货源头进行积极有效地控制，在1998年的下半年由于水平裂纹得以控制使综合外观合格率明显回升并在1999年一至保持了良好的走势。

表-4 97下半年、98上半年石油焦含硫情况表（%）

3、其它因素的影响。

a、火道墙的变形。

如图1所示：火道墙变形、扭曲结果会造成同一炭块的同一面上形成了温度差，从实例看：(1)、火道内A、B、C三域之间不同程度的存在着较大温度差，其温度差又将会随当时挥发份燃烧不好而进一步加

大;(2)、炭块各部位至火墙间的填充料厚度不一。从而产生炭块各部位温度相差较大。当然这种影响实际上是很难作出定量评价的，这是因为最终是否会产生裂纹一方面要看这种温差产生的应力大小，同时还取决于糊料的混捏效果、生块的振动情况以及生产所用沥青的β树脂含量。

b、负压操作下的火道温度之间平衡情况。

c、装炉质量、料箱结焦等。

b、c的影响程度和实质基本上和a相同。对于a~c这些因素，一般都是以一种周期性、个别形式出现，故只要对这类问题从日常运行中加强管理便可得以一定程度的控制。

至于实际生产中出现水平裂纹的频度之所以比垂直裂纹多，那是因为除了和炉型结构等因素联系在一起外，还要考虑到振动成型的炭块本身在高度方向上存在一个密度差。

<二>.孔间裂纹

从我厂实际生产应用来看,这种缺陷绝大部分体现在表层块.如右图2所示：

对于这种形式的阳极缺陷占有较大的频数。分析其可能性原因：

1、冷却因素的影响：

阳极炭块在冷却阶段的工艺控制要求其温度下降不能过快，但从阳极炭块冷却实际温降速率(附表5:测量条件和方法同表-3)看,其速率应属于行业的正常范围.目前所出现的这种孔间裂纹基本上可以排除是整体冷却过快所致.

表-5 阳极关键阶段冷却速率表[℃/h]

同时为考察是否存在表层块表面相对本身下部冷却过快,特先后两次对阳极炭块从其冷却开始进行覆盖保温试验,以使孔间所在的表面冷却不