推荐预焙炭素阳极的生产工艺及设备实习报告

实 习 报 告 一、前言自1886年美国的Hall 和法国的Heroult 发明炼铝的基本方法—— Hall-Heroult 高温熔盐电解炼铝法以来，铝电解工业无论在工艺技术水平，还是在生产规模以及在自动化程度上均取得了突飞猛进的发展；尤其在近30年间，铝电解生产的电流效率由80％多提高到现在最高水平的96%，一个多世纪以来，工业铝电解槽经历了由小型预焙阳极电解槽、侧插式自焙阳极电解槽、上插式自焙阳极电解槽到大型预焙阳极电解槽的发展阶段；在自动化控制程度上，成功地开发出了控制精度高、系统鲁棒性好、具有明显的增产节能效果的电解过程控制系统。

全世界年铝产量由二十世纪初期的6000吨/年发展到二十世纪末期的2000多万吨/年。

铝电解生产过程中需要消耗大量的炭素材料，这些炭素材料因电解槽类型、电解生产用途、对其性能要求的不同，其规格型号有别，但生产工艺大同小异。

铝电解用炭素材料主要包括：1）、预焙阳极2）、底部炭块3）、侧部炭块4）、炭缝糊其中以炭素阳极的消耗量为主。

我国铝电解用炭素阳极的生产始于1963年，在郑州铝厂（现长城铝业公司）试生产成功。

此后我国铝电解用炭素阳极生产迅速发展，白银铝厂、包头铝厂、青海铝厂、贵州铝厂、平果铝业公司、青海铝厂二期扩建的配套炭阳极生产车间、云南铝厂等阳极生产线的相继建成投产，使我国目前铝用炭素阳极的年产量较十年前成倍增长，形成了我国铝电解用炭素阳极生产的成熟技术和规模，并相继建立了两个系列的炭阳极质量标准：振动成型系列的GB8741-88和挤压成型系列的YB2809-78。

Hall-Heroult 炼铝法的典型特点之一是阳极属于消耗性阳极，阳极的基本设计型式从整预焙炭素阳极的生产工艺及设备实习报告【最新资料，WORD 文档，可编辑修改】体上划分为两种：自焙阳极和预焙阳极。

随着人们对铝工业规模化、现代化生产认识的提高和对环境保护意识的增强，预焙阳极铝电解槽取代自焙阳极铝电解槽已成为世界铝工业发展的必然趋势。

铝电解生产的基本原理是：以炭素材料为阳极，以囿于炭素内衬中的铝液为阴极，以冰晶石熔体为电解质溶解原料氧化铝，通过电解反应，在阴极沉积生产金属铝。

其基本反应式为：Al2O3(diss)+1.5C=2Al(l)+1.5CO2(g)作为阳极生产的主要原料——炭素材料，在铝电解生产过程中，伴随着金属铝的生成而不断消耗。

长期的生产实践表明，炭素阳极质量的优劣，直接或间接影响着铝电解的各项经济技术指标，诸如电流效率、电能消耗、吨铝阳极炭耗等。

因此，炭阳极在电解铝工业中不可避免地处于举足轻重的地位，一直被业内人士成为铝电解槽的“心脏”。

实习报告 (1)一、前言 (1)二、新疆天龙矿业股份有限公司简介 (2)三、预焙炭素阳极的生产工艺及设备 (3)3.1 原料的准备和煅烧 (3)3.2 筛分与配料 (5)3.3 成型 (6)3.4 生块焙烧 (7)四、实习心得 (10)五、实习小结 (11)二、新疆天龙矿业股份有限公司简介新疆天龙矿业股份有限公司（以下简称：公司），是一个有着光荣历史、卓越贡献和广泛影响的老工业基地。

2000年12月，新疆天龙矿业股份有限公司正式成立，注册资本8.7亿元人民币，由12家股东组成。

2012年，自治区国资委所属“新疆投资发展（集团）有限责任公司”成为公司控股股东，控股股份占股本总额的50.16%。

公司现有动力、铝业、炭素、水泥、物业五个分公司，以及金龙煤业、河南隆盛祥两个全资子公司，在册干部职工1650人，其中少数民族职工468人，占干部职工总数的28.3%。

目前，公司年产铝锭25万吨、年产水泥20万吨、年产炭素13万吨、满负荷年发电32亿度，产能释放率100%，成本优势极为突出。

截止2015年12月，公司资产总额37.7亿元，其中煤电铝一体化产生的直接经济效益占主营业务的95%以上。

炭素公司为天龙矿业股份有限公司分公司，承载着铝业公司阳极炭块的供应，并扮演着至关重要的角色。

炭素公司经历了经过十五年的运营发展，各项管理制度和生产制度趋于完善，拥有成套的主机设备，专业的管理和生产团队，尤其在新投集团控股之后，遵循总公司发展战略，把降本增效作为重中之重，秉持着团队建设，节能降耗新理念，严格管理，发散思维。

现炭素下设综合管理科、生产技术科、焙烧车间、成型车间、煅烧车间、煤气站、维修车间7个部门，其中焙烧、成型车间为主机车间，煤气站、煅烧、维修车间为辅助车间，各部门间相辅相成，紧密配合。

炭素公司现拥有员工219人，大专以上人员15人，中专12人，高中96人，初中96人，管理人员8人。

汉族179人，少数民族40人。

炭素公司拥有先进的生产工艺和科学配方；年产生块13.14万吨，年产预焙阳极块12.3万吨。

以延迟石油焦和煤沥青为主要生产原料，煤沥青年消耗量约2.03万吨；延迟石油焦年消耗量约14万吨；具有人员投入少、年产量高的特点，质量水平已达到国家和同行业标准。

作为服务型单位，主要为铝业公司提供阳极炭块，并与2015年开始进行对外加工500KA 生块，从而使炭素的产品不仅供应内部使用，并创效增益，外销炭块，并塑造了良好的公司形象。

三、预焙炭素阳极的生产工艺及设备目前炭素厂主要的生产工艺流程如图1。

3.1 原料的准备和煅烧3.1.1 原料的准备包括内容：原料的验收入库和煅烧前的准备。

进厂石油焦首先通过带网格的受料漏斗进行筛选，其中小于300mm的料进粗碎设备进行破碎，而大于300mm的料需经人工打碎后再进漏斗过筛。

粗碎设备：主要有齿式对辊破碎机或颚式破碎机。

其技术要求是：石油焦破碎完毕后粒度控制在50-70mm。

进厂的沥青经破碎后送入沥青熔化槽进行熔化，使其成为液体沥青。

3.1.2 石油焦煅烧1、煅烧的目的：1）、排除原料中的水分和挥发分；2）、促使单体硫气化和化合态硫的分解；煅烧的结果：提高原料的真密度、机械强度、导电性和抗氧化能力。

2、煅烧设备煅烧设备主要有回转窑、罐式煅烧炉、电热煅烧炉等三种，目前，炭素厂采用回转窑，1）回转窑的优缺点：优点：结构简单，产能大，生产机械化程度高，投资相对少，容易清扫。

缺点：原料的烧损比较大（一般有10%左右）。

2）回转窑的结构主体：回转窑和冷却机组成回转窑：窑尾装置、窑体、窑头装置、燃烧装置、二次风装置、引风机、除尘设施及排烟管路、烟囱等。

3）物料煅烧程序及工艺参数原料石油焦（俗称生焦）经窑尾流入回转窑，在窑内与逆流的热空气接触加热，由于窑体是倾斜转动，物料随窑体转动的同时向窑头移动，并依次经过窑内的预热带、煅烧带、冷却带，最后从窑头流出进入冷却机。

预热带：最高温度：800-1100℃，进料口温度：500-600℃。

热源：从煅烧带流过的热烟气。

物料变化：脱水并排出挥发分及硫分。

煅烧带：最高温度：1250-1350℃，物料可加热到1200℃以上。

热源：重油或煤气燃烧，二次风助燃。

物料变化：生焦焦化，石油焦形成碳原子的平面网格，呈两维空间的有序结构排列，达到增加石油焦的物化性能（如电阻率、真密度、机械强度等）的目的。

冷却带：窑头温度：小于1000℃。

物料在此段自然冷却。

冷却机：采用喷水方式对物料进行强制冷却。

冷却机出口煅后焦温度：小于60℃。

3.2 筛分与配料包括工序：筛分、球磨、配料。

3.2.1 筛分1、目的：将煅后焦破碎分成不同粒级，以符合科学配料的要求。

2、筛分设备：一般在炭素厂多使用震动筛，此外还有回转筛、摇摆筛等。

3.2.2 球磨1、目的：将部分煅后焦磨成细粉，以满足配料要求。

2、设备：球蘑机3、工作原理：采用某种介质（如钢球），在筒体内与物料一起旋转，介质在运动中将物料磨碎。

3.2.3 配料1、定义：将不同粒级的焦粒（包括粉料）按一定的比例配合。

2、目的：为了得到堆积密度较大而气孔率较小的炭素材料。

3、配料技术参数对于预焙阳极，其生产中的基本配方为：粗颗粒料（6-12mm）：14-20%；中颗粒料（3-6mm）：8-10%；细颗粒料（-3mm）：45-54%；粉料：（-0。

074mm）：22-25%；残极：1-30%；生碎：0-7%；粘接剂沥青：14-17%4、配料设备：料仓和电子秤。

3.3 成型包括工序：预热、混捏、成型3.3.1 预热1、目的：将各种粒级的骨料混合均匀并加热，为混捏工序打基础。

2、技术参数：要求骨料从预热螺旋出口的温度要达到140-160℃。

3.3.2 混捏1、定义：将各种粒级的骨料与粘结剂在一定温度下搅拌、混合，从而获得塑性糊料。

2、目的：1）物料混合均匀；2）不同颗粒达到合理堆积，提高密实度；3）粘接剂渗透到各种骨料的空隙中，提高了物料的粘接性和密实度。

3、混捏设备双轴搅拌连续式混捏机：是连续生产方式，目前混捏设备的加热方式（热源）主要是蒸汽或电热。

3.3.3 成型1、定义：成型是将混捏好的炭素糊料用加压设备压制成具有一定形状和具有较高密度的半成品（生块）。

2、成型设备在炭素材料生产中常用的成型方法振动成型法。

铝用炭素阳极的成型方法多用振动成型法，使用的设备为振动成型机。

3、成型原理利用高速振动（每分钟达2000-3000次，振幅为1-3mm）的振动机组，使装在成型模内的糊料处于强烈的振动状态，使炭糊获得相当大的触变速度和加速度，在颗粒间的接触边界产生应力，引起颗粒的相对位移，使糊料内部空隙不断降低，整体密度逐渐提高，达到成型的目的。

4、成型工艺及技术参数每一块炭素阳极的成型生产周期包括固定成型模、加料、振动、脱模等操作过程。

在生产中常采用一边加料，一边振动的操作方法，当料加到一定的高度即压上重锤，同时继续振动，振动时间视阳极规格的大小而不同。

如用于160KA预焙槽的阳极炭块振动成型时间为1分钟左右。

振动时间结束即脱模，阳极生块制备完毕。

3.4 生块焙烧3.4.1 焙烧工艺的作用焙烧是影响炭素制品物理化学性能很大的一道关键工序。

它是将压型后的炭块在隔离空气的条件下进行热处理，使粘接剂转变为焦炭。

由于生块中的沥青牢固地包裹在炭素颗粒之间的过度层，当高温转化为焦碳后，就在半成品中构成界面炭网格层，具有搭桥、加固的作用。

经过焙烧的炭素阳极其机械强度稳定，并能显着提高其导热性、导电性和耐高温性。

焙烧过程是一个复杂的过程，伴随着许多化学变化，影响焙烧工艺的关键技术参数是焙烧温度。

3.4.2 焙烧过程中的物理化学变化一般情况下，在焙烧过程中，预焙阳极受热将发生一系列的变化。

该变化大致分为四个阶段：第一阶段：当阳极加热到200~250℃时，由于粘接剂沥青开始软化，导致阳极坯体变软，体积增大，但质量并不减少；第二阶段：随着焙烧温度的继续增加，粘接剂沥青中的易挥发组分挥发逸出。

在温度400℃左右，沥青的粘结能力降低；第三阶段：在500-600℃时，阳极开始硬化，同时体积收缩，导电性与机械强度增加；第四阶段：焙烧温度超过600℃，挥发分已基本排出，再继续加热，阳极本身的化学变化逐渐停止，外部与内部收缩微弱。