预焙阳极产生裂纹原因研究

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1、预焙阳极产生裂纹原因研究青海桥头铝电股份有限公司（以下简称青桥铝）炭素分公司设计产能为年产12万吨铝用预焙炭阳极，生阳极以煅后石油焦和煤沥青作为主要原料，焙烧工序采用两台34室敞开式环式焙烧炉，以天然气为燃料，于2003年11月投入生产。投产7年来,裂纹缺陷在每年的废块总量中所占比例较大，因此，对预焙阳极产生裂纹的原因进行查找对提高产品质量有重大意义。1预焙阳极裂纹类型及其危害预焙阳极裂纹主要分为内部裂纹和表面裂纹。顾名思义，内部裂纹产生于炭块内部，只有在取样过程中才能看见；表面裂纹产生于炭块表面，用肉眼就可以看见。内部裂纹会影响预焙阳极在电解槽上的应用效果，而裂纹扩

2、展引起的掉块、阳极断层甚至会导致电解槽发生重大事故。表面裂纹只能作为废品处理，这将导致焙烧车间的合格率降低和生产成本的增加，直接影响到企业的经济效益。由此看来，预焙阳极产生裂纹对企业的危害比较大。2裂纹产生的原因分析2.1生阳极制造过程导致的裂纹2.1.1原料质量6生产炭阳极的主要原料是石油焦和煤沥青，原料的组成及性能对阳极质量的影响极大，石油焦的成分很复杂，其中部分杂质元素如硫、磷等若含量过高，则阳极脆性较大，在焙烧过程中易发生气胀、裂纹现象。实际生产中，含硫量一般不得大于1.5%。沥青组分中的甲苯不溶物是煤沥青形成粘结焦的主要成分，含量过低则游离炭含量少，焙烧时残

3、留的炭少，孔隙得不到充分填充，会造成阳极气孔率大、强度低等缺陷，容易导致裂纹和分层，甲苯不溶物一般为28％～34％。适量的喹啉不溶物有利于提高煤沥青焦化时的残炭量，从而提高阳极的密度和机械强度，若过低，会使糊料分层，阳极焙烧时产生裂纹，喹啉不溶物一般为8%～14％左右。另外石油焦煅烧温度不够也会导致裂纹，煅烧温度对煅后焦的质量以及炭阳极的性能影响比较大，煅烧温度影响到炭阳极在焙烧过程中的体积收缩率。如果煅烧温度偏低，石油焦在煅烧时就得不到充分的收缩，其热解缩聚反应程度不够，这样在后序焙烧过程中煅后焦颗粒就会再次发生收缩，导致炭阳极收缩率增大，焙烧时煅后焦原料不稳定而与

4、粘结剂同步发生结构变化，容易导致炭块产生裂纹，因此煅烧温度必须控制在1250℃以上。2.1.2粉料用量6粉料的作用是与粘结荆沥青形成胶体填充颗粒料的孔隙并把颗粒料粘结在一起，粉料用量过多或纯度过高，形成的糊料粘结力强，弹性后效力增大，在焙烧过程中会产生大量裂纹废品；粉料用量过少或纯度过低，形成的胶料粘结力小，糊料塑性差，振动成型时易产生碳碗间贯通性大裂纹，因此，粉料用量一般控制在27%左右。2.2焙烧过程中产生的裂纹2.2.1生块放置时间过短装入炉室焙烧产生的裂纹当炭块开始焙烧时，热量从阳极表面穿透进入内部，生块放置时间过短，成型和冷却过程引起的应力还未被释放出来，将

5、会在阳极内部形成应力，如果这种应力超过临界值，将会产生裂纹。2009年2月份，青桥铝曾因生炭块紧张，生块在库内存放不到1天就装炉，导致产生许多裂纹废品，现车间要求生块最少要存放3天以上方可装炉。2.2.2挥发份大量排出阶段升温速率过快产生的裂纹焙烧过程中，挥发份大量排除阶段，即制品温度在200℃～500℃之间，升温速率过快是产生裂纹的主要原因。有关资料数据表明：阳极升温速度与阳极气体质量损失速率成正比，如果升温速度越快，挥发份排除的越快，阳极体内部压力急剧增加，若这种压力不能有效的释放，就会产生裂纹。配合青桥铝炭素分公司制品温度测试试验，在2009年7月25日～8月1

6、2日期间，6焙烧一车间曾对31#炉室的炭块从制品开始升温至降温全过程进行了跟踪。从数据记录可以看出，挥发份大量排出阶段主要在3P处完成，制品升温速率为8.78℃/h～11.14℃/h，理论上要求升温速率要缓慢，最好控制在2℃/h，最高控制5℃/h。实际上升温过快，是理论上2倍多，使挥发份急剧排除，导致制品产生裂纹，在取样过程中已得到验证。为了减少焙烧块裂纹废品，挥发份大量排出阶段，应适当控制升温速率，最好控制在2℃/h，最高控制5℃/h。2.2.3未按工艺要求装炉产生的裂纹装炉时生块应放置在料箱中间，即阳极离两边火道墙的距离要相同，若一侧靠火道墙太近，导致局部升温过快

7、，生制品局部表面的挥发份热解速度过快，使生制品产生不均匀膨胀或收缩而产生裂纹。青桥铝焙烧炉室经过7年的长周期运行后，火道墙变形比较严重，部分火道墙弯曲过大，导致装炉时无法确保炭块位于料箱中间，炭块距两侧墙面距离不一致造成升温过程中加热不均匀，导致焙烧块产生裂纹。2.2.4焙烧块在冷却过程中产生的裂纹冷却时，由于制品热导率的限制，制品内部降温速度小于表面降温速度，从而在制品中心到表面形成大小不同的温度梯度及热应力梯度。若冷却速度过快或出炉温度过高，阳极表面与内部收缩不一致，产生热应力，表面会产生裂纹。因此阳极冷却降温速度一般以50℃/h为宜，温度降至2