关键词：低品质原料； 预焙阳极； 在线监控
1 前言
近几年，受市场电解铝价格的影响及石化炼制行业对成本控制等，预焙阳极生产不得不采用低品质延迟石油焦（硫、挥发份及微量元素偏高）及改质沥青作为生产原料。原设计的原料使用、煅烧、生阳极生产、焙烧等相关工艺过程控制已不能适应大量低品质延迟石油焦原料的使用，造成预焙阳极炭块质量波动现象较为突出，在电解生产中主要表现为换极周期短，阳极单耗高，炭渣多，大量炭渣不仅破坏正常电解工艺技术参数，降低铝电解的电流效率，而且增加电解操作人员的劳动强度，降低了工作效率。同时当前预焙阳极生产过程仍旧完全依靠经验进行，而预焙阳极生产本身又具有滞后性，结果导致目前预焙阳极生产的每一个工序仅能单独运行，无法实现工序间从原料到预焙阳极碳块的有效控制，也很难实现相应工艺参数根据工序制品质量变化的快速响应。更加重要的是，预焙阳极生产缺乏一套可靠的生产跟踪系统，制品质量一旦出现问题，无法有效的对生产工艺控制参数进行追溯及原因分析，对同类问题的重复出现不能有效的避免。
因此，开发一套适应低品质原料生产高品质预焙阳极的生产工艺生产控制技术，在满足阳极生产在低成本运行的基础上，实现优质阳极的连续、稳定生产。 同时在生产工艺控制技术的基础上，建立一套预焙阳极生产在线监控系统，实现全厂数据集中管理，对于提高阳极质量控制、管理水平，降低生产运行及设备运行成本意义及其重大。
2 优化过程及应用效果
一方面通过对原料混配、煅烧工艺、焙烧工艺等过程优化；另一方面通过预焙阳极生产在线监控系统，对各工序相应关键工艺控制技术参数的标准化操作要求；从原料、各工序工艺控制参数及最终制品质量的实时监控实现快捷、有效的关键工艺技术参数调整；同时利用系统具有的查询及统计分析等技术，实现低品质原料预焙阳极的标准化操作及稳定生产。
2.1低品质原料生产预焙阳极技术
2.1.1延迟石油焦混配技术应用
通过对延迟石油焦进行的分仓位“平铺直取”混配工艺，有效降低了延迟石油焦挥发份、灰分的波动范围。通过混配，挥发份的含量由混配前波动范围的9~15%变化为混配后的9~12%，挥发份含量波动的标准偏差也有了相当大的改善。同时，灰分的变化范围基本控制在0.2-0.3%之间。
2.1.2煅烧工艺控制技术应用
（1）煅烧焦质量
通过对煅烧带温度、窑内负压、风机转速等的优化，石油焦真密度有了明显的提高，其分布范围2.01～2.06 g/cm3，几乎所有的煅烧石油焦真密度都控制在2.03g/cm3以上，煅烧石油焦比电阻显著降低，其分布范围在440～530μΩm之间，95％以上煅烧石油焦比电阻指标低于520μΩm。
（2）窑体、风嘴、沉降室及烟道寿命
工艺技术参数优化后，窑尾温度控制由调整前的940~1020℃，降低到调整后的820~870℃之间，沉降室温度控制由调整前的1120~1160℃，降低到调整后的820~830℃,这对于沉降室顶部、折流墙及烟管寿命的提高具有非常重要的意义。
（2）残极库存处理
针对残极库存大的情况，将残极使用量从14-15%调整至18%，尤其是粗残配入比例，一方面有效降低了预焙阳极石油焦采购成本，另一方面提高了制品质量。
2.1.3焙烧工艺优化技术
通过对焙烧车间相关设备现场运行情况及料箱、火道温度进行测试：
（1）获得了在焙烧过程部分位置料箱和火道内的温度数据，发现部分位置有超温现象，冷却段炭块和料箱冷却速度过慢（这主要是部分设备缺失造成的）。
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（2）获得了填充料的粒度分布数据，现场所使用的填充料中粉料量过多，造成部分立缝堵塞，挥发物质不能及时完全燃烧，填充料结块能现象。
通过对相关测试结果分析及对焙烧炉进行了优化，，在燃控系统部分设备不正常的状态下，焙烧炉天然气消耗由系统优化前的95Nm3/t.炭块降低到82~83Nm3/t.炭块。
2.2阳极生产在线监控系统
2.2.1在线监控系统基本结构及功能
监督管理系统基本结构划分为如下4个层次：炭素分厂、车间、工段及班组，主要包括4个功能：
预焙阳极生产工艺技术及设备运行参数及中间及最终制品质量实时在线颜色报警及其实时更新变化曲线，便于工艺技术控制参数的快速响应与及时调整，从而实现预焙阳极的标准化生产；
各工序对应中间产品、最终制品质量生产过程参数、设备运行参数的历史查询，便于查找产品质量波动的影响性因数，实现高品质预焙阳极的连续、稳定生产；
预焙阳极生产原料、中间产品及最终制品质量、产量及合格率的统计分析及整个生产过程生产物料消耗过程监控，便于阳极生产的质量、物料消耗管理；
每个碳块都拥有独立生产档案，可随时追述该碳块的整个生产工艺技术参数，便于质量事故原因分析。
2.2.2 系统工艺参数控制流程
根据预焙阳极生产工艺流程，在线系统按照原料库、煅烧车间、生阳极车间、焙烧车间及阳极组装车间顺序分别设立5个子项管理系统，每个子项管理系统可独立实时监控关键工艺技术参数变化；运行参数查询及制品质量、产量统计分析，实现以铝电解槽用户使用阳极质量效果为核心管理框架。
2.2.3软件显示界面
通过整个预焙阳极各工序生产过程的在线实时监控、过程查询及产品质量统计分析，实现整个预焙阳极生产过程工艺、设备及中间及最终制品质量的综合管理。界面包括生阳极车间在线实时监控、配方管理及技术参数查询、阳极编码查询、产品质量统计分析显示具体模块界面。
该预焙阳极生产在线监控系统的使用，一方面达到了系统内部各工序相应关键工艺控制技术参数的标准化要求，实现低品质原料优质、均质预焙阳极的标准化操作及稳定生产；另一方面，通过监督管理系统内部从原料、各工序工艺控制参数及最终制品质量的实时监控及工序制品质量的影响性分析，实现快捷、有效的关键工艺技术参数调整；尤其重要的是通过系统内建立的每块预焙阳极生产档案，实现其生产工艺过程参数及其在电解槽具体表现的有效跟踪和反馈，在提高预焙阳极生产效率、有效控制并不断提高预焙阳极产品质量、合格率等方面意义重大。
3 总结
通过该工艺优化及在线监控技术的应用，某公司炭素生产主要技术经济指标得到了较大的提高，同时，与之配套的电解槽生产系列生产指标也有了显著的改善。主要表现在：
（1）沥青单耗降低
炭素生产系统沥青单耗由优化前的年平均190kg/t.C降低至170kg/t.C ，降低20 kg/t.C 。
（2）阳极换极周期增加
电解槽是预焙阳极最终的使用用户，通过优化实施前后统计，电解槽换极周期由最初的29天增加到31-32天。
（3） 阳极净耗明显降低
400kA电解槽生产系列阳极净耗由优化前的420kg/t.Al降低至395kg/t.Al，降低25 kg/t.Al。
综上所述，低品质原料生产预焙阳极及在线监控技术对于炭素及电解生产中节能降耗具有重大意义，用于预焙阳极整个生产工艺参数、中间产品及最终制品质量跟踪、反馈及控制，可满足当前面临的原料品质不断下降，预焙阳极质量要求不断提高、阳极生产单纯依靠生产经验进行，质量无法保证的现实问题，当前铝价低迷，企业生产运行、维护及管理成本不断降低的技术要求。
参考文献：
[1]许海飞,孙毅.延迟石油焦质量控制方法及应用[J].炭素技术,2015,34(04):64-67.
论文作者:马靖晖
论文发表刊物:《科学与技术》2019年13期
论文发表时间:2019/12/5
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