CN104099639A - 一种铝电解预焙阳极炭块及其生产工艺 - Google Patents

一种铝电解预焙阳极炭块及其生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铝电解预焙阳极炭块及其生产工艺，阳极炭块的生产原料颗粒粒径分为四级，每种粒径质量含量分别为10mm～4mm 10％～15％，4mm～1mm 10％～15％，1mm～0.2mm 20％～25％和<0.2mm 50％～55％，是在压力为300kg/cm2～400kg/cm2下进行模压成型，在温度1100℃～1200℃中进行初次焙烧、初次焙烧完成后在沥青混合糊中充分吸收、然后进行二次低温焙烧的方法生产而成。本发明提供的铝电解预焙阳极制造用原料配方颗粒的优化，不但避免了传统根据生产经验调整配方造成的多次试验资源的浪费，而且更为精确高效的确定配方，生产工艺的优化增强了新型阳极导电性、粘结性。

Description

一种铝电解预焙阳极炭块及其生产工艺
技术领域
本发明涉及一种铝电解预焙阳极炭块，本发明还涉及该铝电解预焙阳极炭块的生产工艺。
背景技术
在铝电解用预焙烧阳极生产过程中，其原料一般采用石油焦，阳极残极和胶粘剂沥青，生产工艺流程将石油焦的煅烧、粉碎、粒度分级配料，然后再进行混捏、成型、焙烧和阳极组装等。其中对于粒度分级配料环节，企业一般根据实际生产经验进行摸索，所得混合颗粒粒度配方无法达到最优的高体积密度、低电阻率、高粘结性等要求。高体积密度可以有效延长阳极炭块使用周期，进而阳极输运、清理和组装等工作量相应大大减少；同时合理的粒度颗粒粒径配方可以有效减小孔隙率，孔隙率的减小大大降低了阳极炭块电阻，保守估计阳极电阻率可降低25％以上，提高电流效率，吨铝电耗可降低100kwh/T-Al以上；胶粘沥青具有很高的碳含量以及非常好的粘结性，其合理的配比，合理的模压成型的压力载荷与振动成型的频率使阳极炭块具有很好的抗氧化性和粘结性，可以使阳极炭块达到无掉炭渣现象，省去捞渣工序，可减少捞渣造成的电解质损失，吨铝电解质消耗下降2.4kg，同时捞炭渣的工作量也可省去。因此，如何找到一种基于理论支撑，较为精确高效的优化预焙阳极生产颗粒配方与优化生产工艺的方法思路对铝电解阳极生产节能具有重要意义，可以有效的降低其生产成本、避免资源的浪费。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种高体积密度、低电阻率、高粘结性的铝电解预焙阳极炭块。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供该铝电解预焙阳极炭块的生产工艺。
为了解决上述第一个技术问题，本发明提供的铝电解预焙阳极炭块，阳极炭块的生产原料颗粒粒径分为四级，每种粒径质量含量分别为10mm～4mm10％～15％，4mm～1mm  10％～15％，1mm～0.2mm  20％～25％和<0.2mm  50％～55％，是在压力300kg/cm2～400kg/cm2下进行模压成型，温度1100℃～1200℃下进行初次焙烧、初次焙烧完成后在沥青混合糊中充分吸收、然后进行二次低温焙烧的方法生产而成。
优选地，阳极炭块的生产原料颗粒粒径分为四级，每种粒径质量含量分别为10mm～4mm  10％，4mm～1mm  10％，1mm～0.2mm  25％和<0.2mm  55％。
优选地，阳极炭块的生产原料颗粒粒径分为四级，每种粒径质量含量分别为10mm～4mm  15％，4mm～1mm  15％，1mm～0.2mm  20％和<0.2mm  50％。
为了解决上述第二个技术问题，本发明提供的铝电解预焙阳极炭块的生产工艺，将四级颗粒粒径的原料在压力为300kg/cm2～400kg/cm2下进行模压成型，在温度1100℃～1200℃下进行初次焙烧，初次焙烧完成后在沥青混合糊中充分吸收，沥青混合糊的温度为400℃～550℃，然后进行二次低温焙烧，焙烧温度为600℃～750℃。
具体地，所述的沥青混合糊成分包括：65％～70％石油焦，15％～20％沥青，7％～14％石墨粉，3％～6％玻璃粉。
优选地，所述的沥青混合糊成分包括：68％石油焦，18％沥青，10％石墨粉，4％玻璃粉。
优选地，所述的沥青混合糊成分包括：70％石油焦，16％沥青，8％石墨粉，6％玻璃粉。
具体地，阳极炭块初次焙烧完成后在沥青混合糊中吸收时间为4h～8h。
优选地，将四级颗粒粒径的阳极炭块的生产原料在温度1150℃、压力350kg/cm2下进行初次焙烧，初次焙烧完成后在沥青混合糊中充分吸收，沥青混合糊的温度为500℃，然后进行二次低温焙烧，焙烧温度为650℃。
优选地，阳极炭块初次焙烧完成后在沥青混合糊中吸收时间为6h。
采用上述技术方案的铝电解预焙阳极炭块及其生产工艺，运用数值仿真计算方法，建立离散颗粒多尺度分级混合模型，分析不同粒径的原料颗粒配比成型后的阳极炭块体积密度、粘性与应力结构变化，以此作为根据优化预焙阳极原料颗粒配比，生产工艺优化将焙烧后的阳极炭块浸入沥青混合糊中进行充分吸收，待吸收完成后进行低温焙烧。本发明提供的铝电解预焙阳极制造用原料配方颗粒的优化，不但避免了传统根据生产经验调整配方造成的多次试验资源的浪费，而且更为精确高效的确定配方，生产工艺的优化增强了新型阳极导电性、粘结性。抗氧化性和阳极使用时间，为企业有效的降低了生产成本。本发明基于理论计算和实际生产经验作为指导，有效延长阳极炭块实用周期，具有高体积密度，低电阻率和无掉落炭渣等特点。
综上所述，本发明是一种高体积密度、低电阻率、高粘结性的铝电解预焙阳极炭块，其生产工艺简单可靠。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的实施例，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种铝电解预焙阳极炭块及其生产工艺，其具体工艺流程如下如下：
利用数值计算，建立离散颗粒混合模型，将阳极炭块的生产原料颗粒粒径分为四级大小，确定每种粒径质量含量分别为10mm～4mm  10％，4mm～1mm10％，1mm～0.2mm  25％和<0.2mm  55％，对其施加控制方程与边界条件，采用模压成型设置压力载荷为300kg/cm2，在温度1100℃下进行初次焙烧。
将此方案下的颗粒配比按照预焙阳极生产工艺待初次焙烧完成后，浸入到沥青混合糊中利用热胀冷缩院里充分吸收混合糊，沥青混合糊的成分为65％石油焦，15％沥青，14％石墨粉，6％玻璃粉，温度控制为450℃，吸收时间为6h，吸收完成后进行二次低温焙烧，温度控制为700℃。
实施例1数值计算结果表明，由于炭碗附近形状的不规整性，最大应力产生在炭碗周围约为15.3MPa，力具有传递性，因此在水平面上炭碗周围形成圆环形应力分布，纵切面上形成波浪形分布。此外，在本实施例中，使用上述优化方案，阳极炭块的体积密度为1.514g/dm3，具有较好的粘结性和抗氧化性，可有效延长阳极炭块使用周期。
实施例2：
一种铝电解预焙阳极炭块及其生产工艺，其具体工艺流程如下如下：
利用数值计算，建立离散颗粒混合模型，将阳极炭块的生产原料颗粒粒径分为四级大小，确定每种粒径含量分别为10mm～4mm  15％，4mm～1mm15％，1mm～0.2mm  20％和<0.2mm  50％，对其施加控制方程与边界条件，采用模压成型设置压力载荷为400kg/cm2，在温度1200℃下进行初次焙烧。
将此方案下的颗粒配比按照预焙阳极生产工艺待初次焙烧完成后，浸入到沥青混合糊中利用热胀冷缩院里充分吸收混合糊，其中沥青混合糊的成分为70％石油焦，18％沥青，9％石墨粉，3％玻璃粉，温度控制为450C°，吸收时间为6h，完成后进行二次低温焙烧，温度控制为700℃。
实施例2数值计算结果表明，最大应力产生在炭碗周围约为14.6MPa，应力分布同实施例1所述。在本实施例中，阳极炭块的体积密度为1.501g/dm3，同实施例1具有较好的粘结性和抗氧化性，可有效延长阳极炭块使用周期。
实施例3：
一种铝电解预焙阳极炭块及其生产工艺，其具体工艺流程如下如下：
利用数值计算，建立离散颗粒混合模型，将阳极炭块的生产原料颗粒粒径分为四级大小，确定每种粒径质量含量分别为10mm～4mm  12％，4mm～1mm12％，1mm～0.2mm  25％和<0.2mm  51％，对其施加控制方程与边界条件，采用模压成型设置压力载荷为350kg/cm2，在温度1150℃下进行初次焙烧。
将此方案下的颗粒配比按照预焙阳极生产工艺待初次焙烧完成后，浸入到沥青混合糊中利用热胀冷缩院里充分吸收混合糊，沥青混合糊的成分为70％石油焦，16％沥青，8％石墨粉，6％玻璃粉，温度控制为500℃，吸收时间为6h，吸收完成后进行二次低温焙烧，温度控制为650℃。
实施例4：
一种铝电解预焙阳极炭块及其生产工艺，其具体工艺流程如下如下：
利用数值计算，建立离散颗粒混合模型，将阳极炭块的生产原料颗粒粒径分为四级大小，确定每种粒径含量分别为10mm～4mm  13％，4mm～1mm13％，1mm～0.2mm  24％和<0.2mm  50％，对其施加控制方程与边界条件，采用模压成型设置压力载荷为400kg/cm2，在温度1100℃下进行初次焙烧。
将此方案下的颗粒配比按照预焙阳极生产工艺待初次焙烧完成后，浸入到沥青混合糊中利用热胀冷缩院里充分吸收混合糊，其中沥青混合糊的成分为68％石油焦，18％沥青，10％石墨粉，4％玻璃粉，温度控制为550C°，吸收时间为8h，完成后进行二次低温焙烧，温度控制为750℃。
实施例5：
一种铝电解预焙阳极炭块及其生产工艺，其具体工艺流程如下如下：
利用数值计算，建立离散颗粒混合模型，将阳极炭块的生产原料颗粒粒径分为四级大小，确定每种粒径质量含量分别为10mm～4mm  10％，4mm～1mm10％，1mm～0.2mm  25％和<0.2mm  55％，对其施加控制方程与边界条件，采用模压成型设置压力载荷为300kg/cm2，在温度1180℃下进行初次焙烧。
将此方案下的颗粒配比按照预焙阳极生产工艺待初次焙烧完成后，浸入到沥青混合糊中利用热胀冷缩院里充分吸收混合糊，沥青混合糊的成分为65％石油焦，20％沥青，12％石墨粉，3％玻璃粉，温度控制为400℃，吸收时间为4h，吸收完成后进行二次低温焙烧，温度控制为600℃。
实施例6：
一种铝电解预焙阳极炭块及其生产工艺，其具体工艺流程如下如下：
利用数值计算，建立离散颗粒混合模型，将阳极炭块的生产原料颗粒粒径分为四级大小，确定每种粒径含量分别为10mm～4mm  15％，4mm～1mm15％，1mm～0.2mm  20％和<0.2mm  50％，对其施加控制方程与边界条件，采用模压成型设置压力载荷为400kg/cm2，在温度1200℃下进行初次焙烧。
将此方案下的颗粒配比按照预焙阳极生产工艺待初次焙烧完成后，浸入到沥青混合糊中利用热胀冷缩院里充分吸收混合糊，其中沥青混合糊的成分为70％石油焦，20％沥青，7％石墨粉，3％玻璃粉，温度控制为480C°，吸收时间为5h，完成后进行二次低温焙烧，温度控制为680℃。
实施例7：
一种铝电解预焙阳极炭块及其生产工艺，其具体工艺流程如下如下：
利用数值计算，建立离散颗粒混合模型，将阳极炭块的生产原料颗粒粒径分为四级大小，确定每种粒径质量含量分别为10mm～4mm  10％，4mm～1mm10％，1mm～0.2mm  25％和<0.2mm  55％，对其施加控制方程与边界条件，采用模压成型设置压力载荷为300kg/cm2，在温度1100℃下进行初次焙烧。
将此方案下的颗粒配比按照预焙阳极生产工艺待初次焙烧完成后，浸入到沥青混合糊中利用热胀冷缩院里充分吸收混合糊，沥青混合糊的成分为70％石油焦，16％沥青，8％石墨粉，6％玻璃粉，温度控制为520℃，吸收时间为7h，吸收完成后进行二次低温焙烧，温度控制为720℃。
实施例8：
一种铝电解预焙阳极炭块及其生产工艺，其具体工艺流程如下如下：
利用数值计算，建立离散颗粒混合模型，将阳极炭块的生产原料颗粒粒径分为四级大小，确定每种粒径含量分别为10mm～4mm   15％，4mm～1mm15％，1mm～0.2mm  20％和<0.2mm  50％，对其施加控制方程与边界条件，采用模压成型设置压力载荷为400kg/cm2，在温度1150℃下进行初次焙烧。
将此方案下的颗粒配比按照预焙阳极生产工艺待初次焙烧完成后，浸入到沥青混合糊中利用热胀冷缩院里充分吸收混合糊，其中沥青混合糊的成分为68％石油焦，18％沥青，10％石墨粉，4％玻璃粉，温度控制为420C°，吸收时间为6h，完成后进行二次低温焙烧，温度控制为740℃。
通过本发明的原料配方颗粒和生产工艺优化实施实例表明，本发明所提供的颗粒配方与生产工艺优化思路是可行的，其可以高效精准的计算得出工艺对比参数，为工艺的优化提供了理论依据，有效地避免了传统根据生产经验预估的不精确性和大量重复试验所造成的资源浪费，降低了生产成本。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种铝电解预焙阳极炭块，其特征是：阳极炭块的生产原料颗粒粒径分为四级，每种粒径质量含量分别为10mm～4mm  10％～15％，4mm～1mm10％～15％，1mm～0.2mm  20％～25％和<0.2mm  50％～55％，是在压力为300kg/cm2～400kg/cm2下进行模压成型,在温度1100℃～1200℃下进行初次焙烧、初次焙烧完成后在沥青混合糊中充分吸收、然后进行二次低温焙烧的方法生产而成。
2.根据权利要求1所述的铝电解预焙阳极炭块，其特征是：阳极炭块的生产原料颗粒粒径分为四级，每种粒径质量含量分别为10mm～4mm  10％，4mm～1mm  10％，1mm～0.2mm  25％和<0.2mm  55％。
3.根据权利要求1所述的铝电解预焙阳极炭块，其特征是：阳极炭块的生产原料颗粒粒径分为四级，每种粒径质量含量分别为10mm～4mm  15％，4mm～1mm  15％，1mm～0.2mm  20％和<0.2mm  50％。
4.生产权利要求1所述的铝电解预焙阳极炭块的工艺，其特征是：将四级颗粒粒径的阳极炭块的生产原料在压力300kg/cm2～400kg/cm2下进行模压成型,在温度1100℃～1200℃下进行初次焙烧，初次焙烧完成后在沥青混合糊中充分吸收，沥青混合糊的温度为400℃～550℃，然后进行二次低温焙烧，焙烧温度为600℃～750℃。
5.根据权利要求4所述的生产铝电解预焙阳极炭块的工艺，其特征是：所述的沥青混合糊成分包括：65％～70％石油焦，15％～20％沥青，7％～14％石墨粉，3％～6％玻璃粉。
6.根据权利要求4所述的生产铝电解预焙阳极炭块的工艺，其特征是：所述的沥青混合糊成分包括：68％石油焦，18％沥青，10％石墨粉，4％玻璃粉。
7.根据权利要求4所述的生产铝电解预焙阳极炭块的工艺，其特征是：所述的沥青混合糊成分包括：70％石油焦，16％沥青，8％石墨粉，6％玻璃粉。
8.根据权利要求4或5所述的生产铝电解预焙阳极炭块的工艺，其特征是：阳极炭块初次焙烧完成后在沥青混合糊中吸收时间为4h～8h。
9.根据权利要求4或5所述的生产铝电解预焙阳极炭块的工艺，其特征是：将四级颗粒粒径的阳极炭块的生产原料在压力350kg/cm2下进行模压,在温度1150℃下进行初次焙烧，初次焙烧完成后在沥青混合糊中充分吸收，沥青混合糊的温度为500℃，然后进行二次低温焙烧，焙烧温度为650℃。
10.根据权利要求4或5所述的生产铝电解预焙阳极炭块的工艺，其特征是：阳极炭块初次焙烧完成后在沥青混合糊中吸收时间为6h。
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