【摘要】：鋁用預(yù)焙陽極(亦稱炭陽極)是鋁電解生產(chǎn)的“心臟”,其質(zhì)量狀況對鋁電解生產(chǎn)中電流效率、電能消耗及產(chǎn)品等級都有十分巨大的影響。預(yù)焙陽極以石油焦和煤瀝青為原料制造而成。其中石油焦經(jīng)過煅燒后所得煅后焦在預(yù)焙陽極中作為干料,所占比例大約為85%,因此石油焦原料性能狀況直接決定著預(yù)焙陽極性能好壞。本文為研究石油焦中的S及V、Ni、Ca等主要微量元素在煅燒爐煅燒過程對炭晶格生長機(jī)理及煅后焦性能的影響,選擇中石化不同煉化廠生產(chǎn)的硫及微量元素含量不同的13種石油焦;通過實(shí)驗(yàn)室摻配獲得的實(shí)驗(yàn)所需S及微量元素含量的混合焦,在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行煅燒后對炭晶格、S分及微量元素、電阻率及反應(yīng)性進(jìn)行測試,獲得了不同煅燒溫度下煅燒的炭微觀結(jié)構(gòu)的發(fā)展情況,及煅后焦電阻率、CO2反應(yīng)性和空氣反應(yīng)性等性能指標(biāo)的變化情況。本文通過這些石油元素含量和煅后焦性能差異,分析得出S分在1.33-3.51之間增加會增大煅后焦的微晶尺寸,行業(yè)內(nèi)用Lc值表征,如S分為1.33、2.42、3.51%的石油焦在經(jīng)過1100℃煅燒的煅后焦Lc值分別為26.47、27.00、27.09(單位為?);V、Ni、Ca微量元素增加(在實(shí)驗(yàn)設(shè)置范圍之間)會降低煅后焦的Lc值,其中Ca最為明顯,在Ca含量為100、200、300mg?g-1對應(yīng)的的煅后焦Lc值分別為27.56、26.06、24.64(單位為?);S分增高會降低真密度及提高電阻率,如S分為1.33、2.42、3.51%的石油焦在經(jīng)過1100℃煅燒的煅后焦真密度分別為2.065、2.061、2.052(單位為g/cm3),電阻率分別為453.5、462.5、481.5μΩ·m;如V、Ni、Ca微量元素增加(在實(shí)驗(yàn)設(shè)置范圍之間)會提高煅后焦的真密度及電阻率,Ca對真密度的影響值最大,在Ca含量為100、200、300mg?g-1對應(yīng)的的煅后焦真密度分別為2.053、2.067、2.081(單位為g/cm3),V對電阻率的影響值最大,在V含量為151、251、356mg?g-1對應(yīng)的的煅后焦電阻率分別為457.06、462.38、489.88μΩ·m;S分增高會抑制CO2反應(yīng)性,但因揮發(fā)份溢出,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)缺陷增多,致使在較低的煅燒溫度下得到S較高的煅后焦損失率較高,隨著煅燒溫度提高,活性點(diǎn)消失,損失率降低,表現(xiàn)出S增高對CO2反應(yīng)性的抑制作用;S分增高會降低空氣反應(yīng)性的點(diǎn)火溫度,提高空氣反應(yīng)性的反應(yīng)速率,其原理基本與CO2反應(yīng)性相似;V、Ni(在實(shí)驗(yàn)設(shè)置范圍之間)會抑制CO2反應(yīng)性、Ca會促進(jìn)CO2反應(yīng)性;V、Ni、Ca微量元素增加(在實(shí)驗(yàn)設(shè)置范圍之間)會促進(jìn)煅后焦的空氣反應(yīng)性,其中Ca影響最大,如在900℃煅燒后的煅后焦空氣反應(yīng)速率分別為0.4、0.46、0.58%/min。通過以上理論研究為不同S分及微量元素石油焦原料合理化摻配,制作高性能性能鋁電解用預(yù)焙陽極提供理論依據(jù)。
【圖文】：

勞動生產(chǎn)率低，適用于分散生產(chǎn)。基于目前生焦質(zhì)量較差極工廠的煅燒采用罐式爐集中生產(chǎn)，節(jié)能減排、提質(zhì)降耗等競爭優(yōu)勢�；剞D(zhuǎn)窯產(chǎn)量大，對原料適應(yīng)性強(qiáng)，操作條件好保治理易集中化，但煅燒焦質(zhì)量較差、實(shí)收率較低,適于在外，大型回轉(zhuǎn)窯如果大量蒸汽沒有用戶，最好采用余熱發(fā)式爐和回轉(zhuǎn)窯石油焦煅燒經(jīng)濟(jì)性分析。質(zhì)量方面與陽極消耗密切相關(guān)的煅后焦真密度、比電阻、、CO2反應(yīng)性等，，罐式爐比回轉(zhuǎn)窯有優(yōu)勢。另外，回轉(zhuǎn)窯損較大，加上回轉(zhuǎn)窯窯體轉(zhuǎn)動時，其窯內(nèi)襯材料磨損與脫量增加，造成煅燒焦質(zhì)量的下降，進(jìn)而影響最終陽極質(zhì)量用預(yù)焙陽極出口量持續(xù)增長，這些出口陽極主要是由獨(dú)立裝備水平并不很先進(jìn)，但由于他們對優(yōu)質(zhì)陽極生產(chǎn)進(jìn)行了好的陽極質(zhì)量得到世界各大鋁業(yè)公司的好評，最終企業(yè)取其中采用了罐式爐工藝即是其中一個重要的因素。

圖 1-2 罐式煅燒爐工藝流程圖表 1-3 罐式爐和回轉(zhuǎn)窯石油焦煅燒經(jīng)濟(jì)性分析目 罐式煅燒爐 回轉(zhuǎn)窯 率（%） 高（＞98） 較低（78~85） 設(shè)生焦（%） 高（78~80） 低（72~75）水/t-煅后焦 低 1.20~1.25 高 1.40~1.4510000Kj/t 較低（0-20） 較高（30-60）作用） 較少 較多 較少 較多期 較長（12 年以上） 較短（2 年）地面積 較大 較小投資 較高 較低護(hù)費(fèi)用 較低 較高 單位焦煅燒過程結(jié)構(gòu)與變化
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TF821;TF351

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本文編號：2688509