推荐预焙炭素阳极的生产工艺及设备实习报告.docx
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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”。
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。
石油焦沥青
粗碎破碎
煅烧
中碎熔化
筛分分级
球磨
粗粒中粒细粒球磨粉残极生碎
图1预焙阳极生产流程简图
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。
但阳极的真密度、气孔率以及强度、硬度和导电性继续增加，阳极颜色由黑色变为灰色。
1、焙烧曲线
阳极炭块的焙烧过程是通过一个从升温到降温的温度制度的实行而完成的。
因此，在焙烧工序开始前必须制定一个合理的焙烧曲线。
确定焙烧曲线的依据：
A、焙烧炉型；
B、焙烧产品的规格；
C、焙烧操作水平。
2、焙烧工艺
焙烧工艺因炉型不同而有所区别，但基本工序包括：
装炉、点火升温、保温、冷却、出炉、清砂、检测。
3、焙烧设备
铝用炭素阳极的焙烧设施多室环式焙烧炉（也称为轮窑）。
1）多室环式焙烧炉的工作原理
多室环式焙烧炉从整体上可划分为三个带：
预热带、焙烧带和冷却带。
32环式焙烧炉，它是由32各单独的炉室彼此串联组成，需要焙烧的炭素阳极装入炉室内，用烟气间接加热，为了使烟气能从一个炉室进入到另一个炉室，在相连的炉室之间设有连接烟道，烟气通过烟道的顺序可以用闸门来控制。
多室环式焙烧炉分为三个带：
预热带、焙烧带和冷却带，每个炉室都要依次经过烟气预热、焙烧和最后用助燃空气慢慢冷却阶段。
32室的焙烧炉共有25个炉盖，除加热室要加盖炉盖外，开始进入冷却阶段的炉室为了保温，提高制品的质量也要加盖炉盖。
装卸料与维修的炉室是不需要炉盖的，炉盖可以用车间的起重天车吊装。
与焙烧炉配套要设置有烟气净化系统，因为烟气中除少量粉尘外，主要含有焦油，据测定焦油质生成物含量可达0.8g/Nm3烟气，这种生成物经烟囱排入大气中冷凝，以焦油滴形式散落而污染周围环境，一台炉每昼夜可产焦油250—300公斤，这些焦油能使周围周围植物枯死，焦油的异臭也破坏环境卫生，但焦油又可引入燃烧系统，作为补充燃料，因此生产必须回收焦油，焦油的回收系统是在烟囱排放烟气之前加设用水喷淋的冷却塔，大部分焦油经冷却喷淋回收，其次再经电收尘器，回收剩余的焦油，经冷却塔和电收尘器后的烟气可以达到排放的要求。
焙烧炉的温度是预先根据工艺条件确定的，在制定温度制度时，应考虑焙烧炉的结构特点，实现焙烧炉的温度制度，这是一项相当复杂的任务，因为必须确定用几个炉室点火，几个炉室预热，几个炉室冷却。
对焙烧条件不仅要确定升温曲线，也要考虑预热与冷却炉室的数量，增减炉室的数量，又会使整个炉子的系统的阻力发生变化，继而引起传热条件及进入炉室内的煤气燃烧所需的空气量的变化。
3.4阳极组装
阳极在完成焙烧工序送入电解车间进行电解之前，还必须对其进行组装。
所谓阳极组装，就是将阳极与导电杆通过磷生铁浇注的方式使两者紧固连接，组装后的碳块，外观要求：
1）铝导杆弯曲度不大于15mm；
2）组件焊缝不脱焊，爆炸焊片不开缝；
3）钢爪长度不小于260mm，各钢扑偏离中心线不大于10mm，钢爪直径不小于135mm，铸铁环厚度不小于10mm；
4）磷铁浇注饱满平整，无灰渣和气泡。
四、实习心得
1、加强理论学习，熟悉生产流程
在实习期间，我努力学习碳素养鸡生产相关资料，并主动向老师傅请教，通过努力，我认识到煅烧是碳素材料在隔绝空气的条件下的高温热处理过程，是预焙阳极的第一道生产工艺，碳素原料的好坏直接关系到养鸡成品的质量。
通过学习和观察，我初步了解到煅烧又分为配料、破碎、输送、烧制、震动输送、断后储存等工序，对哦段少工艺流程的熟悉认知，必然会让我在以后正式生产中受益匪浅。
2、注重具体实践，提高工作技能
在车间的工作中，我一直严格要求自己，认真及时做好每项任务。
通过实践，把理论知识得到提高和巩固，原来理论上欠缺的地方在车间亲自动手实践之后能力得到很大的提升，对车间工艺认识更加深刻。
在焙烧车间三期，负责焙烧炉的温度调控，每天跟着老师傅学习如何调调控温度等。
分公司安排一周培训2次，对调车间安全和碳素工艺等进行系统的学习。
3、不足之处和今后打算
在工作上我也发现了自身还存在一定的问题和不足：
一是专业知识欠缺，工作经验少，方法不够多，不能很好处理好某些问题；二是：
综合能力特别是技术还有待进一步提高，对于以上存在的问题，我会高度重视，在今后的工作中努力改进。
1）、加强管理理论和业务知识的学习，不断提高管理理论和管理水平，尽快完成角色转换，胜任本职工作。
2）、时刻保持清醒的头脑，处处严格要求自己，不做有损于职工团结的事，不说有损企业形象的话。
3）、在日常工作中注重“三勤”：
脑勤——勤学多思，；腿勤——不怕多跑车间，不怕多流汗；嘴勤——多问为什，多向班长老师傅请教，多与员工沟通，把分管工作做实做优。
4）、反省当日工作，进行及时的自我修正和补救。
力争做得再虚心一些、再刻苦一些、再朴实一些、再扎实一些、在努力一些。
作为一个刚踏入社会的学生，经过这段时间的锻炼，我在单位领导支持和同事的配合下，不断成长、进步，圆满完成了自己承担的各项工作任务，做到竭尽所能、尽职尽责。
五、实习小结
在这次实习中，我收益颇多，这些都是无形资产，将伴随我一生。
这次实习可以感受到国企的管理模式。
“一个企业，一个公司，它是以盈利的目的而存在的”，让我很是感触。
现在的企业，是以赚钱为目的的，得赚钱来维持公司正常运转。
所以，必须高效，低成本。
而流水线，先进机器，合理人事安排，可以实现时间和成本上的间接盈利。
这是当代企业，科技发展之道。
此外和科长的谈话中也学到了一些在社会上为人处事和工作经验，让我知道怎样在平凡之中创造不平凡。
平凡的小事儿做多了经验累积够了，一定能够做出不平凡的事情来。
使我学习到了以前没有学到的专业知识，掌握了自学的办法，提高了分析问题解决问题的能力。
也正是如此，是我不得不学习新知识，不断掌握新技术、新科学、新材料与新办法极其应用，巩固提高自己的技术和综合能力，方能更好的应用到工作当中，更好的服务社会。
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