1 實施效果
1)降低混捏瀝青用量、提高制品實收率，提高生陽極質量
2)降低焙燒火道燒損，延長爐體壽命
3)采用智能控制技術，穩定生產，提高勞動效率
4)實現運行監督，確保生產穩定
5)生產均質化陽極
6)確保客戶產品質量的基礎上，最大限度降低炭陽極生產成本
2 行業現狀
國內炭素廠普遍存在陽極質量均質性不夠好，電解使用中炭耗較高，普遍存在掉渣、掉塊等現象，影響電解電流效率和電耗。該問題的產生不是某個工序生產的原因，而是在整個炭素生產過程中，無法實現工序間從原料到預焙陽極產品全過程的有效的質量控制，從而導致了最終產品的質量不穩。
指標合格、均衡的陽極在電解生產中可以使陽極電流分布均勻，陽極消耗一致，減少陽極氧化掉渣，延長換極周期，降低炭耗；減少換極和炭渣等因素對電解生產造成的擾動，有利于穩定電解工況，延長電解槽的使用壽命。使用均質化陽極還可以提高電流密度，強化電流可以提高原鋁產能，使企業獲得更為顯著的經濟效益和社會效益。
3 解決方案
我公司針對炭陽極生產過程中存在的難題、瓶頸，潛心多年，研發了均質化陽極生產質量控制專有技術，形成了一套完整的均質化陽極生產質量控制綜合解決方案，以生產工藝及指標優化為主線，以實時過程控制為手段，輔以完善的技術服務，實現優質、均質預焙陽極的連續、穩定生產，達到節本降耗目標。
3.1 石油焦科學摻配
石油焦價格差異較大，產品質量指標各異。在保證揮發分、灰分、微量元素等各項指標合格的基礎上實現采購價格最低，必須要選擇多種原料按比例進行摻配。
我公司科研人員在經驗豐富的工藝專家指導下，經過多年摸索和研究，提出了石油焦科學摻配的技術理念，研發了石油焦科學摻配的配比尋優算法，配套設計了石油焦科學摻配裝置，真正做到了對石油焦的科學摻配。
我公司的石油焦科學摻配技術，可對炭素生產企業進行采購指導，選擇合適的原料，配置科學摻配裝置，控制摻配精度，穩定摻配后石油焦成分，實現原料的均質化，有利于提高煅后焦的產品質量，從而最終提升制品質量。實現炭素生產源頭的提質降本。
技術指標
1)同樣質量指標要求下，摻配后石油焦價格最低
2)同樣價格下，摻配后石油焦質量指標最優
3)摻配精度可達1%
3.2 中碎物料粒度在線檢測
當前炭素企業采用人工對中碎物料粒度進行取樣檢測，頻次低，誤差大，配料精度無法保證，對生坯質量影響較大。
我公司研發的中碎物料粒度在線自動檢測系統，可實現中碎骨料粒度的在線高頻次全自動檢測，消除人工檢測誤差，屬國內首創。精度高、一致性好、可靠性高。配有多種標準通訊協議和接口，方便實現與配料控制系統通訊。該裝置具有如下特點：
1)專利篩分技術，結果準確可靠。
2)分析過程快捷，篩分周期：<60min/次。
3)粒度測量范圍：≤10mm（特殊可定制）;
4)全密封取樣，無泄漏；全截面取樣，取樣代表性強。
5)系統結構簡潔，可動部件少，無需設備潤滑，部件檢修更換方便，可長期穩定運行。
6)取料、篩分、計量、收粉、結果計算全過程自動化，無需人工干預。
7)多種數據接口，可方便與配料控制系統通訊。
技術指標
1)檢測周期：<60min/次
2)物料粒度檢測精度達2%
3)檢測過程全自動
3.3 粉子純度在線檢測控制
當前炭素企業采用人工對粉子純度進行取樣檢測，頻次低，人為因素影響大，與制粉系統聯動差，瀝青添加量調整不及時，導致炭素生坯內在質量波動大。
我公司研制開發、擁有自主知識產權的粉子純度在線自動檢測裝置，可實現粉子純度在線高頻次全自動檢測，屬國內首創。精度高、一致性好、可靠性高。具有如下技術特點：
1)模擬人工篩分原理，結合創新性的篩分技術，結果準確可靠。
2)分析過程快捷，每次20分鐘即可得到結果。
3)系統結構簡潔，可動部件少，無需設備潤滑，部件檢修更換方便，可長期穩定運行。
4)取料、篩分、計量、收粉、結果計算全過程自動化，無需人工干預。
5)多種數據接口，可方便實現與磨粉系統的數據通訊。
6)篩分結果作為測量值參與磨粉系統的實時控制，通過調整進料量、分析機轉速等參數，實現粉子純度的穩定。
技術指標
1)檢測周期：<20min/次
2)磨粉純度檢測精度2%
3)粉子純度的控制精度2%
4)檢測過程全自動
3.4 混捏瀝青智能添加
傳統的混捏鍋添加高溫瀝青油是采取自流的方式，而下料點較少（一般少于兩個點），進入鍋體內部以后瀝青與干料直接混合面積小，從而導致瀝青對干料的浸潤效果不佳，濕混效率低下。
我公司研發的混捏瀝青智能添加技術，以混捏瀝青智能添加專利技術為核心，對傳統的瀝青下油工藝以及設備進行改進，通過“多點智能添加”的理念，采用智能控制算法，實現瀝青快速、均勻的與干料混合，改善混捏均勻性，提高混捏質量和效率，達到提質降耗目標。具有如下技術特點：
1)高溫瀝青以呈均勻擴散的形態噴淋在混捏鍋內干料表面，實現瀝青和干料的快速充分混合。
2)高溫瀝青以高壓狀態加注進混捏鍋內，可增大瀝青對混捏鍋內干料的侵入力度，改善混捏效果。
3)智能控制單元實現瀝青智能添加全過程自動化操作。
技術指標
1)減少濕混時間10分鐘以上
2)避免團料現象，改善混捏質量
3)預計瀝青添加量可減少1%以上
3.5 成型配方智能優化技術
配料配比的完善和優化是成型的首要關鍵。
優化改進理論配方，保證符合原料特性的最大干料堆積密度，保證產品質量的最優。
在優化理論配方的前提下，實現工作配方的實時在線調整。我公司的配方計算專有軟件已成功應用于炭素生產，并獲得軟件著作權，該軟件采用高級語言設計，配有多種標準通訊協議，方便實現與配料控制系統通訊。
生產操作人員只需在計算機上輸入各種物料的篩分數據，軟件依據理論配方，自動生成工作配方，自動計算出各種物料的配比，并自動下載到控制系統作為配料控制依據。可有效避免由于原料、設備等原因，粒度分布發生變化造成的配方失真，對生坯質量造成的影響。
3.6 焙燒均勻控溫
焙燒是炭素生產的最后一個關鍵環節，其燃燒裝置及火焰控制系統控制效果不僅對制品質量影響很大，而且直接關系到其能耗及煙氣排放指標的高低及焙燒爐的使用壽命。
我公司研發的焙燒均質智能控制技術通過均勻高速燃氣智能脈沖控制、預熱區智能輔助燃燒、高效低NOx燃燒控制等技術，以高速脈沖電磁閥、驅動模塊、高效低NOx燃燒器、自吸式脈沖點火燃燒器等專用設備為保障，實現焙燒炭塊質量指標的均一性。配合優化的工藝技術，可有效減少火道燒損，延長焙燒爐使用壽命，使陽極質量的均勻性大幅提高（各項指標波動大幅減少），合格率提高，能耗顯著降低，提高系統運行穩定性。
技術指標
1)提高焙燒質量及均質性
2)避免火道局部過燒，延長焙燒爐大修周期
3)水平、垂直溫差控制在±30℃左右
4)火道保溫溫度降低（20-40）℃
5)降低燃氣消耗
6)新焙燒爐NOx含量控制在100mg以內
3.7 綜合管控
高品質、均質化炭素制品的生產，需要一個涵蓋全流程的大數據生產信息平臺，并通過這個平臺實現生產監督、質量跟蹤、參數調整、設備及用能管理，進而穩定生產運行，保障產品質量。
我公司所開發的炭素生產大數據平臺，采集全流程的生產過程數據、化驗分析數據、計量檢斤數據，通過大數據分析模型，集中有效地監督管理和控制整個炭素生產的關鍵工藝參數，實現關鍵技術參數實時調整、生產工藝參數追溯分析、生產工藝及指標的優化。保障整個高品質炭素生產過程的連續穩定運行，從而達到提質降本的目標。主要包括如下五個模塊：
1)生產指揮調度管理模塊
2)生產質量監控、追溯分析模塊
3)設備狀態監控、預警模塊
4)用能監控、統計分析模塊
5)遠程數據監控模塊
4 應用實例
應用單位：中鋁公司某炭素廠（電解鋁40萬噸配套碳素廠）
1）項目內容
工藝方面，立足于現有生產狀況，以保證產品質量為第一要素，從各個生產車間的具體問題入手，優化其生產工藝參數及指標，建立和完善相應工藝制度，優化和調整配料理論配方，生產配方自動計算，提高生產配方實時調整效率；降低殘極灰分含量；控制生坯體密；焙燒工藝制度優化，優化調整焙燒曲線，延長保溫時間，切實保證塊溫達到要求。對項目實施全過程派駐專家和相關技術人員服務于現場，提供完善的技術服務和生產運行監督。
設備方面，對原有自控系統、部分相關設備進行相應的改造，修改成型、焙燒自控程序、更換或增設必要的自控設備、配置相應程序軟件；對糊料輸送、均勻配料等設備進行優化改造或更換。
建立優質陽極生產質量控制系統的數據共享平臺，實現炭素全廠、全流程數據實時監控、數據追溯及分析。
2）應用效果
?二級品率從55%提高到99%；
?電解陽極炭耗降低20kg/t–AL；
?噸鋁電耗降低150kWh；
?綜合指標排位由系統內倒數上升到正數前兩名。
附1：電解陽極炭耗統計表
2015年為改造前炭耗數據；2016、2017年為改造后炭耗數據
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