专利名称:用于由电解法生产铝的阳极中焦油含量的控制方法本发明涉及一种在用电解法和霍尔-赫路尔特(Hall-Heroulf)法生产铝时，控制阳极中焦油含量的方法。所谓的“预焙烧”阳极是这样获得的把粒料(常为焦炭)和粘结剂(常为焦油)加热混合，再用振动固化、加压或振动加压的方法使获得的碳糊成形，最后在高温下焙烧(1100～1200℃)。阳极的质量对电解法的导电好坏和能量效率有决定性的影响。一个长期困扰着操作者的问题就是阳极生产的最优化，尤其是，在焙烧产品中获得最大的密度。这主要是关系到延长阳极在电解槽中的寿命周期，同时在耗炭量一定时减少所需生产的阳极块数目。焙烧产品的密度基本上是三个参量的函数原产品的干密度，粘结剂的成焦效率和焙烧过程中产生的体积变化。这三个参数不是独立的，而是原产品中粘结剂含量的函数。经验表明，对于给定的两种原料(焦炭，焦油)，给定的生产条件(粒化、混合等)和碳糊成形，作为粘结剂含量的函数，焙烧密度曲线通过一个最大值;在与此最大值相应的含量下，可能在原产品中获得最大干密度。土力学对碳化阳极结构的研究有很大的影响。在多相介质力学中，众所周知，压缩一块含水量可变的土壤所形成的干密度曲线有一个最大值。干密度定义为受压介质中干物质的密度。当压应力(稳态压力或动态压力)增加时，密度最大值升高，同时相应的含水量下降。这个结果可以用饱和含水量来解释。对于给定的压应力，如果含水量超过了饱和含水量，密度水平就会降低，这是由于固体基体中的颗粒为液体所分开的缘故。
总之，改变压应力所获得的曲线都落在一条称为饱和曲线的包络线内。在对给定的含水量这条饱和曲线确定了可能获得的最大密度值(SUBBARAO，Doctorate论文，Grenoble 1972，“介质的连续压缩和力学”)。
可以用土壤的模拟来处理碳化产物的压缩问题，因为它们也同样有气态介质空气液态介质碳化粘结剂(焦油，树脂，沥青)固态介质碳化基体(汽油焦，焦炭，无烟煤等)然而在固体粒料的多孔结构中存在着一个重要的不同点。
这种多孔介质的气孔率是随压应力而变化的。这种现象使得饱和曲线失去单一性。简单地说就是，在焦油含量给定时，增加压应力可以增大产物的饱和密度，然而与粘结剂含量的影响相比，这个现象的影响可以忽略。
以前的方法常常设法在经过压缩的原生的阳极中达到最大密度。由于这种调节方法常常导致焦油水平有规则的提高，故既可使阳极的可见面离开压模(fatty appearanee凸面)，预先设定一个焦油含量范围(众所周知，焦油含量如果超过了此范围，阳极就会在焙烧炉内相互粘连“sticking”)，以缓和焦油水平的提高。
然而人们也提出了某些调节方法。ALCOA专利(法国FR2436763 美国U.S.4133090)中提出的方法是在出压模时测量分解原生的阳极，然后根据这个阳极的密度调节焦油含量使电极达到最佳或焦油含量最小。这意味着在产物参数(原材料，粒度等)发生变化后，这种最佳化方法直到获得焙烧后电极的全部性质之后，也就是在几天的响应时间之后才能容易地使用。这与原生阳极的生产不相适应。因此实际上，人们不得不寻找一个平均水平线，以保证不与最佳结果偏离得太远。
本发明的目的，是要提供一种调节原生阳极的生产的方法(通过调节焦油含量)，使得无须等待焙烧过程的结果，即能使焙烧后阳极的密度达到最大值。
当汽油焦的质量水平给定且保持不变时，阳极焙烧后的表观密度就主要依赖于焙烧前原生阳极的干密度。阳极的干密度可直接表达为阳极中干物质的有效压缩。
这个干密度与于原生阳极的表观密度和焦油含量有联系方程式为DS＝原生DA×(100-%焦油)/100其中DS原生阳极的干密度，原生DA＝原生阳极的表观密度(直接测量得出)，%焦油＝焦油含量对碳糊重量的百分数。
在给定一对原材料工艺条件(粒化，混合等)和碳糊成形给定的情况下，原生阳极的干密度在某一焦油含量下达到最佳值。
图1至图3以任意尺度示意性地画出了阳极特性随如何焦油含量变化的情形。
图1示出了原生阳极的干密度随粘结剂含量的变化，参变量是成形时所施加的压应力。
图2示出了在压应力给定时，阳极的主要参数随焦油含量的变化情况。
图3表明了根据本发明焦油含量调节方法的原理。
图4说明了本发明的实际应用。
能得到焙烧后最大表观密度的最佳焦油含量示于图2中。我们将看到这个含量与可能得到的原生阳极最大干密度的焦油含量相对应。用这个方法，也即本发明的内容，仅需在刚结束压缩时对原生阳极进行测量，就可能使阳极的焙烧后表观密度达到最佳，这样就可以直接用于操纵控制系统。
而且，这个最佳干密度与产物参数(原材料，粒化等)有关，且明显地随产物参数变化。因此，除了过渡期间，干密度的最佳化在所有情况下可以导致焙烧后密度的最佳化。
这个工艺过程，即本发明的内容，包含下列操作步骤向碳糊混合器提供下列原料一方面是经粉碎的焦炭，其粒度预先确定并保持恒定，焦的补入速度也保持恒定;
另一方面是焦油，其在焦炭中的含量Bo%可由操作者手工调节，也可由程序可控的或微处理机控制的自动化单元来调节。
离开混合器后，碳糊被引入到压缩器，加压后的阳极卸在辊滚台上。
如果使用非连续式的混合器，那么一次批量的碳糊合成物就是常量，因此焦油含量的任何改变都会影响到由这一次批量所生产出的所有N个阳极。如果混合器是连续式的，那么混合器顶端焦油含量改变的时刻与第一个加压阳极出现的时刻之间有一个时间偏差，在此期间可用来改变碳糊产品的成份。这个偏移称为“d”(实际上，这个时间间隔可提供出3到6个阳极)。在编程序时计算机就将其考虑在内。
原生阳极的表观密度是由阳极的重量和体积确定的。
重量的测量误差在0.1%之内。经验表明，加压后的长度和宽度可以认为是常数，其精确度类似于焦油含量，与其平均值的偏差不大于1%(绝对数值)。于是为了知道其体积只要测得加压后阳极的高度H即可。计算机里要输入下列参数实测的重量，长和宽(常数，但必要时也可修正)，随焦油含量水平而实测的高度。
因此结果为原生DA＝阳极重量P/〔(H-ho)×L×1〕+Vo，Vo是阳极“头”的体积，它有沟槽、阳极插头和各种锥形体的顶端部分。ho是阳极头的高度。原生阳极的干密度为DS＝原生DA×(100-焦油的百分含量)/100。这些数据也被输入计算机。
计算机根据生产经验取定初始焦油含量Bo%进行计算;在这些条件下生产出的阳极的干密度记为γ(Bo)。
于是1、把初始焦油含量Bo提高一个数值为x(例如0.1或0.2%绝对)。在这个新的焦油含量Bo+x下产出的阳极具有干密度γ(Bo+x)。考虑到微小的起伏，这个密度值是在n个阳极(如5到20，最好是10)中测得的平均值。
增量x可正可负。
2、把γ(Bo+x)与γ(Bo)(平均值)相比较。
如果γ(Bo+x)＞γ(Bo)，把Bo+x再提高一个增量x，其符号与原增量相同。
如果γ(Bo+x)＜γ(Bo)，把Bo+x再提高一个增量x，其符号与原增量相反。
如此继续下去，过程的每一步都是把本步中得到的密度水平与前一步中得到的水平相比较。
可以这样来理解这一算法如果Bo的增加(正增量x)导致阳极的干密度增加，就表明现有的焦油含量低于最佳值Bm;而如果Bo的增加(正增量x)导致干密度的降低，则表明现在的焦油含量一定已经超过了最佳值Bm。
同样，如果Bo的降低(负增量x)导致干密度的降低，就表明现在的焦油含量很可能低于最佳含量Bm;而如果Bo的这个降降导致干密度的增加，则说明现在的含量一定高于最佳含量Bm。
3、如果γ(Bo+nx)和γ(Bo+(n+1)x)的任一次比较结果相等，则可向操作者或自动化单元发出一个指令保持焦油含量为Bo+(n+1)x不变;
或者把焦油含量改变为Bo+(n+1)x+x′，x′可正可负。在进行这一操作时，x′可能等于x或小于x(如x′＝x/2)，这样如果认为改变前的焦油含量在最佳值附近的话，改变后的含量就不会偏离最佳值Bm太多。
4、Bo的改变有一个最大设定值其极限Bo±X(图3)。这个极限可以定在n个x增量处。例如，上述每一步可以是0.1或0.2%的焦油(绝对百分数)，例如，X可以定在±0.5或±0.6%(绝对数值)。
5、同样地，为避免焦油含量围绕最佳值Bm起伏过大，可以在设定某值一段时间后重新设定焦油含量的初始值Bo，根据图4中干密度随焦油含量变化的真实曲线可以知道新值在最佳值Bm附近而这条曲线可在计算机中自动建立。
正如早已指出的，所有操作都可用以下方法进行手工操作在这种情况下，操作者读下计算机提供的数据，在已指明的方面和设定的总变化范围X＝∑x内改变一个增量x;
或自动操作计算结果输入一个可程控的或微处理机控制的自动化单元，这个单元提供一显示屏和/或其它设施来处理各种参数的变化。
图4是一条实验曲线，表明了焦油含量在13.4到14.5%的整个范围内的情况。
可以看到，对于每一个焦油含量值，干密度的实测值都聚集在一握曲线附近，幅度大约为绝对干密度值的0.002。
在一个用于一系列电解槽的阳极生产线上，Bo定为13.4%的焦油，x定为0.1%，X定为±0.6%。我们发现焦油含量的最佳值在13.6%附近，相应的最大密度(干密度)为1.416，换句话说干密度值为1.638。这个密度水平非常之高，可制成质量很高的焙烧后阳极。
本发明的应用不仅局限于阳极的生产任何用振动固化，冲压，加压或振动加压的方法使碳糊成形而获得的碳块，都可以根据本发明的方法来调节其焦油含量以获得最大干密度。


本发明阐述了一种用于由电解法生产铝的预烘烤阳极中焦油含量的控制方法，用这种方法可把焦油含量控制在与阳极的最大干密度相应的最佳值Bm，这样仅需对加压后出现的原生阳极进行测量，就可能使焙烧后阳极的密度达到最大值而无须等待焙烧过程的结果。