摘要：目前,全球经济放缓,铝库库存快速增加,原铝生产供大于求,铝价下跌,大部分铝厂面临亏损。如何能降低成本,摆脱困境成为国内大部分铝厂首要考虑的问题。在电解铝生产中,电能的消耗已超过总成本的30%,通过改进工艺降低电耗会相当可观的降低成本,大大提高企业市场竞争力。但是随着电解技术的进步和电解槽的大型化发展,电流效率显著提高,电解节能降耗的空间越来越小,降低阳极铁炭压降成了电解铝行业节能的重要突破点。本文分析了阳极组装工序对预焙阳极质量影响及控制措施。
关键词：阳极组装工序对预焙阳极质量影响及控制措施
在电解铝厂的生产中,阳极被誉为“电解的心脏”,阳极组在电解槽中起着导电和参与电化学反应的作用。阳极由铝导杆,爆炸焊块,钢爪,阳极炭块组成。
一、炭块中灰分、铁炭产生的原因
1.灰分产生的原因。一是软残极产生。残极是阳极炭块在铝电解生产中使用以后换下的残余部分, 其表面覆盖有氧化铝和氟化盐, 将其清理掉后经破碎返回成型车间作为阳极材料的原料, 以提高生阳极的体积密度、降低空气渗透率、提高抗压强度等。但由于残极在电解槽上高温电解质中使用了近30 天, 其表面层硬度较小、空隙度大、抗氧化性能较差、着火点低等, 此部分软残极进入成型配料后, 将对阳极质量带来很大的影响, 造成电解更大的损失。二是收尘粉料产生。残极压脱、破碎时产生的大量粉料经收尘系统收尘后进入残极皮带, 最终返到阳极生产下道工序成型生产线, 导致阳极Si 的质量分数增加。这些收尘粉料杂质含量高、性状疏松、比重小、理化性能低劣, 对电解的阳极净耗、电流效率影响较大, 不应上线参与阳极生产。另外工作现场、工序卫生清扫等产生的脏料也会带入一部分灰分。
2.影响铁炭含量因素。主要元素配比的影响。对磷生铁影响较大的元素主要为:C、Si、Mn、P、S,五大元素,由于磷生铁为循环使用材料,元素的烧损比较严重,引起各元素配比失调。C含量偏低引起铁水熔炼温度升高,磷生电性变差,磷生铁收缩率大,引起磷生铁与炭碗间松动,接触压降增大,甚至引起脱块;Si含量偏低也会引起磷生铁收缩率大,造成磷生铁与炭块之间有间隙;Mn含量偏低会造成脱硫效果差,偏高会增加铸铁收缩,造成炭碗与磷生铁的孔隙;P含量过低会造成铁水流动性变差,脆性变差,不易于破碎回收;S含量偏高会造成流动性变差,导电性变差,热裂等。浇铸温度的影响。阳极浇铸的温度为1350～1450℃,但是在实际生产过程中,由于控制不到位,会出现浇铸温度过高或者过低的现象。浇铸温度过高,磷生铁收缩过大,易出现钢爪松动;浇铸温度过低,铁水流动性变差,浇铸困难,导电性不好,磷生铁强度低。熔炼铁水除渣不彻底的影响。若除渣效果不好,杂质留在铁水中,浇铸后的磷生铁电阻率会因此升高,影响导电性。回炉磷生铁清理。电解残极返回后,经压脱掉的磷铁环含有大量的粉尘和炭粒,循环使用前需清理,若清理不干净,其上面的粉尘和炭粒等杂质会进入到浇铸环节,形成杂质和气泡,这会增大铁炭压降,降低磷生铁的机械强度。钢爪质量的影响。导杆组经循环使用,钢爪上面有厚厚的铁锈、电解质等杂质,若清理不干净就进行组装,无疑增大了钢爪与磷生铁间的接触电阻,严重影响阳极的组装质量。钢爪内部有气孔,夹渣、裂纹等铸造缺陷,也会影响导电性。阳极炭块的影响：一是炭块潮湿。由于运输或者仓储管理不善,造成炭块潮湿。此类炭块在浇铸过程中,无法一次性浇铸成型,需二次甚至多次浇铸,造成了磷生铁的分层,增大了电阻,严重时会造成阳极脱落;二是炭碗清理不干净。炭碗内的杂质若清理不干净,在浇铸时,进入到铁水内,影响铁水流动性,降低磷生铁强度,增大电阻;三是异性炭碗破损。为增大铁炭接触面积,炭碗多采用异性炭碗(斜齿形或梅花形),炭碗的破损会降低铁炭接触面积,引起磷生铁与炭块的连接强度不够,引起松动,轻则增大铁炭间的电阻,重则引起阳极炭块脱落。
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二、控制措施
1.清除残极表面上的软残极及灰分。本清理机安装于电解质清理机后的钢结构架上, 顶部接收尘管道, 底部有皮带输送机, 当残极由悬链输送机送入本机, 残极推车机的入口侧夹板被导杆抬起, 当导杆全部进入夹具后, 入口侧夹板在重力作用下自动把导杆夹紧, 同时导杆压下残极推车机的气缸控制开关, 气缸拖动推车机及带残极的导杆向前移动进入清理室。高压压缩空气间隙喷吹, 清除残极表面灰分及电解质;电机拖动清理滚筒高速旋转, 钢刷采用钢丝绳, 由于离心力的作用, 残极上的电解质层被钢丝绳刮削清除干净。当气缸拖动推车机及带残极的导杆清刷完毕后, 由于出口侧夹板被固定机架上的挡块抬起,带残极的导杆由悬链输送机拖走, 同时导杆不再压迫气缸控制开关, 气缸自动换向并快速返回, 完成一个清刷工作循环, 进入待机状态, 由于是在链不停顿自动清理, 钢刷靠离心力的作用, 因此可以自动适应小于400mm 的厚、薄残极的软残极清除。
2.降低铁炭压降的措施。一是含C量在2.5%～ 3.5%时,析出的石墨细小均匀,提高磷生铁的强度;Si为促进石墨化元素,含量增高收缩性小,含量少收缩大,易造成磷生铁与炭碗有间隙,含量控制在2.0%～3.5%;P在铁水中形成低熔点的磷共晶,提高铁水的流动性,使浇铸的铁水平整饱满,还可以使磷生铁冷脆,便于磷生铁破碎回收,考虑磷生铁需要的机械强度和破碎回收需求,含磷量为0.9%～ 1.5%;Mn为阻碍石墨化元素,Mn 与S 结合生成MnS会降低铁水流动性, 但是可以去除S的危害,综合考虑Mn的含量范围在0.6%～0.9%为佳。S为危害元素,所以应对S加以限制,控制S含量在0.1%以下。除此外,我们还要考虑炭当量(CE),CE在4.26%时,铁水熔化温度最低,能提高铁水流动性,减少元素的烧损,C、Si、P对电压降的影响为C＞P＞Si,所以保证CE值在4.26%左右的前提下,增大C含量减少Si、P含量可降低磷生铁的电压降。二是控制好浇铸温度。对每炉铁水出炉前测温度,出炉铁水温度要高于浇铸温度50℃左右。选用适合本车间条件的浇包,保证在铁水温度降低到下限前浇铸完浇包内的铁水。提高除渣效果。在中频炉熔炼过程中,要勤除渣;铁水倒入浇包后,向铁水浇包内加入聚渣剂,再次除渣,保证铁水洁净。回收的磷生铁在熔炼之前,做抛光处理,去除回炉磷生铁表面的灰尘杂质。加强对钢爪的除锈、除电解质工作,保证钢爪底面以上15cm无杂质、锈蚀。此外,在采购钢爪时,需检查钢爪质量,是否存在气孔、夹渣等缺陷。三是浇铸前对炭碗进行吸灰清理,杜绝潮湿、炭碗严重损坏炭块进入浇铸流程。钢爪头上涂上石墨浆,然后烘干,不但防止铁水对钢爪的冲蚀,利于磷铁环的压脱,还可以增加钢爪与磷生铁间的导电性。
炭阳极组装车间是把电解返回的残极进行电解质清理、残极压脱、磷铁环压脱, 并把焙烧块和铝导杆—钢爪组用熔化的磷生铁进行连接成为具有一定机械强度、较小比电阻的整体, 同时对残极进行破碎, 破碎后的残极返回成型车间供配料使用。其质量控制主要有:残极料中灰分、磷生铁的控制;浇铸质量及组装块表面附着的磷生铁、填充焦的控制;磷生铁的配比控制。本文通过分析炭块中灰分、铁炭产生的原因,提出降低铁炭压降的可行性改进方案。
参考文献：
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论文作者:李伟
论文发表刊物:《基层建设》2017年6期
论文发表时间:2017/6/22
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