阳极组装工序对预焙阳极质量影响及控制措施探讨

阳极组装工序对预焙阳极质量影响及控制措施探讨
发布时间：2023-01-04T03:11:08.062Z 来源：《新型城镇化》2022年23期作者：黄望
[导读] 本文从炭阳极组装车间质量控制的要素，分析阳极炭块中灰分、磷生铁产生的原因及控制方法，通过对阳极组装车间的设备改造，有效的清除软残极及组装块表面的磷生铁，减少杂质对电解及成型的影响，提高电解铝铝液的质量。

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摘要：本文从炭阳极组装车间质量控制的要素，分析阳极炭块中灰分、磷生铁产生的原因及控制方法，通过对阳极组装车间的设备改造，有效的清除软残极及组装块表面的磷生铁，减少杂质对电解及成型的影响，提高电解铝铝液的质量。

关键词：炭阳极组装；灰分；软残极；磷生铁
阳极作为铝电解的心脏，它的质量好坏，不但影响电解槽的平稳生产，还影响着电解的各项经济技术指标，如：阳极消耗、电能消耗、铝液质量；同时还对节能减排指标中的烟气排放有着直接的影响。

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。

1 炭块中灰分、磷生铁产生的原因
1.1 灰分产生的原因
1.1.1 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。

1.1.2 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。

1.2 铁含量增加产生的原因
1.2.1 残极中携带有部分未分离的磷铁
残极压脱时，少量与残极结合紧密的磷铁被压脱下来，这部分磷铁在残极皮带上未被电磁除铁器清除下来或除铁器上的铁没及时清理，被残极刮掉，从而进入成型配料生产线，致使阳极铁含量增加。

措施：将电磁除铁器改为永磁体除铁器。

1.2.2 浇铸后阳极表面磷生铁清理不干净
阳极组装块在浇铸站浇铸时，会产生少部分外溢铁水，飞溅到阳极表面上和铁珠落入炭碗内，人工清理外溢冷凝铁、碎铁屑和铁珠费时费力，而且清扫不干净，这部分铁将进入电解生产线，导致铝液铁含量增高。

2 改进措施
2.1 加装软残极清理机，清除残极表面上的软残极及灰分
电解返回的残极经电解质清理机（钢球抛丸机）或人工电解质清理后，其残极上部及底部仍有1～2mm的软残极，本机能有效的清除这部分软残极。

本机由电机、传动装置、钢刷、残极推车机、收尘系统等部份组成。

电解返回的残极经装卸站上链后，在电解质清理机前的道叉上装设一套残极厚度自动检测装置，厚度大于400mm的残极进入旁通链，小于400mm的进入清理机进行清理。

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。

2.2 装设阳极组装块表面碎铁、杂质清吹装置
方案：用一个两个出口，一个进气口的储气包，装两个二位二通先导式电磁换向阀，从悬链道叉检测开关上引出一个电信号控制电磁换向阀的动作。

组装好的阳极由悬链输送至检测开关检测的位置，电磁换向阀动作，8个喷吹头分别对4个炭碗的两侧进行喷吹清扫。

由于喷吹清扫会产生大量的扬尘，清扫位置必须制作一个密封仓，把阳极块密封，而且需有除尘装置。

除尘装置由除尘器引一收尘口至密封仓，收集吹扫中引起的扬尘。

3.焙烧温度对阳极炭块的影响
焙烧工艺是阳极炭块生产中的主要工序，生坯炭块在加热炉内周围用填充料隔绝空气，遵照一定升温速度将生坯加热到1050℃～1080℃左右的生产工序。

在阳极炭块生产焙烧整个过程中生坯炭块进行黏结剂的分解和聚合反应。

在生产整个过程中焙烧温度达到1100℃左右时，沥青焦的焙烧程度接近煅后焦煅烧的程度，使阳极CO2反应性迅速降低，CO2反应性的降低对减少铝电解整个过程中阳极消耗有非常十分重要的意义；当温度提升到1200℃时，沥青焦会进一步收缩，烧损量明显增多，阳极强度反而会下降，导电性也有所下降，很明显看出过高的温度对生产缺乏任何的帮助；过高的焙烧温度并不可以太多地改善阳极理化性能，只会加快焙烧炉火道墙的破损，缩短炉体应用寿命，并且也大大增加了能源的消耗。

在焙烧整个过程中，因为生产工艺的差别，火道的破损、变形、负压的涉及，会使得焙烧实际升温曲线偏离设计曲线，使得保温时间和冷却时间不够，产生温差并对阳极炭块的质量有较大的影响。

4.混捏温度对阳极炭块质量的重要性
混捏工序国内部分企业引进时采纳应用两段混捏技术，混捏的时间普遍在50～70分钟，混捏温度大多为160℃～170℃，而后经过冷却设备，糊温减少到145℃左右，而后进入到成型机。

90年代中期，混捏工序采纳应用一段混捏增强力冷却，粘结剂改善为液体沥青，工艺上可以将混捏温度提升到180℃～190℃，经过强力冷却机大约40℃的冷却效果，将糊料冷却到140℃～150℃的水平，改善了糊料的混捏质量，阳极理化指标得以提升。

混捏温度控制在一定温度范围内，才能获得最佳质量产品。

若混捏温度偏低，糊料密实度较低、塑性较差。

糊料成型出来的生阳极体积密度低，焙烧后孔度大、内部结构不均质、抗压强度差。

如果混捏温度过高，会使得煤沥青中相当一部分轻质组分逐渐分解和挥发，煤沥青发生缩聚反应，导致糊料的塑性变差，生阳极的成品率不高。

结语
目前，全球经济正在放缓，铝库存正在快速增长，原材料供应过剩，铝价格正在下降，大多数铝厂都面临亏损，如何降低成本，摆脱困境，已成为我国大多数铝厂的首要考虑。

在电解铝生产中，电能消耗已超过总成本的30%.通过改进工艺来降低电力消耗，将大大降低成本，大大提高企业市场的竞争力。

然而，随着电解技术的发展和电解槽的大规模开发，目前的效率大大提高，电解槽的节能降耗空间越来越小，降低阳极铁碳的压降已成为电解铝行业节能的一个重要突破点。

（1）电解铝用软残极清理机，能够有效地清除残极表面附着的电解质层，给下道工序提供合格的残极，由于外部有收尘系统，该机不对外部环境造成污染，而且噪音小，结构简单实用、制造费用低廉，清理效果好，维护方便，为自制软残极清理提供了新的思路。

（2）阳极组装块表面碎铁、杂质清吹装置，能够有效的吹扫组装块表面附着的炭粉及炭碗内的碎铁，由于是在链自动吹扫，不必增加其他附属工艺设施，降低了阳极组装块的生产成本，提高了原铝质量。

参考文献：
[1]朱波，陈立康.预焙阳极中微量元素的控制与生产实践[J]. 中国金属通报. 2018（04）：25-26.。