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
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。

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。

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