阳极的组装和使用

摘要：

一、了解铝的性质、用途、发展和铝电解原理

二、学习阳极组装工艺知识和成品阳极的使用

阳极组装工艺知识

1.碳素材料发展

1.1碳素材料是指是指选用有机碳质物料或石墨作为主要固体原料，铺以其他原料，经过特定的生产工艺而制得的无机非金属材料，历史100多年，在中国30多年。

1896年美国人艾奇逊发明人造石墨电极。

1.2碳用途

第一种：作为结构用碳制品，如高炉内衬等。

第二种：化学工业用制品，如耐腐蚀、耐热性好的材料。

第三种：密封材料。

2.阳极组装工艺

2.1预焙阳极构成：

阳极本体、阳极导杆、爆炸焊、磷生铁、钢爪

2.2预焙阳极的组装

预焙阳极碳块组有3个不同材质的部分组合而成：铝质导杆、铸钢爪头、经过焙烧的阳极碳块，他们之间通过焊接和浇注连接为一体，形成阳极碳块组，有单组的和双组的，还有三组的等。

铝导杆一般用一级铝及铝镁合金拉铸而成（一铸造目前为电解四期备导杆），长度2000-2200mm,尺寸以通过它的电流大小而定，一般电流密度为35-40A/ cm2.铝导杆与水平大母线接触面需要加工，要求平直二光滑，表面少氧化膜，目的：降低接触电阻（压降），电解车间考核该压降≤12毫伏。

钢爪为ZG25材质的铸钢件。爪头有三爪、四爪、六爪，爪头排列有直线排列或矩形排列。铝导杆通过爆炸焊块与钢爪连接，或将导杆与钢爪爆炸连接后焊接。爆炸焊块是引爆炸药的方式将钢与铝焊接为一体的双材质结合材料，它可以实现钢-铝，铝-铝焊接的过渡。特点：焊接牢固、表面接触电阻小、机械强度大。焊块上表面与导杆采用氩弧焊或碳弧焊焊接，下表面与钢爪采用电弧焊焊接。爪头组装前应砂洗或涂石墨，目的：防止铁水对钢爪头的侵蚀，改善钢爪与铸铁的接触状态，降低接触压降（二电解厂钢碳压降≤80（100）毫伏），并有利于导杆循环使用时磷铁的脱环作业（二电解厂磷铁压脱机冲头经常断，加工一根费用高）。阳极炭块上有炭碗：振动成型的炭块振膜上有专门制炭碗的装置。炭碗为圆形，深度大约80-120毫米。为了加强钢爪和炭碗的结合力，可以在炭碗内内壁加工斜槽，一般斜槽数量为4-6道，槽呈上宽下窄的楔形，槽深20-25毫米，倾斜角为70-75度。

浇注阳极用低磷生铁，磷含量一般为0.8%-1.2%，目的：磷生铁成分对于铸造性能和钢碳接触压降关系密切。浇注用磷生铁应具有流动性好、热膨胀性强、电阻率低、冷态下易碎裂等特点。

磷生铁用冲天炉（电解一厂用过，淘汰）或中频炉融化（二电解厂目前使用，国内

通用），炉温1300-1400度，出炉温度高于1350度。

2.3阳极组装的类型

阳极组装有两种类型，分别是半机械化操作：人工浇注，劳动强度大、组装成本较低；全机械化操作：整个过程全部为机械化流水作业（悬链悬挂导杆，在输送过程中自动完成效直、涂石墨、清刷导杆等）。

阳极组装工艺流程

装卸站----残极清理站----残极压脱站-----磷铁环压脱站-----导杆检查站----钢爪清理站------导杆矫直机

------导杆清刷机------涂石墨站-----钢爪干燥器------浇铸站

部分铝厂在组装好的阳极组上喷铝，目的：防止氧化。

2.4磷生铁的成分和作用：

磷生铁成分杂质含量应尽量少，特别是铁、硅、矾、钛、镍、硫等氧化物。这些杂质不仅影响碳阳极理化指标，而且会在电解过程中进入

的膨胀。

Si：具有抗收缩性能，含量增高收缩性小，含量少收缩大，易造成磷生铁与碳有孔隙。

Mn：可增加铸铁收缩。锰有脱硫作用，与硫结合形成硫化锰渣，浮于上。锰还有反爆化作用，可提高温度，多加易造成炭碗孔隙。

P：可提高铁水流动性，使浇注铁水饱满平整，提高铸铁冷脆性，易于压脱。

S：为有害元素，宜适当减少其含量。

磷生铁中的各种元素，在改善性能方面均有一定好处，配料比例得当，发挥其综合好处至关重要。其中重要指标是磷铁收缩率，收缩率过小，浇注后的磷铁环或炭碗崩裂，反之，易造成脱块。还有电阻率，电阻过高，钢碳压降高，电耗高，甚至在生产使用过程中钢爪发红，脱极。

配料中Mn和P配比难度最大，特别是Mn，必须认真配料，及时化验分析，进行调配。残极脱爪后的磷生铁可以循环使用，但是其中的Mn和P会发生变化，要及时对其进行添加。

2.5预焙阳极块的理化指标

预焙阳极块的理化标准（YS/T285-1998）

2.6预焙阳极外观要求：

a.成品表面粘接的填充料必须清理干净。

b.成品表面的氧化面积不大于该表面面积的20％，深度不得超过5mm。

c.成品掉棱长度不大于300mm，深度不大于60mm,不得多于两处。

d.棒孔或孔边缘裂纹长度不大于80mm，孔与孔之间不能有连通裂纹。

e.大面裂纹长度不大于200mm，数量不多于3处。

2.7预焙阳极的组装要求

a.铝导杆弯曲度不大于15mm；

b.组件焊缝不脱焊，爆炸焊片不开缝；

c.磷铁浇注饱满平整，无灰渣和气泡。

3.预焙阳极导杆焊接要求

3.1制定导杆焊接规程和技术要求

3.2加强爆炸焊块焊接质量检查

3.3焊接合格的导杆应在焊接面上或其他地方坐上序列号，以便存查。

3.4.1导杆弯曲不得使用，需要效直，爆炸焊块裂纹深度3-5毫米，宽2-4毫米，不得使用。

3.4.2爪头烧损1/3，2个以上不得使用。

3.4.3爪头2次使用必须进行砂洗方可使用。

3.4.4炭块底掌应在一个水平面上，导杆保证垂直度。

3.4.5组装前炭碗内填充料清理干净，爪头涂石墨高度不低于120毫米。

3.4.6爪头组装时，导杆要垂直，爪头与炭碗要同心，间隙不小于20毫米。

3.4.7炭碗内铁水要饱满，铁水面和炭碗上面正负5毫米。

3.4.8浇注时不允许铁渣打入或掉入炭碗内（炭碗内方铁块找平衡在工艺上是不允许的）

3.4.9浇注完好炭块表面必须清理干净。

3.4.10组装完毕的炭块应该用1000A直流电焊机逐块通电检查钢碳压降，小于120毫伏的为合格品，小于90毫伏的为优质品，可用于焙烧槽用。测定方法：一点在爆炸焊块上100毫米处，另一点在炭块上面中间距上沿100毫米处。