中國電解鋁工業(yè)發(fā)展十分迅猛，產量已居世界第一
摘 要：本文闡述了國內電解鋁企業(yè)陽極組裝在工藝方面存在的問題，并且分析了產生問題的原因和對企業(yè)帶來的不利影響，最后提出了解決問題的思路和方法。
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關鍵詞：陽極組裝 石墨棒 石墨粉 石墨制品 石墨加工 石墨電極加工 石墨塊 鐵石墨壓降 鐵環(huán)裂縫 碗孔參數 磷生鐵成分 電耗
概述：近年來，中國電解鋁工業(yè)發(fā)展十分迅猛，產量已居世界第一，但是我們只能說是電解鋁大國，不能說是電解鋁強國，因為我們的許多技術指標和發(fā)達國家相比還有很大的差距，由于世界性的經濟危機導致電解鋁全行業(yè)出現嚴重的虧損，電解鋁企業(yè)之間的競爭就是原料和能耗的競爭，而能耗在設備和槽型一樣的條件下，則是管理和技術方面的競爭。因此，如何降低電解鋁的單位能耗已經成為國內電解鋁行業(yè)長期研究的重要課題。這里我們只談作為鋁電解生產中起著“心臟”作用的預焙陽極組，在組裝工藝方面存在的問題，以及解決的辦法，和對節(jié)能降耗所起的重要作用。
一． 陽極鐵石墨壓降較高. ~9 q' |( h5 o
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鐵石墨壓降是陽極組裝質量好壞的重要指標之一，設計的壓降值為80毫伏一下，而國內的多數廠家都在120毫伏以上，有的甚至高達200毫伏左右，影響鐵石墨壓降的主要因素有：, c6 ^5 Y) ^/ M& Q6 d% T8 B% m0 l
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（1） 磷生鐵成分不達標8 |! m; P6 _1 l- m5 ?
國內磷生鐵成分五大元素的行業(yè)標準是：
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石墨：3.0—3.5% 硅：2.0—2.5% 錳：0.6—0.9%
磷：0.8—1.2% 硫：≤0.2$ d' l) S% J, H: W, a/ D6 j
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但是國內的多數企業(yè)的磷生鐵成分都沒有達標，普遍存在的問題是，石墨、錳元素含量偏低，硫、硅、磷元素含量偏高，這種磷生鐵本身的導電性就差，流動性不好，鐵環(huán)熱裂現象較為嚴重，澆鑄好的鐵環(huán)收縮性大，表面不飽滿光滑平整，內部充型能力差，氣孔缺陷較多，鐵環(huán)和石墨塊碗孔不能充分接觸，最嚴重的是鐵環(huán)會出現1—3道裂紋現象，這樣的陽極上槽后鐵環(huán)受熱膨脹時，鐵環(huán)先將裂縫合攏后才脹緊碗孔壁，會造成鐵環(huán)對碗孔壁脹力的減小，使鐵石墨壓降增加，有的甚至鋼爪松動造成陽極脫落事故。
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造成磷生鐵成分不達標的主要原因有：
a 由于陽極組裝是輔助工序，企業(yè)管理部門不十分重視，陽極出現問題以后，總是從石墨塊質量查問題，而忽視了組裝環(huán)節(jié)。
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b 由于磷生鐵要循環(huán)使用，導致在熔化過程中石墨、硅、錳元素的不斷燒損，磷、硫兩種元素含量的不斷富集，從而造成成分的嚴重偏差，而現在國內普遍使用現成的磷生鐵，忽視了各種元素含量的調整，形成了整個循環(huán)過程磷生鐵成分混亂無序，嚴重影響了陽極的澆鑄質量，造成鐵石墨壓降居高不下。
c 磷生鐵成分的化驗跟不上，這主要是企業(yè)領導重視不夠造成的，有的廠家?guī)缀醪换灮蛘咭惶旎炓粋€樣品，根本不能看出磷生鐵成分存在的問題。
解決的辦法：其實磷生鐵的五大元素含量是在國標Z22生鐵基礎之上配制而成的，石墨、硅、錳、硫含量基本相同，唯一不同的是磷含量稍高，故稱之為磷生鐵。所以配制磷生鐵的方法很簡單，在Z22生鐵內添加適量的磷鐵即可。在以后的磷生鐵循環(huán)使用過程中，根據各元素的燒損情況添加相應的輔料，就可保證磷生鐵成分的是持續(xù)穩(wěn)定。- x8 @6 _/ p% {+ f& s8 F0 q
二 陽極石墨塊碗孔參數設計不合理
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目前國內許多廠家的石墨塊碗孔直徑參數設計的過小，大部分碗孔和鋼爪的直徑相差為15mm。由于鋼爪在使用過程中發(fā)生彎曲變形，所以在組裝時，很難將鋼爪放置在碗孔的正中心，尤其是現在普遍使用的雙陽極，鋼爪有6個或者8個爪頭，在鋼爪變形的情況下，很難保證每一個鋼爪頭都放置在碗孔的正中心，這樣就造成有若干個爪頭直接和碗孔壁接觸，澆鑄時鐵水就無法流進去，形成澆鑄缺陷，會造成鋼爪的導電性不均勻，電流分布不平衡，會形成粘爪和化爪現象，甚至導致陽極消耗不均勻，影響電解槽的穩(wěn)定工作。
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造成碗孔直徑過小的原因：. Z N1 A4 X$ a$ V( }7 r
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a 設計時沒有考慮到鋼爪的變形問題。
b 石墨塊使用單位擔心碗孔變大會增加磷生鐵的用量。 D( p: f% g! }& f3 `! k
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解決的辦法：7 e" O: Z7 H* J& \+ t5 I
石墨塊成型時將碗孔直徑加大即可。根據目前的情況建議石墨塊碗孔和鋼爪的直徑差在40—50mm較為合適。碗孔變大雖然增加了磷生鐵的用量，但增加了鐵石墨接觸面積，對降低鐵石墨壓降很有幫助，經計算可降低壓降5—10毫伏，同時減輕了石墨塊的重量，降低了陽極的毛耗，還適應鋼爪的變形，減少了鋼爪的維修費用，而且加大了澆鑄鐵水時的排氣量，減少了鐵環(huán)的氣孔缺陷，還有利于工人的操作，杜絕了澆鑄時鐵水沖爪的現象。
三 鋼爪涂石墨工藝不合理
我們知道，為了防止鐵水在澆鑄時沖鋼爪和鐵環(huán)粘住鋼爪
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行業(yè)內在組裝陽極時一般要在鋼爪頭涂上石墨粉，具體工藝是把石墨粉放入煤油或者柴油中調成糊狀，再用刷子刷在鋼爪頭上，或者直接將鋼爪頭在石墨糊里沾一下。這種工藝存在以下問題：( x2 \+ W+ w4 C
a 如果不經常攪拌，石墨就會沉淀，造成鋼爪頭涂石墨不均勻。影響涂石墨質量。
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b 鋼爪頭涂石墨以后，如果煤油或者柴油沒有晾干，在澆鑄鐵水時就會燃燒，燃燒時產生的氣體使鐵水翻騰，澆鑄就會十分困難，影響了澆鑄速度，并且鐵環(huán)成型質量極差，氣孔嚴重。同時燃燒時產生大量的火苗和黑煙，對生產環(huán)境污染很嚴重。為了克服這樣的問題，有的廠家采用了鋼爪頭烘干工藝，用天然氣或者電加熱烘干，不但浪費能源，耽誤了時間，而且效果不是很好，尤其是采用懸鏈自動組裝系統(tǒng)更為嚴重。所以有的廠家干脆省略了鋼爪頭涂石墨工藝或者干涂石墨。違反了設計的工藝流程。造成沖爪和粘爪嚴重，增加了鋼爪的維修成本。2 K7 y2 `) c3 X% r& `; r
解決的辦法：
采用先對鋼爪頭噴霧化煤油或柴油，然后再涂干石墨即可解決上述問題。具體工藝如下：用噴槍在鋼爪頭上均勻地噴一層煤油或者柴油，然后將鋼爪頭在干石墨斗里沾一下，就會在鋼爪頭上薄薄地均勻地粘上一層石墨，由于煤油或者柴油用量極少，所以澆鑄鐵水時不會燃燒，就不會出現上述的問題，而且還節(jié)約了大量的煤油或者柴油，比一般的涂石墨工藝可節(jié)約煤油或者柴油90%以上，減少了烘干的過程，提高了工作效率，此方法對于懸鏈自動組裝系統(tǒng)尤為適合。
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四 鋼爪頭沒有經過拋光處理
目前國內多數廠家的陽極鋼爪都沒有經過拋光處理，將鐵環(huán)壓脫下來就直接使用了，因為有一層氧化皮，顯然會造成壓降增加。- Y3 Y S" e- H# q
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鋼爪頭沒有拋光處理的原因：
沒有合適的設備。目前多數廠家都是人工用角磨機對鋼爪頭進行打磨，有懸鏈自動組裝系統(tǒng)的有噴丸處理鋼爪拋光設備，但由于設備操作比較復雜，維護費用很大，效率不高等原因，鋼爪頭拋光工序基本上沒有執(zhí)行。
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解決的方法：% M% A& D! o7 ?2 ^* c' @0 }
我們研制出專用的鋼爪頭拋光機，結構簡單，效率高，每2分鐘即可處理一組鋼爪，維護費用低，安裝方便，不需要除塵系統(tǒng)和水，氣的支持，適合各種型號的鋼爪，有人工操作和懸鏈自動系統(tǒng)操作兩種型號。7 _' h- x, d. q+ F& E
綜上所述，目前國內鋁電解陽極組裝普遍存在的四個問題，希望能引起各位領導和技術人員的重視，在管理和工藝方面能有所改進，那么陽極組裝的質量就會有質的飛躍，陽極鐵石墨壓降可降到80毫伏左右，年產10萬噸電解鋁的企業(yè)可節(jié)約電費500萬元，就會在節(jié)能降耗和減輕工人勞動輕度方面作出巨大的成績。