中國電解鋁工業(yè)發(fā)展十分迅猛，產(chǎn)量已居世界第一

摘 要：本文闡述了國內(nèi)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(chǎn)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(guān)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(shù)  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(chǎn)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(qiáng)國，因?yàn)槲覀兊脑S多技術(shù)指標(biāo)和發(fā)達(dá)國家相比還有很大的差距，由于世界性的經(jīng)濟(jì)危機(jī)導(dǎo)致電解鋁全行業(yè)出現(xiàn)嚴(yán)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(shè)備和槽型一樣的條件下，則是管理和技術(shù)方面的競爭。因此，如何降低電解鋁的單位能耗已經(jīng)成為國內(nèi)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(chǎn)中起著“心臟”作用的預(yù)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(zhì)量好壞的重要指標(biāo)之一，設(shè)計(jì)的壓降值為80毫伏一下，而國內(nèi)的多數(shù)廠家都在120毫伏以上，有的甚至高達(dá)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(dá)標(biāo)8 |! m; P6 _1 l- m5 ?

國內(nèi)磷生鐵成分五大元素的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(nèi)的多數(shù)企業(yè)的磷生鐵成分都沒有達(dá)標(biāo)，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(dǎo)電性就差，流動性不好，鐵環(huán)熱裂現(xiàn)象較為嚴(yán)重，澆鑄好的鐵環(huán)收縮性大，表面不飽滿光滑平整，內(nèi)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(yán)重的是鐵環(huán)會出現(xiàn)1—3道裂紋現(xiàn)象，這樣的陽極上槽后鐵環(huán)受熱膨脹時(shí)，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(dá)標(biāo)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(xiàn)問題以后，總是從石墨塊質(zhì)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(dǎo)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(yán)重偏差，而現(xiàn)在國內(nèi)普遍使用現(xiàn)成的磷生鐵，忽視了各種元素含量的調(diào)整，形成了整個(gè)循環(huán)過程磷生鐵成分混亂無序，嚴(yán)重影響了陽極的澆鑄質(zhì)量，造成鐵石墨壓降居高不下。

c 磷生鐵成分的化驗(yàn)跟不上，這主要是企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)重視不夠造成的，有的廠家?guī)缀醪换?yàn)或者一天化驗(yàn)一個(gè)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(shí)磷生鐵的五大元素含量是在國標(biāo)Z22生鐵基礎(chǔ)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(nèi)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(jù)各元素的燒損情況添加相應(yīng)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(shù)設(shè)計(jì)不合理
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目前國內(nèi)許多廠家的石墨塊碗孔直徑參數(shù)設(shè)計(jì)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(shí)，很難將鋼爪放置在碗孔的正中心，尤其是現(xiàn)在普遍使用的雙陽極，鋼爪有6個(gè)或者8個(gè)爪頭，在鋼爪變形的情況下，很難保證每一個(gè)鋼爪頭都放置在碗孔的正中心，這樣就造成有若干個(gè)爪頭直接和碗孔壁接觸，澆鑄時(shí)鐵水就無法流進(jìn)去，形成澆鑄缺陷，會造成鋼爪的導(dǎo)電性不均勻，電流分布不平衡，會形成粘爪和化爪現(xiàn)象，甚至導(dǎo)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(shè)計(jì)時(shí)沒有考慮到鋼爪的變形問題。

b 石墨塊使用單位擔(dān)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(shí)將碗孔直徑加大即可。根據(jù)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(jīng)計(jì)算可降低壓降5—10毫伏，同時(shí)減輕了石墨塊的重量，降低了陽極的毛耗，還適應(yīng)鋼爪的變形，減少了鋼爪的維修費(fèi)用，而且加大了澆鑄鐵水時(shí)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(shí)鐵水沖爪的現(xiàn)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(shí)沖鋼爪和鐵環(huán)粘住鋼爪
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行業(yè)內(nèi)在組裝陽極時(shí)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(diào)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(jīng)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(zhì)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(shí)就會燃燒，燃燒時(shí)產(chǎn)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(zhì)量極差，氣孔嚴(yán)重。同時(shí)燃燒時(shí)產(chǎn)生大量的火苗和黑煙，對生產(chǎn)環(huán)境污染很嚴(yán)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(fèi)能源，耽誤了時(shí)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(yán)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(shè)計(jì)的工藝流程。造成沖爪和粘爪嚴(yán)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(shí)不會燃燒，就不會出現(xiàn)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(jīng)過拋光處理

目前國內(nèi)多數(shù)廠家的陽極鋼爪都沒有經(jīng)過拋光處理，將鐵環(huán)壓脫下來就直接使用了，因?yàn)橛幸粚友趸?，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(shè)備。目前多數(shù)廠家都是人工用角磨機(jī)對鋼爪頭進(jìn)行打磨，有懸鏈自動組裝系統(tǒng)的有噴丸處理鋼爪拋光設(shè)備，但由于設(shè)備操作比較復(fù)雜，維護(hù)費(fèi)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(jī)，結(jié)構(gòu)簡單，效率高，每2分鐘即可處理一組鋼爪，維護(hù)費(fèi)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(nèi)鋁電解陽極組裝普遍存在的四個(gè)問題，希望能引起各位領(lǐng)導(dǎo)和技術(shù)人員的重視，在管理和工藝方面能有所改進(jìn)，那么陽極組裝的質(zhì)量就會有質(zhì)的飛躍，陽極鐵石墨壓降可降到80毫伏左右，年產(chǎn)10萬噸電解鋁的企業(yè)可節(jié)約電費(fèi)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。