中國電解鋁工業發展十分迅猛，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帶來的不利影響，最后提出了解決問題的思路和方法。
  Z" I1 K" |9 T) h
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，中國電解鋁工業發展十分迅猛，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出現嚴重的虧損，電解鋁企業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，和對節能降耗所起的重要作用。

一． 陽極鐵石墨壓降較高. ~9 q' |( h5 o
- C3 y9 T" h- b& Y8 c
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
& J2 I7 h: [5 m0 k( }. d
（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標準是：
2 `& `6 A, H" g3 D  ~
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
' ^, l7 z% o3 M
但是國內的多數企業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，鐵環熱裂現象較為嚴重，澆鑄好的鐵環收縮性大，表面不飽滿光滑平整，內部充型能力差，氣孔缺陷較多，鐵環和石墨塊碗孔不能充分接觸，最嚴重的是鐵環會出現1—3道裂紋現象，這樣的陽極上槽后鐵環受熱膨脹時，鐵環先將裂縫合攏后才脹緊碗孔壁，會造成鐵環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。
4 B+ |- I" ^$ Y' G$ [' _* I% l
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，而忽視了組裝環節。
4 x2 n8 ]+ S) X- s  P5 O7 h
b 由于磷生鐵要循環使用，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，這主要是企業領導重視不夠造成的，有的廠家幾乎不化驗或者一天化驗一個樣品，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穩定。- x8 @6 _/ p% {+ f& s8 F0 q

二  陽極石墨塊碗孔參數設計不合理
/ W. d) c. V. ^5 l3 i0 m
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，影響電解槽的穩定工作。
2 i' Y# F$ P6 y0 D3 X
造成碗孔直徑過小的原因：. Z  N1 A4 X$ a$ V( }7 r
( T' u" _& B2 b: e/ n0 z
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
5 ], }$ l: F6 M1 w% T
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粘住鋼爪
2 s2 f* y# i, E( a) ~
行業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。
- ^" U! a4 k8 l, T2 d/ [
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，而且還節約了大量的煤油或者柴油，比一般的涂石墨工藝可節約煤油或者柴油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尤為適合。
" i8 C( ?3 v* C2 I) Q/ @$ M
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
6 D+ f, X" H4 U& B
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行。
' ~; k0 G- g- z- m
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可節約電費500萬元，就會在節能降耗和減輕工人勞動輕度方面作出巨大的成績。