中国电解铝工业发展十分迅猛，产量已居世界第一

摘 要：本文阐述了国内电解铝企业阳极组装在工艺方面存在的问题，并且分析了产生问题的原因和对企业带来的不利影响，最后提出了解决问题的思路和方法。
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关键词：阳极组装 石墨棒 石墨粉 石墨制品 石墨加工 石墨电极加工 石墨块 铁石墨压降 铁环裂缝 碗孔参数  磷生铁成分  电耗

概述：近年来，中国电解铝工业发展十分迅猛，产量已居世界第一，但是我们只能说是电解铝大国，不能说是电解铝强国，因为我们的许多技术指标和发达国家相比还有很大的差距，由于世界性的经济危机导致电解铝全行业出现严重的亏损，电解铝企业之间的竞争就是原料和能耗的竞争，而能耗在设备和槽型一样的条件下，则是管理和技术方面的竞争。因此，如何降低电解铝的单位能耗已经成为国内电解铝行业长期研究的重要课题。这里我们只谈作为铝电解生产中起着“心脏”作用的预焙阳极组，在组装工艺方面存在的问题，以及解决的办法，和对节能降耗所起的重要作用。

一． 阳极铁石墨压降较高. ~9 q' |( h5 o
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铁石墨压降是阳极组装质量好坏的重要指标之一，设计的压降值为80毫伏一下，而国内的多数厂家都在120毫伏以上，有的甚至高达200毫伏左右，影响铁石墨压降的主要因素有：, c6 ^5 Y) ^/ M& Q6 d% T8 B% m0 l
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（1） 磷生铁成分不达标8 |! m; P6 _1 l- m5 ?

国内磷生铁成分五大元素的行业标准是：
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石墨：3.0—3.5% 硅：2.0—2.5% 锰：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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但是国内的多数企业的磷生铁成分都没有达标，普遍存在的问题是，石墨、锰元素含量偏低，硫、硅、磷元素含量偏高，这种磷生铁本身的导电性就差，流动性不好，铁环热裂现象较为严重，浇铸好的铁环收缩性大，表面不饱满光滑平整，内部充型能力差，气孔缺陷较多，铁环和石墨块碗孔不能充分接触，最严重的是铁环会出现1—3道裂纹现象，这样的阳极上槽后铁环受热膨胀时，铁环先将裂缝合拢后才胀紧碗孔壁，会造成铁环对碗孔壁胀力的减小，使铁石墨压降增加，有的甚至钢爪松动造成阳极脱落事故。
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造成磷生铁成分不达标的主要原因有：

a 由于阳极组装是辅助工序，企业管理部门不十分重视，阳极出现问题以后，总是从石墨块质量查问题，而忽视了组装环节。
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b 由于磷生铁要循环使用，导致在熔化过程中石墨、硅、锰元素的不断烧损，磷、硫两种元素含量的不断富集，从而造成成分的严重偏差，而现在国内普遍使用现成的磷生铁，忽视了各种元素含量的调整，形成了整个循环过程磷生铁成分混乱无序，严重影响了阳极的浇铸质量，造成铁石墨压降居高不下。

c 磷生铁成分的化验跟不上，这主要是企业领导重视不够造成的，有的厂家几乎不化验或者一天化验一个样品，根本不能看出磷生铁成分存在的问题。

解决的办法：其实磷生铁的五大元素含量是在国标Z22生铁基础之上配制而成的，石墨、硅、锰、硫含量基本相同，唯一不同的是磷含量稍高，故称之为磷生铁。所以配制磷生铁的方法很简单，在Z22生铁内添加适量的磷铁即可。在以后的磷生铁循环使用过程中，根据各元素的烧损情况添加相应的辅料，就可保证磷生铁成分的是持续稳定。- x8 @6 _/ p% {+ f& s8 F0 q

二  阳极石墨块碗孔参数设计不合理
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目前国内许多厂家的石墨块碗孔直径参数设计的过小，大部分碗孔和钢爪的直径相差为15mm。由于钢爪在使用过程中发生弯曲变形，所以在组装时，很难将钢爪放置在碗孔的正中心，尤其是现在普遍使用的双阳极，钢爪有6个或者8个爪头，在钢爪变形的情况下，很难保证每一个钢爪头都放置在碗孔的正中心，这样就造成有若干个爪头直接和碗孔壁接触，浇铸时铁水就无法流进去，形成浇铸缺陷，会造成钢爪的导电性不均匀，电流分布不平衡，会形成粘爪和化爪现象，甚至导致阳极消耗不均匀，影响电解槽的稳定工作。
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造成碗孔直径过小的原因：. Z  N1 A4 X$ a$ V( }7 r
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a 设计时没有考虑到钢爪的变形问题。

b 石墨块使用单位担心碗孔变大会增加磷生铁的用量。  D( p: f% g! }& f3 `! k
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解决的办法：7 e" O: Z7 H* J& \+ t5 I
石墨块成型时将碗孔直径加大即可。根据目前的情况建议石墨块碗孔和钢爪的直径差在40—50mm较为合适。碗孔变大虽然增加了磷生铁的用量，但增加了铁石墨接触面积，对降低铁石墨压降很有帮助，经计算可降低压降5—10毫伏，同时减轻了石墨块的重量，降低了阳极的毛耗，还适应钢爪的变形，减少了钢爪的维修费用，而且加大了浇铸铁水时的排气量，减少了铁环的气孔缺陷，还有利于工人的操作，杜绝了浇铸时铁水冲爪的现象。

三  钢爪涂石墨工艺不合理

我们知道，为了防止铁水在浇铸时冲钢爪和铁环粘住钢爪
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行业内在组装阳极时一般要在钢爪头涂上石墨粉，具体工艺是把石墨粉放入煤油或者柴油中调成糊状，再用刷子刷在钢爪头上，或者直接将钢爪头在石墨糊里沾一下。这种工艺存在以下问题：( x2 \+ W+ w4 C

a 如果不经常搅拌，石墨就会沉淀，造成钢爪头涂石墨不均匀。影响涂石墨质量。
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b 钢爪头涂石墨以后，如果煤油或者柴油没有晾干，在浇铸铁水时就会燃烧，燃烧时产生的气体使铁水翻腾，浇铸就会十分困难，影响了浇铸速度，并且铁环成型质量极差，气孔严重。同时燃烧时产生大量的火苗和黑烟，对生产环境污染很严重。为了克服这样的问题，有的厂家采用了钢爪头烘干工艺，用天然气或者电加热烘干，不但浪费能源，耽误了时间，而且效果不是很好，尤其是采用悬链自动组装系统更为严重。所以有的厂家干脆省略了钢爪头涂石墨工艺或者干涂石墨。违反了设计的工艺流程。造成冲爪和粘爪严重，增加了钢爪的维修成本。2 K7 y2 `) c3 X% r& `; r

解决的办法：
采用先对钢爪头喷雾化煤油或柴油，然后再涂干石墨即可解决上述问题。具体工艺如下：用喷枪在钢爪头上均匀地喷一层煤油或者柴油，然后将钢爪头在干石墨斗里沾一下，就会在钢爪头上薄薄地均匀地粘上一层石墨，由于煤油或者柴油用量极少，所以浇铸铁水时不会燃烧，就不会出现上述的问题，而且还节约了大量的煤油或者柴油，比一般的涂石墨工艺可节约煤油或者柴油90%以上，减少了烘干的过程，提高了工作效率，此方法对于悬链自动组装系统尤为适合。
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四  钢爪头没有经过抛光处理

目前国内多数厂家的阳极钢爪都没有经过抛光处理，将铁环压脱下来就直接使用了，因为有一层氧化皮，显然会造成压降增加。- Y3 Y  S" e- H# q
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钢爪头没有抛光处理的原因：
没有合适的设备。目前多数厂家都是人工用角磨机对钢爪头进行打磨，有悬链自动组装系统的有喷丸处理钢爪抛光设备，但由于设备操作比较复杂，维护费用很大，效率不高等原因，钢爪头抛光工序基本上没有执行。
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解决的方法：% M% A& D! o7 ?2 ^* c' @0 }
我们研制出专用的钢爪头抛光机，结构简单，效率高，每2分钟即可处理一组钢爪，维护费用低，安装方便，不需要除尘系统和水，气的支持，适合各种型号的钢爪，有人工操作和悬链自动系统操作两种型号。7 _' h- x, d. q+ F& E
综上所述，目前国内铝电解阳极组装普遍存在的四个问题，希望能引起各位领导和技术人员的重视，在管理和工艺方面能有所改进，那么阳极组装的质量就会有质的飞跃，阳极铁石墨压降可降到80毫伏左右，年产10万吨电解铝的企业可节约电费500万元，就会在节能降耗和减轻工人劳动轻度方面作出巨大的成绩。