摘 要:通过分析阳极组装过程中影响铁炭压降的因素,提出降低铁炭压降的可行性改进方案。
关键词:铝电解 阳极 铁炭压降 磷生铁
中图分类号:TF801文献标识码:A文章编号:1674-098X(2012)08(a)-0066-011 降低铁碳压降的重要性
目前,全球经济放缓,铝库库存快速增加,原铝生产供大于求,铝价下跌,大部分铝厂面临亏损。如何能降低成本,摆脱困境成为国内大部分铝厂首要考虑的问题。在电解铝生产中,电能的消耗已超过总成本的30%,通过改进工艺降低电耗会相当可观的降低成本,大大提高企业市场竞争力。但是随着电解技术的进步和电解槽的大型化发展,电流效率显著提高,电解节能降耗的空间越来越小,降低阳极铁炭压降成了电解铝行业节能的重要突破点。特别在大型预焙铝电解槽的生产实践中,电流强度普遍较大,阳极铁碳压降既使很小,累计下来就是很大的数字。
2 阳极的结构及磷生铁的使用性能。
在电解铝厂的生产中,阳极被誉为“电解的心脏”,阳极组在电解槽中起着导电和参与电化学反应的作用。阳极由铝导杆,爆炸焊块,钢爪,阳极炭块组成。
磷生铁的作用是将阳极炭块和钢爪连接在一起,连接部位是导杆组下部的钢爪和炭块上部的炭碗之间的间隙。磷生铁需具有以下使用性能:(1)对钢爪和炭块均有良好的机械强度,避免在运输及电解过程中阳极脱落;(2)磷生铁要具备合适的收缩率,收缩率过小,浇铸后的钢爪的膨胀可以使磷铁环膨裂;收缩率过大,易造成“脱块”。(3)磷生铁要具备良好的导电性,若电阻过高,易出现炭碗部分电耗大,甚至钢爪发红、脱块。(4)磷生铁要具备一定的脆性,便于破碎回收。
我们在寻求降低阳极铁炭压降的方法的同时,需要顾及其它使用性能的要求,不可盲目追求降低铁炭压降,导致阳极脱落等事故发生,造成更大的损失。
3 影响铁炭压降的因素
主要元素配比的影响。对磷生铁影响较大的元素主要为:C、Si、Mn、P、S,五大元素,由于磷生铁为循环使用材料,元素的烧损比较严重,引起各元素配比失调。C含量偏低引起铁水熔炼温度升高,磷生铁导电性变差,磷生铁收缩率大,引起磷生铁与炭碗间松动,接触压降增大,甚至引起脱块;Si含量偏低也会引起磷生铁收缩率大,造成磷生铁与炭块之间有间隙;Mn含量偏低会造成脱硫效果差,偏高会增加铸铁收缩,造成炭碗与磷生铁的孔隙;P含量过低会造成铁水流动性变差,脆性变差,不易于破碎回收;S含量偏高会造成流动性变差,导电性变差,热裂等。
浇铸温度的影响。阳极浇铸的温度为1350～1450℃,但是在实际生产过程中,由于控制不到位,会出现浇铸温度过高或者过低的现象。浇铸温度过高,磷生铁收缩过大,易出现钢爪松动;浇铸温度过低,铁水流动性变差,浇铸困难,导电性不好,磷生铁强度低。
熔炼铁水除渣不彻底的影响。若除渣效果不好,杂质留在铁水中,浇铸后的磷生铁电阻率会因此升高,影响导电性。
回炉磷生铁清理。电解残极返回后,经压脱掉的磷铁环含有大量的粉尘和炭粒,循环使用前需清理,若清理不干净,其上面的粉尘和炭粒等杂质会进入到浇铸环节,形成杂质和气泡,这会增大铁炭压降,降低磷生铁的机械强度。
钢爪质量的影响。导杆组经循环使用,钢爪上面有厚厚的铁锈、电解质等杂质,若清理不干净就进行组装,无疑增大了钢爪与磷生铁间的接触电阻,严重影响阳极的组装质量。钢爪内部有气孔,夹渣、裂纹等铸造缺陷,也会影响导电性。
阳极炭块的影响:⑴炭块潮湿。由于运输或者仓储管理不善,造成炭块潮湿。此类炭块在浇铸过程中,无法一次性浇铸成型,需二次甚至多次浇铸,造成了磷生铁的分层,增大了电阻,严重时会造成阳极脱落;⑵炭碗清理不干净。炭碗内的杂质若清理不干净,在浇铸时,进入到铁水内,影响铁水流动性,降低磷生铁强度,增大电阻;⑶异性炭碗破损。为增大铁炭接触面积,炭碗多采用异性炭碗(斜齿形或梅花形),炭碗的破损会降低铁炭接触面积,引起磷生铁与炭块的连接强度不够,引起松动,轻则增大铁炭间的电阻,重则引起阳极炭块脱落。
4 降低铁炭压降的措施。
(1)含C量在2.5%～3.5%时,析出的石墨细小均匀,提高磷生铁的强度;Si为促进石墨化元素,含量增高收缩性小,含量少收缩大,易造成磷生铁与炭碗有间隙,含量控制在2.0%～3.5%;P在铁水中形成低熔点的磷共晶,提高铁水的流动性,使浇铸的铁水平整饱满,还可以使磷生铁冷脆,便于磷生铁破碎回收,考虑磷生铁需要的机械强度和破碎回收需求,含磷量为0.9%～1.5%;Mn为阻碍石墨化元素,Mn与S结合生成MnS会降低铁水流动性,但是可以去除S的危害,综合考虑Mn的含量范围在0.6%～0.9%为佳。S为危害元素,所以应对S加以限制,控制S含量在0.1%以下。除此外,我们还要考虑炭当量(CE),CE在4.26%时,铁水熔化温度最低,能提高铁水流动性,减少元素的烧损,C、Si、P对电压降的影响为C＞P＞Si,所以保证CE值在4.26%左右的前提下,增大C含量减少Si、P含量可降低磷生铁的电压降。
(2)控制好浇铸温度。对每炉铁水出炉前测温度,出炉铁水温度要高于浇铸温度50℃左右。选用适合本车间条件的浇包,保证在铁水温度降低到下限前浇铸完浇包内的铁水。
(3)提高除渣效果。在中频炉熔炼过程中,要勤除渣;铁水倒入浇包后,向铁水浇包内加入聚渣剂,再次除渣,保证铁水洁净。
(4)回收的磷生铁在熔炼之前,做抛光处理,去除回炉磷生铁表面的灰尘杂质。
(5)加强对钢爪的除锈、除电解质工作,保证钢爪底面以上15cm无杂质、锈蚀。此外,在采购钢爪时,需检查钢爪质量,是否存在气孔、夹渣等缺陷。
(6)浇铸前对炭碗进行吸灰清理,杜绝潮湿、炭碗严重损坏炭块进入浇铸流程。
(7)钢爪头上涂上石墨浆,然后烘干,不但防止铁水对钢爪的冲蚀,利于磷铁环的压脱,还可以增加钢爪与磷生铁间的导电性。
参考文献
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