浅谈如何降低铝用阳极组的铁碳压降

作者:杜启卫高东

杜启卫高东（山东省兖矿科澳铝业有限公司山东邹城 273515）

摘要：通过分析阳极组装工艺流程环节中影响阳极铁碳压降的因素，从而找到降低阳极铁碳压降的途径和方法。

关键词：预焙阳极组；铁碳压降；铝焊接

Abstract:Through the analysis of the anode in assembly process link factors affecting iron carbon anode pressure drop, and find ways to reduce the iron carbon anode pressure drop and methods.

Key words: Pre baked anode group; The iron carbon pressure drop; Aluminum soldering.

1.前言

当前随着国家对高耗能行业要求越来越严格，步入门槛越来越高，特别是铝电解行业作为高耗能企业更是管控重点，特别是近几年铝电解的“寒冬”迟迟不能过去，因此低能耗和生产成本是各生产企业的生死考验。随着技术的发展进步，技术人员从关注宏观到从细节入手，挖掘分析细节各各环节，作为电解槽““心脏””铝用阳极组，成为关注的重点，而铝用阳极组的质量直接影响着电解槽生产的稳定和经济技术指标的好坏。其中阳极组铁碳压降的高低是衡量阳极组质量的关键指标，特别在大型预焙铝电解槽的生产实践中，电流强度大，每处压降累计下来就是很大的数字，影响整体电流效应，如何降低铁—碳压降，可以说是直接关系到铝电解生产成本的问题之一。

2.预焙铝用阳极组的构成

预焙阳极主要由铝导杆、Al-Fe爆炸焊片、钢爪、磷生铁和预焙炭块五部分组成。其中铝导杆与钢爪之间是由Al-Fe爆炸焊片连接而成，而钢爪与炭块之间是用磷生铁浇注而成的。其阳极结构如图1所示。

图1阳极结构示意图

3.阳极生产工艺流程

预焙炭块与导杆钢爪组组装在一起，使用熔炼好的磷生铁水注入阳极炭块上的炭碗内，铁水凝固把钢爪和炭块牢固连接在一起，组成阳极炭块组。供电解槽上使用。其工艺流程如图2所示。

图2，阳极生产工艺流程图

4.生产现状与阳极铁碳压降的调查分析

4.1生产现状

2014年以前测量静态铝用阳极组的铁碳压降非常复杂，现在有了铁碳压降测量仪，测量阳极组的铁碳压降非常方便简单，经检测阳极组铁碳压降均值高达125mV(电流通入200A）以上，并且压降高低不均，高的在498.57 mV，低的在56.32 mV。经计算（300KA电流下）电解槽电压每升高1mV，吨铝就多消耗电能3.3kWh，依我公司年产14万吨铝锭为列，电压升高1mV就会造成近20万的成本支出，所以降低阳极铁碳压降项目已迫在眉睫。经过于兄弟单位交流，压降较好在70 mV左右。按照我公司生产工艺要求，初步将阳极铁碳压降控制目标设定为80mV。

4.2阳极铁碳压降高原因分析

我们对生产工艺流程中的每个环节进行了认真调查、分析和研究。找出了阳极铁碳压降升高的原因主要有以下几个方面：

(1)钢爪表面清理不好，表面覆辙一定的灰尘杂质和电解质。钢爪在循环使用过程中，有铁锈、杂质等附着在上面，形成隔离层，电阻增大，从而使压降升高

(2)炭块质量把关不严。一是从理化指标来看，有个别电阻率高于62μΩm；再次阳极炭块碳碗螺旋槽内含有填充料（不导电的炭灰），在浇注过程中混入铁水，造成铁水凝固后与碳碗接触不紧密，造成钢爪了松动，形成小间隙直接影响电流导电性，增大电阻率，造成阳极铁碳压降升高。

(3)钢爪蘸石墨工艺要求不高，一是蘸石墨高度不到位，不均匀，不能起到良好导电作用，反而使阳极铁碳压降升高；二是压风喷吹中含水，致使钢爪、碳块潮湿，不得不进行二次浇注（所谓二次浇注是指先在碳碗中注入少量铁水，对碳块钢爪进行预热，然后再进行浇注），造成铁水上下翻腾，夹杂气泡，且两次浇注磷铁间易出现断层，增大电阻率，增加阳极铁碳压降。

(4)铁水温度是控制不严，依据阳极浇注工艺技术作业要求，铁水的出炉温度不低于1450℃，浇注温度不低于1350℃。有时在浇注过程中为了省事浇注温度过低，造成铁水流动性变差，铁水进入炭碗后不能够形成铁环，中间有空隙，使电阻率增大，影响阳极铁碳压降。

(5)磷生铁中的五大元素配比不合理，从2014年磷生铁化验结果来看，P、Mn、Si三元素含量合格率为100%，但C元素含量偏低，而S元素含量偏高。C元素偏低无法石墨化，使磷生铁导电性下降；S元素高，会阻碍铁水石墨化，并形成不导电的硫化铁，是有害元素，C元素含量低，S元素含量高，会导致铸铁白口化，流动性下降，导致铁碳压降升高。

(6)铝导杆焊接铁铁焊接工艺落后，铁铁焊接使用传统的普通焊接方式（焊接过程中形成加渣、气孔等缺陷），焊接面处理不好，纯在氧化层，铝导杆与钢爪间的压降高，导致阳极铁碳压降升高。

5.改善阳极生产工艺流程

经过对整个工艺过程分析与研究，查找出造成阳极组铁碳压降因素是由铝导杆焊接压降、磷生铁浇注压降、炭块压降三部分组成。依据各各工序特点逐个采取有效措施进行改善。经过研究制定措施并实施：

(1)增设钢爪打磨工序，编制钢爪打磨工艺技术标准和岗位责任制，要求对钢爪上的杂质进行清除，钢爪底部也要清理，要求处理后必须露出金属光泽。

(2)优化石墨煤油搅拌方式，调整风管结构布局，改变风管进风位置，保证石墨煤油均匀混合，并且在入风口前增设了油水分离器，减少因压风喷吹造成钢爪蘸石墨后水分增加，防止受潮，杜绝二次浇注。

(3)加大了理化指标化验频次对于高于62μΩm批次炭块不使用，在炭块工艺关口设计安装碳碗喷吹装置，保证对碳碗的清理做到碳碗斜槽无填充料，碗内、碗边无灰尘、杂物。

(4)适当增加生铁的使用量，降低磷铁环中的硫含量。采用炉内添加复合添加剂，增加碳元素含量；浇注包内脱硫，脱除磷生铁中的硫元素。

(5)浇注过程中，严格控制铁水浇注温度不低1350℃（低于此温度回炉或浇注启动块），保证铁水流速均匀，不准对爪头浇，防止铁水浇注中落入杂物。

（6）严格控制铝导杆焊接质量，制定铝导杆焊接工艺技术标准，使用氩弧焊，焊接铁铁焊接和铝铝焊接，避免加渣、气孔等焊接缺陷，使焊接铝导杆于钢爪压降低。

通过一段时间的技术改造及工艺技术标准的调整，经过磷生铁化验数据及阳极铁碳压降测量数据得知，化验结果数据逐步好转，而且阳极铁碳压降也明显降低。具体数值见表所示。

由此可见，通过对工艺流程环节的技术改造及工艺技术标准的调整，有效改善工艺技术标准，使用极铁碳压降明显降低。这说明我们采取的方法正确、措施得力、效果显著。

6.结语