預焙陽極炭塊相鄰碗孔之間開槽技術節能降耗的作用

趙紅軍

(山西關鋁股份有限公司)

預焙陽極炭塊相鄰碗孔之間開槽技術節能降耗的作用

趙紅軍

(山西關鋁股份有限公司)

通過預焙陽極炭塊在碗孔之間開槽,碗徑加大和增加碗中斜槽數量來加大鐵碳導電面積,從而降低陽極的鐵碳壓降,從根本上解決了陽極鋼爪的彎曲變形,最終達到節能降耗的目的.注:此項技術已申請國家專利.專利號:200920145185.X.

1 概 述

預焙陽極炭塊是鋁電解生產中的一種重要原材料,它在鋁電解的生產中起著“心臟”的作用,陽極炭塊內在質量和各項技術參數的設計直接影響著電解生產工藝,經濟指標以及生產成本.

但是,炭塊內在質量的影響只是個別廠家和暫時的,而各項技術參數設計的是否合理帶來的影響則是普遍的、長期的,是不容易引起重視的.

2 鐵碳壓降的概念

在碳塊的眾多參數之中,陽極壓降是很重要的一項,陽極壓降越低,標志著陽極組裝的質量越高,即在陽極上面所消耗的電能越少,陽極壓降由:(1)炭塊本身壓降;(2)鐵碳壓降;(3)鋼爪壓降;(4)爆炸焊塊壓降;(5)鋁導桿壓降等組成.

在這里,我們只討論其中的鐵—碳壓降,影響鐵—碳壓降的主要因素有:①鋼爪頭的表面光潔度;②組裝陽極的磷生鐵澆鑄質量;③鐵—碳的接觸面積.

前兩項在實際生產中得到改善和提高,第三項由碳碗本身尺寸的大小決定,無法改變.從物理學上得知,導體的電阻公式 R=ρ,(其中 ρ為電阻率,它是材料固有的性質;L表示導體材料的長度;S表示導體材料的截面積).由上式可見,導體的電阻和其橫截面積成反比,即截面積越大,導體的電阻越少,這就是為什么在相鄰碗孔之間開槽,同時增大碗孔直徑和斜槽數量能降低鐵—碳壓降的理論根據.

3 碗孔不相連的缺點

(1)每個鋼爪電流分布不均勻,造成陽極消耗不平整,容易形成粘爪.

(2)無法克服鋼爪和炭塊的膨脹系數不同帶來的鋼爪頭彎曲變形問題.

(3)澆注鐵水時需要依次澆注,勞動強度大.

4 碳碗直徑小的不足

碳碗孔直徑如果和所用鋼爪的頭直徑相差過小,可以造成以下諸多不足:

(1)陽極組裝時困難.由于碗孔和鋼爪頭直徑相差過小,造成在組裝時鋼爪頭難以放置在碗孔的中間,尤其是雙陽極無法保證每個鋼爪頭都放置在碳碗的中央,甚至造成爪頭和孔壁接觸,致使鐵水無法充分灌進去,形成澆鑄缺陷,影響此鋼爪頭的導電效果,還可以造成鐵環粘爪或電流分布不均勻的現象.

(2)澆鑄困難,由于縫隙過小,在澆鑄時容易沖爪,同時排氣量不足,鐵水冒泡嚴重,形成澆鑄夾渣和氣孔.

(3)鐵環壁過薄,強度不夠,容易形成鐵環裂紋和鋼爪松動造成脫極.

5 改進技術的效果

相鄰碗孔之間開槽,碳碗直徑加大和斜槽數量增加所帶來的優點和經濟效益分析如下.

5.1 經濟分析

以山西關鋁股份有限公司為例,190 kA系列原的計預焙炭塊的碗徑為 165 mm,其設計鐵 -碳壓降為 64.8 mV,斜槽數量為 6個,經計算,其鐵

另外,碗孔之間開槽,碗徑加大,斜槽數量增加后在炭塊總質量上將有所減輕,可以降低炭塊單塊質量,降低陽極毛耗,計算如下 m=ρv=7.12 kg,全年節約炭塊費用為 365×136×7.12×3.5=123.7萬元 (炭塊 3500元 /t)

因此,由上面計算可知:相鄰碗孔之間開槽,炭碗直徑加大,斜槽增加到 8個,每年 190 kA系列 7萬 t電解鋁電產量可節約費用總計為 253.8萬元 +123.7萬元 +30萬元 =407.5萬元 (30萬元為每年鋼爪維修費用)

5.2 所帶來的好處

(1)可以克服上面第 4點所述的不足.

(2)相鄰碗孔之間開槽后,除了可降低鐵碳壓降以外,還有 4點好處.①可以從根本上克服鋼爪彎曲變形造成的一系列問題;我們知道,鋼爪的彎曲變形是由于鋼爪梁和炭塊的熱膨脹系數不同,在電解高溫下,兩者形成了熱膨脹的位移差,在鋼爪頭發紅變軟的情況下,從而造成了鋼爪的彎曲變形,如果將碗孔之間開槽,則澆鑄的鐵環將三個 (四個)爪頭連在一起,而鐵環和鋼梁的膨脹性是一樣的,從而克服了炭塊膨脹不足對鋼爪造成的變形.如此,鋼爪則永遠不會變形,則不需要對彎曲的鋼爪進行校直;②組裝方便,碗孔之間開槽后,工人澆鑄時只需在一個孔內倒鐵水,幾個孔都會澆滿,不但減輕了工人的勞動強度,還提高了澆鑄速度,由于增大了碗孔的排氣量,消除了鐵環的氣孔和夾渣等缺陷,提高了鐵水的澆鑄質量;③由于四個鐵環是連在一起的,這樣可以使電流分布更加均勻,使電解槽更加平穩運行,陽極消耗均勻,底部平整,不容易因電流偏流形成鐵環粘爪;④由于碗孔之間開槽,處理殘極時更加容易,減輕工人的勞動強度.

6 結 論

陽極碳塊相鄰碗孔之間開槽,碗徑適當加大,斜槽由 6個增加到 8個.在節約電耗,降低陽極毛耗,克服鋼爪彎曲變形,減輕員工勞動強度,節約鋼爪維修費用,提高電解運行平穩度等方面都有好處.經過山西華圣鋁業半年的全面推廣使用,證明此方法是完全可行的,每年節約費用 50萬元 /萬 t-Al,極具技術開發價值.

7 實施費用

此項技術的實現,只需要在陽極炭塊成型時,在碗孔成型頭之間加一塊鋼板,再適當增加成型頭的直徑和斜槽數量,即可達到目的.費用不足2000元,而且不需要其他設備和技術的支持.

A

1671-6620(2010)S1-0092-03

表1 對比說明