陽極組裝過程中降低鐵炭壓降的討論

摘 要:通過分析陽極組裝過程中影響鐵炭壓降的因素，提出降低鐵炭壓降的可行性改進方案。

關鍵詞:鋁電解 陽極 鐵炭壓降 磷生鐵

中圖分類號:TF801文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)08(a)-0066-011 降低鐵碳壓降的重要性

目前，全球經濟放緩，鋁庫庫存快速增加，原鋁生產供大于求，鋁價下跌，大部分鋁廠面臨虧損。如何能降低成本，擺脫困境成為國內大部分鋁廠首要考慮的問題。在電解鋁生產中，電能的消耗已超過總成本的30%，通過改進工藝降低電耗會相當可觀的降低成本，大大提高企業市場競爭力。但是隨著電解技術的進步和電解槽的大型化發展，電流效率顯著提高，電解節能降耗的空間越來越小，降低陽極鐵炭壓降成了電解鋁行業節能的重要突破點。特別在大型預焙鋁電解槽的生產實踐中，電流強度普遍較大，陽極鐵碳壓降既使很小，累計下來就是很大的數字。

2 陽極的結構及磷生鐵的使用性能。

在電解鋁廠的生產中，陽極被譽為“電解的心臟”，陽極組在電解槽中起著導電和參與電化學反應的作用。陽極由鋁導桿，爆炸焊塊，鋼爪，陽極炭塊組成。

磷生鐵的作用是將陽極炭塊和鋼爪連接在一起，連接部位是導桿組下部的鋼爪和炭塊上部的炭碗之間的間隙。磷生鐵需具有以下使用性能:(1)對鋼爪和炭塊均有良好的機械強度，避免在運輸及電解過程中陽極脫落;(2)磷生鐵要具備合適的收縮率，收縮率過小，澆鑄后的鋼爪的膨脹可以使磷鐵環膨裂;收縮率過大，易造成“脫塊”。(3)磷生鐵要具備良好的導電性，若電阻過高，易出現炭碗部分電耗大，甚至鋼爪發紅、脫塊。(4)磷生鐵要具備一定的脆性，便于破碎回收。

我們在尋求降低陽極鐵炭壓降的方法的同時，需要顧及其它使用性能的要求，不可盲目追求降低鐵炭壓降，導致陽極脫落等事故發生，造成更大的損失。

3 影響鐵炭壓降的因素

主要元素配比的影響。對磷生鐵影響較大的元素主要為:C、Si、Mn、P、S，五大元素，由于磷生鐵為循環使用材料，元素的燒損比較嚴重，引起各元素配比失調。C含量偏低引起鐵水熔煉溫度升高，磷生鐵導電性變差，磷生鐵收縮率大，引起磷生鐵與炭碗間松動，接觸壓降增大，甚至引起脫塊;Si含量偏低也會引起磷生鐵收縮率大，造成磷生鐵與炭塊之間有間隙;Mn含量偏低會造成脫硫效果差，偏高會增加鑄鐵收縮，造成炭碗與磷生鐵的孔隙;P含量過低會造成鐵水流動性變差，脆性變差，不易于破碎回收;S含量偏高會造成流動性變差，導電性變差，熱裂等。

澆鑄溫度的影響。陽極澆鑄的溫度為1350～1450℃，但是在實際生產過程中，由于控制不到位，會出現澆鑄溫度過高或者過低的現象。澆鑄溫度過高，磷生鐵收縮過大，易出現鋼爪松動;澆鑄溫度過低，鐵水流動性變差，澆鑄困難，導電性不好，磷生鐵強度低。

熔煉鐵水除渣不徹底的影響。若除渣效果不好，雜質留在鐵水中，澆鑄后的磷生鐵電阻率會因此升高，影響導電性。

回爐磷生鐵清理。電解殘極返回后，經壓脫掉的磷鐵環含有大量的粉塵和炭粒，循環使用前需清理，若清理不干凈，其上面的粉塵和炭粒等雜質會進入到澆鑄環節，形成雜質和氣泡，這會增大鐵炭壓降，降低磷生鐵的機械強度。

鋼爪質量的影響。導桿組經循環使用，鋼爪上面有厚厚的鐵銹、電解質等雜質，若清理不干凈就進行組裝，無疑增大了鋼爪與磷生鐵間的接觸電阻，嚴重影響陽極的組裝質量。鋼爪內部有氣孔，夾渣、裂紋等鑄造缺陷，也會影響導電性。

陽極炭塊的影響:⑴炭塊潮濕。由于運輸或者倉儲管理不善，造成炭塊潮濕。此類炭塊在澆鑄過程中，無法一次性澆鑄成型，需二次甚至多次澆鑄，造成了磷生鐵的分層，增大了電阻，嚴重時會造成陽極脫落;⑵炭碗清理不干凈。炭碗內的雜質若清理不干凈，在澆鑄時，進入到鐵水內，影響鐵水流動性，降低磷生鐵強度，增大電阻;⑶異性炭碗破損。為增大鐵炭接觸面積，炭碗多采用異性炭碗(斜齒形或梅花形)，炭碗的破損會降低鐵炭接觸面積，引起磷生鐵與炭塊的連接強度不夠，引起松動，輕則增大鐵炭間的電阻，重則引起陽極炭塊脫落。

4 降低鐵炭壓降的措施。

(1)含C量在2.5%～3.5%時，析出的石墨細小均勻，提高磷生鐵的強度;Si為促進石墨化元素，含量增高收縮性小，含量少收縮大，易造成磷生鐵與炭碗有間隙，含量控制在2.0%～3.5%;P在鐵水中形成低熔點的磷共晶，提高鐵水的流動性，使澆鑄的鐵水平整飽滿，還可以使磷生鐵冷脆，便于磷生鐵破碎回收，考慮磷生鐵需要的機械強度和破碎回收需求，含磷量為0.9%～1.5%;Mn為阻礙石墨化元素，Mn與S結合生成MnS會降低鐵水流動性，但是可以去除S的危害，綜合考慮Mn的含量范圍在0.6%～0.9%為佳。S為危害元素，所以應對S加以限制，控制S含量在0.1%以下。除此外，我們還要考慮炭當量(CE)，CE在4.26%時，鐵水熔化溫度最低，能提高鐵水流動性，減少元素的燒損，C、Si、P對電壓降的影響為C＞P＞Si，所以保證CE值在4.26%左右的前提下，增大C含量減少Si、P含量可降低磷生鐵的電壓降。

(2)控制好澆鑄溫度。對每爐鐵水出爐前測溫度，出爐鐵水溫度要高于澆鑄溫度50℃左右。選用適合本車間條件的澆包，保證在鐵水溫度降低到下限前澆鑄完澆包內的鐵水。

(3)提高除渣效果。在中頻爐熔煉過程中，要勤除渣;鐵水倒入澆包后，向鐵水澆包內加入聚渣劑，再次除渣，保證鐵水潔凈。

(4)回收的磷生鐵在熔煉之前，做拋光處理，去除回爐磷生鐵表面的灰塵雜質。

(5)加強對鋼爪的除銹、除電解質工作，保證鋼爪底面以上15cm無雜質、銹蝕。此外，在采購鋼爪時，需檢查鋼爪質量，是否存在氣孔、夾渣等缺陷。

(6)澆鑄前對炭碗進行吸灰清理，杜絕潮濕、炭碗嚴重損壞炭塊進入澆鑄流程。

(7)鋼爪頭上涂上石墨漿，然后烘干，不但防止鐵水對鋼爪的沖蝕，利于磷鐵環的壓脫，還可以增加鋼爪與磷生鐵間的導電性。

參考文獻

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