電解鋁用陽極鋼爪浸蘸石墨模式的新探索

李國林

(河南神火集團 電解鋁廠,河南 永城 476600)

0 前 言

目前,根據生產工藝需要,國內大型電解鋁企業大都設有陽極組裝車間.即便不單設車間,也有陽極組裝班組.陽極組裝工藝雖不復雜,但對整個電解鋁的生產而言,在指標優化和節能降耗等方面有著重要的作用.因此,需要工藝技術人員不斷地探索研究,以便更好地服務于電解生產.本文通過對陽極鋼爪浸蘸石墨的傳統工藝存在的問題和缺陷進行了詳細分析,重點圍繞消除缺陷,優化生產工藝展開了多方面的探索和實踐,提出并研發了一種新模式,在生產過程中得以實踐應用,最終基本實現了自動化,大大優化了生產工藝技術[1].

1 傳統模式

在傳統工藝過程中,鋼爪浸蘸用石墨漿,普遍采用人工攪拌或者壓縮空氣吹拂攪拌的方法,具體為首先制作一只鐵制廣口容器，如圖1所示.圖1中，1為陽極鋼爪;2為攪拌棒;3為箱體; 4為石墨漿.將石磨粉倒入該容器內,加入適量的水,然后采用鋼管或木棒攪拌,或者通入壓縮空氣吹拂攪拌.兩者工序簡單,便于操作,但存在以下問題:(1) 采用木棒攪拌或通入壓縮空氣吹拂攪拌,不能實現石墨漿在整個容器內連續均勻攪拌,造成石墨漿的成分不均勻,形成分層沉淀;(2) 蘸石墨漿時,由于鋼爪較重,容易造成石墨粉成塊粘在鋼爪底部,四周外壁涂刷不上石墨粉,既浪費人力,又使石墨粉涂刷不飽滿、不均勻;(3) 人工連續攪拌10～15次后,石墨漿的濃度和黏合度大大降低,無法滿足工藝需要,石墨粉還沒有完全利用就必須倒掉,造成一定的浪費;(4) 需要安排專人攪拌,尤其是產能較大的企業,必須增添人員配置,造成人力和工資成本增加;(5) 影響澆注質量.由于石墨粉不均勻,造成鋼爪粘連環鐵,鋼爪與磷鐵環壓脫不掉,影響陽極導桿正常周轉使用,甚至造成大量鋼爪報廢,增加生產成本,甚至發生損壞殘極壓脫設備的事故.

圖1 傳統攪拌裝置示意圖

2 新模式

2.1 運行原理

針對上述傳統工藝存在的問題,經過生產實踐的大膽摸索,研發出一種實用型自動攪拌裝置.該裝置由電力拖動,采用螺旋推動攪拌原理,使石墨粉與溶劑在一固定容器內往復循環流動,并伴有渦流,實現充分攪拌,達到成分均勻的目的.同時通過一些技術措施來限制石墨浸蘸的高度,保證浸蘸石墨的質量,從而提高陽極成品的組裝質量,對降低鐵碳壓降和減少鋼爪粘連磷鐵環的現象,都有至關重要的作用.

2.2 結構

圖2為實用型自動攪拌裝置的整體結構示意圖.圖2中,1為對流口,石墨漿循環流動的通口,可以考慮增加阻力,當減速機速比較小時,還可形成增加攪拌效果的渦流;2為螺旋推動和垂直切割螺桿(攪拌葉輪),是整個裝置的核心結構,主要完成石墨漿液體的攪拌和循環流動;3和6分別為攪拌箱體和蘸石墨箱體.攪拌箱體是用于石墨攪拌的密閉容器,防止飛濺和揮發.蘸石墨箱體是完成蘸石墨的場所,根據陽極鋼爪數量,確定具體容積大小.根據鋼爪的形狀,箱體采用厚度為6 mm的普通Q235鋼板制作成相應尺寸,在攪拌箱體內安裝螺旋推動裝置,箱體外側安裝小型電機和減速機,通過減速機給螺桿一定的旋轉動力,石墨與溶劑混合液體在箱體內通過三級螺旋推進和二級垂直切割,得到充分攪拌.兩個對流口又形成回路,石墨漿在攪拌箱和蘸石墨箱兩箱體內連續循環流動,從而保證石墨漿成用的頻繁程度,可考慮增加定時控制裝置,設定所需攪拌時間,實現間歇自動攪拌,從而減少機械磨損、降低電耗和達到延長設備使用壽命的目的.此改動較為簡單,只是在電路控制上稍作優化,可根據實際生產情況選擇;4為減速傳動機構,根據需要選擇合適的速比,以獲得良好的攪拌效果;5為電動機,一般選擇0.5 kW或0.75 kW即可滿足使用需要.

圖2 蘸石墨攪拌裝置示意圖

該裝置用途廣泛,可適用于不同形狀鋼爪浸蘸石墨(3個爪頭、4個爪頭以及6個爪頭);選材普通,所用鋼材、減速機及電動機等材料均為通用部件.石墨粉能均勻地涂刷到導桿組的鋼爪端部,對保護鋼爪不受鐵水侵蝕以及鋼爪與磷鐵的分離起到非常重要的作用.

2.3 效果對比

新裝置于2012年10月應用于生產實踐.現將2012年9月和11月的車間生產記錄數據進行對比,加權平均后,數據結果見表1.對表1中數

據進行分析,發現采用該裝置后,帶來了可觀的效益,增收創效明顯.

表1 兩種模式效果對比Tab.1 Comparison of the two methods

2.4 優點

新裝置通過一段時間的實踐驗證,認為具備以下優點:(1) 設備制作簡單,制作費用低,運行維護費用低;(2) 石墨漿液(石墨粉)能均勻涂刷到每一個鋼爪;(3) 每月減少因石墨不均勻造成磷鐵環砸掉而報廢鋼爪30多個.每個鋼爪及焊接費用按1 300元計算,每月可節約4萬余元;(4) 石墨漿可以長期連續使用,溶劑揮發少,降低了石墨粉的消耗,每月可節約石墨粉350 kg、節約資金2 000余元;(5) 鋼爪浸蘸高度準確、減少浪費,降低消耗;(6) 鐵碳壓降下降明顯,平均下降5 mV;(7) 減少了人員配置,降低人工費用,減少了工人勞動量,體現了企業以人為本的宗旨.

3 結 論

本實用型裝置為電解鋁工藝生產過程中鋼爪浸蘸石墨之用.通過實踐應用證明,是陽極鋼爪蘸石墨工藝的一次歷史革新,使傳統落后工藝升級為自動化、科技化工藝,有效解決了制約生產的一系列問題,具備較多的優點,有較大的推廣價值.

參考文獻:

[1] 李清. 大型預焙槽煉鋁生產工藝與操作實踐[M].長沙:中南大學出版社,2005.