淺析防止陽極鋼爪侵蝕的方法及對比分析

丁向東

(青銅峽鋁業股份有限公司，寧夏 青銅峽 751603)

在現代鋁電解工業的過程中，陽極鋼爪是陽極組的重要組成部分，是連接碳陽極和鋁導棒的部件。在鋁電解生產過程中，由于各種原因，陽極鋼爪是經常發生的電解液腐蝕現象，鋼爪的腐蝕，磷鑄鐵熔化成液態鋁，液鋁的品位下降，降低了陽極鋼爪的使用壽命，對生產有不良影響。為了解決陽極鋼爪腐蝕的問題，冶煉不斷探索研究，研究了各種防止陽極鋼爪腐蝕的方法和工藝，最后采用了簡單實用的方法，較好地解決了生產中的問題。

1 陽極鋼爪被侵蝕的原因分析

1.1 陽極鋼爪的使用狀況

預焙陽極團是電解槽的重要組成部分。電解生產過程中,鋼爪作為導電體,一個強大的電流通過,同時扮演的角色支持和連接鋁導桿、陽極鋼爪的工作環境是非常糟糕的,酸的腐蝕和高溫氣氛很長一段時間,基本工作環境溫度在400℃～600℃,很容易腐蝕,縮短其使用壽命。

圖1 某鋁廠電解質“上炕”現象 圖2 某鋁廠陽極鋼爪被侵蝕變細

在電解生產中，當陽極達到一定高度并達到一定使用周期時，需要及時更換。當使用接近更換周期時，由于陽極接近控制水平，同時在生產預焙槽時，如果電解質水平保持較高，高溫液電解質很可能被覆蓋在陽極表面(通常稱為電解液“上炕”)。當沒有保護上陽極鋼爪、強腐蝕性的電解液會不斷清洗鋼爪,導致鋼爪沖洗好,影響鋼爪的使用壽命,甚至部分磷鑄鐵將沖洗掉。當鋼爪被刷細,陽極電流分布不均勻,能耗將會增加。另外，鋼爪侵蝕和磷生鐵熔化到鋁液中，將污染鋁液,使鋁液品位降低，給生產造成不利影響。

1.2 鋼爪被侵蝕的原因分析

根據陽極鋼爪的使用現狀分析,可總結得出陽極鋼爪被侵蝕的原因為:①陽極鋼爪表面覆蓋材料殼塊,上淹沒了電解液陽極時,高溫熔融電解質塊覆蓋材料外殼表面的裂縫滲透在陽極鋼爪的鋼爪侵蝕鋼爪子的侵蝕的主要原因。②鋼爪熔化的另一個主要原因是，鋼爪周圍的殼表面太過空洞，在電解液淹沒陽極上部后，鋼爪沒有及時被壓實。鑒于上述原因，一家鋁廠采用以下方法防止陽極鋼爪被侵蝕。

2 防止陽極鋼爪被侵蝕的方法

2.1 調整電解質水平

為防止電解質淹沒陽極上部造成對陽極鋼爪的沖涮侵蝕，某鋁廠開展實驗，在陽極 接近更換周期時,用電解質箱取出部分電解質,降低電解質水平。與此同時，及時檢查陽極鋼爪四周,當發現殼面被電解質融化時,用碓子砸實陽極鋼爪四周殼面,用破碎料或氧化鋁蓋好鋼爪四周,防止電解質滲透到鋼爪四周。

2.2 使用陽極鋼爪保護環

為防止“上炕”電解質對陽極鋼爪沖涮侵蝕，考慮在陽極上部鋼爪周圍進行保護,具體做法為給鋼爪套上一個保護環，該保護環既能起到保護鋼爪的作用，同時又可延長陽極鋼爪使用周期，且不污染鋁液。

2.2.1 炭素保護環

某鋁廠陽極鋼爪炭素保護環使用牛皮紙套環、內部填充混配好的炭素原料的形式制作。其生產方法為廢漿、瀝青、廢碳環、粉碎、按一定比例混合、混合良好的碳環材料在牛皮紙、頂針、形成碳保護環前繞陽極鋼爪圈填充。工藝簡單，裝配到預焙陽極鋼爪槽，采用熱電解電池，使保護環軟化后——放電、分解、聚合、結焦，達到充分的強度，能有效抵抗電解液的沖刷，達到防止陽極鋼爪腐蝕的目的。

圖3 陽極鋼爪炭素保護環

2.2.2 氧化鋁保護環

某鋁廠陽極鋼爪氧化鋁保護環使用牛皮紙套環，內部填充新鮮氧化鋁粉，也可采用陽極焙燒車間干法凈化系統出來的氧化鋁來制備保護環。其制作方法簡單，且氧化鋁既不會污染鋁液，又能減少電解槽本身的氧化鋁使用量，成本低，綠色環保。

圖4 陽極鋼爪氧化鋁保護環

2.2.3 鋁灰環

陽極鋼爪鋁灰環，是利用電解鋁企業鑄造產出的副產品鋁灰來制作陽極保護環，其工藝方法為將鋁灰破碎、篩分、壓制成型（兩半圓形）、烘干。安裝時將兩半圓形鋁灰環用鋁灰泥漿粘結對接包圍在鋼爪上，形成陽極鋼爪保護環，使用該法制備的保護環能夠防止電解質過高而侵蝕鋼爪，起到保護陽極鋼爪的作用。

圖5 陽極鋼爪鋁灰環

3 防侵蝕效果對比分析

3.1 調整電解質水平效果分析

經過實驗，雖然這個方法可以解決這個問題的電解液腐蝕鋼爪,但電解槽生產破壞性較大,易引起電解槽在寒冷的旅程,技術條件很難維護,電解槽頻繁,影響爐底降水增加,長伸腿,增厚的外殼表面,減少爐、影響生產,該方法弊大于利，建議不采用。

3.2 保護環效果分析

為分析陽極鋼爪在使用不同保護環情況下的鋼爪防侵蝕效果，某鋁廠成立專業小組，分別對采用炭素保護環、氧化鋁保護環、鋁灰環及不使用保護環的四種情況下的鋼爪氧化程度進行跟蹤和數據采集。各選取40組組裝塊，依次對組裝塊進行編號標注，對每組組裝塊四個鋼爪直徑進行測量、記錄，在一個換極周期后，再次對標注的鋼爪直徑數據進行采集，對一個換極周期前后數據進行對比分析，為后續陽極鋼爪防侵蝕決策提供數據支撐。表1為陽極鋼爪直徑情況對比。

表1 一個換極周期前、后陽極鋼爪直徑情況對比單位：mm

從上表數據統計看，在一個換極周期之后，陽極鋼爪氧化程度從大到小依次為不使用保護環、氧化鋁保護環、鋁灰環、炭素保護環的鋼爪。

總之,如果我們不改變現有的生產技術,提高陽極鋼爪侵蝕現象仍然是最直接和有效的方法是保護,不同的保護鋼爪其防止侵蝕效果是不一樣的,應該結合自身特點,選擇最好的方法來保護鋼爪子。

4 結語

電解鋁生產中，采取必要的陽極鋼爪防侵蝕措施是必要的。采用調整電解質水平的方法防止陽極鋼爪侵蝕,對生產的破壞性大,得不償失。陽極鋼爪保護環具有非常重要的作用，它不僅能有效地保護鋼爪不受電解液的侵蝕和清洗，而且能延長陽極極更換周期，降低煤耗，節約成本。在具體的使用過程中，采用不同的陽極鋼爪保護環。由于使用的原材料不同，其防腐效果和效果也不同。采用何種方式對陽極鋼爪進行保護，需結合企業自身特點，選擇簡單實用、高效低耗的最佳方式。

筆者認為,采用炭素保護環對陽極鋼爪進行保護，具有很好的結塊密封效果，其防侵蝕效果優于其它保護方式。在實際使用過程中，鋼爪未出現異常情況，該保護環經人工進行清理收集后，可循環使用。