預焙鋁電解槽原鋁質量的影響因素及解決方法

李冬生，劉 丹，劉 英，柴登鵬，李致遠，馬軍義，朱曉波

（中鋁鄭州有色金屬研究院有限公司，河南 鄭州 450041）

原鋁是鋁電解生產過程的中間產品，其品質的高低直接決定著最終產品質量的好壞。原鋁質量越高，生產出的鋁合金產品性能就越好，給電解鋁企業帶來的經濟效益就越高。因此，如何降低原鋁中的雜質，提升原鋁的品質，是改善電解鋁企業經濟效益的關鍵之一。本文首先對影響原鋁品質的主要因素進行了分析，并提出提高原鋁質量的解決方法。

1 原鋁的牌號

原鋁的質量按照其所含金屬雜質的含量來評定，其合格標準范圍見表1[1]。

表1 金屬鋁成分的標準（GB/T 1196-2008）

2 原鋁質量的影響因素

2.1 原、輔料的影響

電解鋁生產過程中，所用的主要原料為氧化鋁、輔料為氟化鹽。在電解過程中，比鋁電極電位正的元素優先在陰極上析出，熔解在鋁液內，影響原鋁的品質[2]。表2列出每生產1t鋁，主要雜質元素Fe、Si的由原、輔料帶入量。

2.2 陽極炭塊對原鋁質量的影響

陽極炭塊內的雜質大多是由石油焦帶來的。石油焦中所含的雜質主要有Ca、Si、Mg、Fe、S、Ni、AI、Na、P、V等，其中P、V不僅增加雜質含量，而且會明顯降低電流效率。據統計[3]，每生產1t鋁，由陽極炭塊帶來的雜質Si和Fe的含量分別為0.12kg～0.19kg和0.25kg～0.40kg。

表2 每生產1t鋁，雜質元素Fe、Si的帶入量

2.3 鐵制工具的影響

在電解生產過程中，鋁電解工進行撈渣作業用的撈渣勺，測量工進行參數測量的鐵鉗，打殼系統進行原料添加所用的打殼錘頭等，這些工具由于工作高溫、腐蝕的條件下，使得Fe元素進入鋁液，造成原鋁品質的下降。

2.4 工藝參數

鋁電解過程是一個極為復雜的物理化學和電化學過程，受磁場平衡、物料平衡、電壓平衡、熱平衡等多因素的共同影響。在工藝參數中，氧化鋁濃度、槽電壓、電解質成分、兩水平、過熱度等都是影響電解槽系統平衡的重要指標[4]。

對槽內原鋁品質影響最直接的因素是熱平衡，而過熱度是控制熱平衡的核心，其主要受電解質成分、兩水平、槽電壓的影響。當過熱度偏高時，容易造成槽溫升高，進而熔化爐幫，造成電解質水平的上升，出現涮鋼爪的現象，使得雜質元素鐵、硅含量的上升，降低原鋁品質。

3 提高原鋁質量的途徑

3.1 使用質量好的原材料

對每批次氧化鋁、氟化鹽等原輔料的化學成分進行分析，把好原料質量關，堅持使用符合國家標準和行業標準的原料。

3.2 提高陽極炭塊的組裝澆注質量

陽極炭塊組裝前，要認真檢查陽極炭塊質量、鋼爪表面的清潔和導桿的校正是否達到規定要求。組裝過程中，陽極鋼爪位置要調整到位，澆注的磷生鐵要飽滿，澆注結束后要對鋼爪周圍多余的鐵渣清理干凈。防止陽極裝入電解槽后出現脫極現象，或鐵渣溶入到電解質中。

3.3 加強操作質量的管理

（1）嚴格日常操作管理。電解工人在使用大鉤、鐵鉗進行撈渣作業時，不得將其在電解質或鋁液中浸泡太久，發紅變軟后即應更換，以免熔化污染原鋁。

（2）加強對電解槽的日常巡檢。發現電解槽爐底板溫度偏高、鋼窗口溫度高等的異常情況，及時進行處理，減少電解槽的早期破損，保證電解槽長期穩定運行，才能做到原鋁質量的長期優質穩定。

（3）定期檢查陽極運行情況。對電解槽陽極進行不定期的檢查，發現陽極有泡爪、掉塊、脫極、氧化、裂紋、鋼爪發紅、陽極殼面塌陷等情況及時處理，電解質較高時，要勤檢查陽極，避免出現涮鋼爪的現象。

3.4 保持匹配的技術條件

（1）保持合適的電解質水平，避免因電解質水平過高而造成的陽極鋼爪熔化。

（2）保持合適的鋁水平，槽內鋁量是電解槽熱收支平衡的重要指標。鋁水平過高，則留在槽內的鋁量增大，造成電解槽散熱量增加，使槽溫下降，導致爐底變冷而出現沉淀。如果不及時處理，爐底狀況惡化，熱阻增加，通過爐底熱量減少，從而加大側部散熱，造成爐幫熔化，爐幫中沉積的雜質重返電解槽中。反之，當留在槽子內的鋁量過少電解槽會走熱趨勢，大量熱量向爐底傳遞，在化爐底沉淀的同時，也增加了陰極破損的可能性，更有可能造成漏爐的危險。

（3）保持合適的過熱度，一旦過熱度偏高，將熔化爐幫，造成爐膛面積和鋁液鏡面增大，其水平電流密度也隨之增大，在強磁場的作用下將產生強大的推力，加速鋁液運動，出現大幅度槽電壓擺，同時也會加速電解質的流速，加大了電解質涮爪的力度，造成鋁液含鐵量的增加。

4 結論

影響原鋁質量的主要因素之間，并不是孤立單一的，而是相互聯系的。要想得到較高的原鋁質量，除了要保證優良的原料及輔助材料的質量外，還要優化工藝技術條件，嚴格技術管理。