阳极的组装和使用.doc

二、学习阳极组装工艺知识和成品阳极的使用 技师培训题纲 韩胜摘要：一、了解铝的性质、用途、发展和铝电解原理二、学习阳极组装工艺知识和成品阳极的使用阳极组装工艺知识1.碳素材料发展1.1碳素材料是指是指选用有机碳质物料或石墨作为主要固体原料，铺以其他原料，经过特定的生产工艺而制得的无机非金属材料，历史100多年，在中国30多年。1896年美国人艾奇逊发明人造石墨电极。1.2碳用途第一种：作为结构用碳制品，如高炉内衬等。第二种：化学工业用制品，如耐腐蚀、耐热性好的材料。第三种：密封材料。2.阳极组装工艺2.1预焙阳极构成：阳极本体、阳极导杆、爆炸焊、磷生铁、钢爪2.2预焙阳极的组装预焙阳极碳块组有3个不同材质的部分组合而成：铝质导杆、铸钢爪头、经过焙烧的阳极碳块，他们之间通过焊接和浇注连接为一体，形成阳极碳块组，有单组的和双组的，还有三组的等。铝导杆一般用一级铝及铝镁合金拉铸而成（一铸造目前为电解四期备导杆），长度2000-2200mm,尺寸以通过它的电流大小而定，一般电流密度为35-40A/ cm2.铝导杆与水平大母线接触面需要加工，要求平直二光滑，表面少氧化膜，目的：降低接触电阻（压降），电解车间考核该压降12毫伏。钢爪为ZG25材质的铸钢件。爪头有三爪、四爪、六爪，爪头排列有直线排列或矩形排列。铝导杆通过爆炸焊块与钢爪连接，或将导杆与钢爪爆炸连接后焊接。爆炸焊块是引爆炸药的方式将钢与铝焊接为一体的双材质结合材料，它可以实现钢-铝，铝-铝焊接的过渡。特点：焊接牢固、表面接触电阻小、机械强度大。焊块上表面与导杆采用氩弧焊或碳弧焊焊接，下表面与钢爪采用电弧焊焊接。爪头组装前应砂洗或涂石墨，目的：防止铁水对钢爪头的侵蚀，改善钢爪与铸铁的接触状态，降低接触压降（二电解厂钢碳压降80（100）毫伏），并有利于导杆循环使用时磷铁的脱环作业（二电解厂磷铁压脱机冲头经常断，加工一根费用高）。阳极炭块上有炭碗：振动成型的炭块振膜上有专门制炭碗的装置。炭碗为圆形，深度大约80-120毫米。为了加强钢爪和炭碗的结合力，可以在炭碗内内壁加工斜槽，一般斜槽数量为4-6道，槽呈上宽下窄的楔形，槽深20-25毫米，倾斜角为70-75度。浇注阳极用低磷生铁，磷含量一般为0.8%-1.2%，目的：磷生铁成分对于铸造性能和钢碳接触压降关系密切。浇注用磷生铁应具有流动性好、热膨胀性强、电阻率低、冷态下易碎裂等特点。磷生铁用冲天炉（电解一厂用过，淘汰）或中频炉融化（二电解厂目前使用，国内通用），炉温1300-1400度，出炉温度高于1350度。2.3阳极组装的类型阳极组装有两种类型，分别是半机械化操作：人工浇注，劳动强度大、组装成本较低；全机械化操作：整个过程全部为机械化流水作业（悬链悬挂导杆，在输送过程中自动完成效直、涂石墨、清刷导杆等）。阳极组装工艺流程装卸站-残极清理站-残极压脱站-磷铁环压脱站-导杆检查站-钢爪清理站-导杆矫直机-导杆清刷机-涂石墨站-钢爪干燥器-浇铸站部分铝厂在组装好的阳极组上喷铝，目的：防止氧化。2.4磷生铁的成分和作用：磷生铁成分杂质含量应尽量少，特别是铁、硅、矾、钛、镍、硫等氧化物。这些杂质不仅影响碳阳极理化指标，而且会在电解过程中进入铝液而影响铝的纯度或影响电流效率，对生产不利。CSiMnPS2.5-3.62.5-3.00.5-0.80.8-1.20.15C：用于调整铁水温度，含量适当高一些，导电性能好，可以抵消铸铁的膨胀。Si：具有抗收缩性能，含量增高收缩性小，含量少收缩大，易造成磷生铁与碳有孔隙。Mn：可增加铸铁收缩。锰有脱硫作用，与硫结合形成硫化锰渣，浮于上。锰还有反爆化作用，可提高温度，多加易造成炭碗孔隙。P：可提高铁水流动性，使浇注铁水饱满平整，提高铸铁冷脆性，易于压脱。S：为有害元素，宜适当减少其含量。磷生铁中的各种元素，在改善性能方面均有一定好处，配料比例得当，发挥其综合好处至关重要。其中重要指标是磷铁收缩率，收缩率过小，浇注后的磷铁环或炭碗崩裂，反之，易造成脱块。还有电阻率，电阻过高，钢碳压降高，电耗高，甚至在生产使用过程中钢爪发红，脱极。配料中Mn和P配比难度最大，特别是Mn，必须认真配料，及时化验分析，进行调配。残极脱爪后的磷生铁可以循环使用，但是其中的Mn和P会发生变化，要及时对其进行添加。2.5预焙阳极块的理化指标预焙阳极块的理化标准（YS/T285-1998）牌号 灰份 电阻率 .m 耐压强度 Mpa体积密度g/cm3真密度g/cm3不小于不大于TY-1 0.50 55 32 1.50 2.00 TY-2 0.80 60 30 1.50 2.00 TY-3 1.00 65 29 1.48 2.00 2.6预焙阳极外观要求：a.成品表面粘接的填充料必须清理干净。b.成品表面的氧化面积不大于该表面面积的20，深度不得超过5mm。c.成品掉棱长度不大于300mm，深度不大于60mm,不得多于两处。d.棒孔或孔边缘裂纹长度不大于80mm，孔与孔之间不能有连通裂纹。e.大面裂纹长度不大于200mm，数量不多于3处。2.7预焙阳极的组装要求a.铝导杆弯曲度不大于15mm；b.组件焊缝不脱焊，爆炸焊片不开缝；c.磷铁浇注饱满平整，无灰渣和气泡。3. 预焙阳极导杆焊接要求3.1制定导杆焊接规程和技术要求3.2加强爆炸焊块焊接质量检查3.3焊接合格的导杆应在焊接面上或其他地方坐上序列号，以便存查。3.4.1导杆弯曲不得使用，需要效直，爆炸焊块裂纹深度3-5毫米，宽2-4毫米，不得使用。3.4.2爪头烧损1/3，2个以上不得使用。3.4.3爪头2次使用必须进行砂洗方可使用。3.4.4炭块底掌应在一个水平面上，导杆保证垂直度。3.4.5组装前炭碗内填充料清理干净，爪头涂石墨高度不低于120毫米。3.4.6爪头组装时，导杆要垂直，爪头与炭碗要同心，间隙不小于20毫米。3.4.7炭碗内铁水要饱满，铁水面和炭碗上面正负5毫米。3.4.8浇注时不允许铁渣打入或掉入炭碗内（炭碗内方铁块找平衡在工艺上是不允许的）3.4.9浇注完好炭块表面必须清理干净。3.4.10组装完毕的炭块应该用1000A直流电焊机逐块通电检查钢碳压降，小于120毫伏的为合格品，小于90毫伏的为优质品，可用于焙烧槽用。测定方法：一点在爆炸焊块上100毫米处，另一点在炭块上面中间距上沿100毫米处。成品预焙阳极的使用4、预焙阳极块的分类4.1铝电解槽用阳极分为自焙阳极和预焙阳极【预焙阳极是以石油焦、沥青焦为骨料，煤沥青为黏结剂制造而成，用作预焙铝电解槽作阳极材料。这种炭块已经过焙烧，具有稳定的几何形状，所以也称预焙阳极炭块，习惯上又称为铝电解用炭阳极。用预焙阳极炭块作阳极的铝电解槽称预焙阳极电解槽，简称预焙槽，这是一种现代化的大型铝电解槽】4.2阳极碳块的使用阳极碳块是电解槽的 “心脏”，每台电解槽根据槽型设计（容量、密度等）不同其阳极碳块数量不同，有单组的有双组的。碳块在电解槽内对称排列在阳极水平母线两侧，导杆靠卡具固定在水平母线上，导杆起着输送电流和吊挂碳块组的双重作用。阳极提升机构是升降阳极机构，随着炭阳极的消耗，阳极机构带动阳极组下降，当降至最低位置时，通过转接母线作业把水平母线提高，以保证在电解过程中阳极升降机构连续带动阳极碳块组下降，使阴阳极间的间距相对稳定。4.3阳极压降：导杆压降、爆炸焊块的铝钢压降、钢爪压降、浇注部位的碳铁压降。阳极本体压降，一般0.2-0.4V左右。4.4阳极反应：阳极消耗产生气体（CO2和CO）反应式：2AL2O3+3C=4AL+3CO2AL2O3+3C=2AL+3CO4.5阳极消耗：电化学消耗：2AL2O3+3C=4AL+3CO2（阳极气体中有100%的CO2，生产1吨铝消耗阳极333Kg/t），AL2O3+3C=2AL+3CO（阳极气体中有100%的CO，生产1吨铝消耗阳极667Kg/t）。当阳极气体中CO含量为30%时阳极消耗量为393 Kg/t，阳极在电解生产中不断消耗，必须定期更换，毛耗一般为450-600 Kg/t，阳极消耗速度为1.5-1.6cm/d,计算公式：hc二8.054d阳Wc/dc10-3厘米日hc阳极消耗速度(厘米日)d阳阳极电流密度(A/cm2)Wc阳极净耗(公斤吨一铝,可以按433公斤/TAl) 。dc阳极假比重(gcm3)机械消耗：主要是指粉尘，由于阳极氧化造成阳极表面粗糙，骨料与粘接剂结合力变弱，阳极颗粒脱落。化学消耗：阳极气化反应，阳极与CO2反应；阳极氧化反应。4.6预焙槽阳极工艺有什么特点?(1)阳极炭块组不能连续使用，须定期更换。(2)为保证生产平稳，使电流分布均匀，阳极炭块组必须按照一定顺序进行更换。(3)封好阳极上保温料，一方面可以保温，减少阳极散热损失，防止氧化，另一方面降低铁一炭电压降。(4)根据阳极大母线行程，需周期性地抬母线。4.7为什么要采取交叉法更换阳极?因为新换上的阳极使局部进行电解质温度降低，在一、二天内导电又比较少，为保证各阳极能够均匀地分担电流，所以要采用交叉法更换阳极。基本原则是；(1)相邻的阳极要错开更换时间，并要把时间隔开得迟一些。(2)要使两边阳极槽母线梁上的新旧炭块组均匀分布，基 本上是交替更换，使得两边母线电流分布接近相等，承重均衡。4.8什么是阳极电流密度?它的单位是什么?我厂的阳极电流密度是多少?阳极电流密度是单位截面积的阳极上，通过的电流强度，阳极电流密度以d阳表示，它的单位是A/cm2d阳=通过阳极的电流强度/阳极截面积(A/cm2)我厂300KA系列的阳极的长度为155cm，宽55cm，高60cm。每组阳极的截面积为15555=8525 cm2每台电解槽上有阳极20组，截面积总计为：852520=170500cm2通过电解槽的平均电流强度为300KA，则阳极电流密度为：300000A/170500 cm2=1.760/ cm2。4.9换阳极的前后过程应遵守哪些原则?(1)要换的阳极爪头不能霹出炭块底掌。(2)相邻两组不能连续换新阳极，如确实需要的话，必须从其它槽上调换一组正常良好工作状态下的热阳极。(3)换阳极必须找平阳极底掌，阳极换好后炭块底掌不得倾斜。(4)卡具必须打紧，卡具电压不得高于所要求的规定值。(5)在一昼夜内电解槽更换新阳极不得超过二组，二组相隔要在8小时以上。(6)新阳极安装前，阳极底掌下面的大块氧化铝结壳以及槽底过量沉淀都要扒到槽边部炉帮处帖好；(7)新阳极安装好以后立即加盖保温料，吊出的残极要清净其上的热料。(8)换完阳极后槽电压要比正常槽高出01伏，1小时后降到正常。4.10异常换阳极包括哪些，怎样处理?异常换阳极包括：阳极断层、掉块、裂纹、脱落、长包、涮化爪头等。处理方法：(1)对阳极断层、裂纹、脱落、涮化钢爪的阳极，根据使用天数，确定使用残极或新极。原则是已超过二分之一周期的可用残极换上，否则必须换上新极，以保证阳极更换顺序正常执行。(2)长包的阳极，经吊出槽外检查，确认打掉包后能继续使用者，可以打包后继续使用，不能使用者，则根据上条原则换阳极(3)脱落阳极体积较大者，要用夹子或大钩大钯等铁工具取出脱落极，碎裂者，用漏铲捞净全部碎炭块。(4)异常换极除上述原则和操作外，其它操作程序同正常换极相同。4.11阳极工作质量对电解槽生产会有什么影响?阳极是电解槽的心脏，因此阳极工作好坏直接影响到电流效率、电耗和原铝质量，如：边部阳极压槽，则电解槽发热变病槽，阳极坐的过深，则容易使电流短路，电压摆，造成效率 严重降低；阳极坐的过浅，则极距过高，槽电压升高，浪费电能；旧阳极未及时换掉而易化、涮、齐爪头则严重污染原铝质量。4.12已知某预焙阳极的真比重为2.0克厘米2，假比重是1.5克厘米2，则它的气孔率是多少?因为P=(d真d假) / d真100%=(2.01.5)2.0100%=25%它的气孔率是25。4.13预焙阳极电解槽有哪两种型式?(1)不连续预焙阳极电解槽(分中间打壳下料和边部打壳下料)。(2)连续预焙阳极电解槽。4.14怎样抬阳极母线?(1)抬母线前用风管吹净母线框架上的氧化铝粉尘，检查阳极升降控制系统。(2)将卡具框架放在电解槽的支持架上，矫正与临时框架卡具不垂直的铝导杆，打开高压开关,检查确认各阳极导杆被卡紧，沿大母线下沿在导杆上画一水平直线,(3)从阳极母线一端开始依次打开铝导杆卡具，此时槽电压不得比打开卡具前高出02伏特以上，否则要及时查找原因，处理个别临时卡具的松紧。(4)开动电机使母线沿着铝导杆滑动上升，在整个母线上抬过程中，槽电压不得高于4.6伏，要始终观察并注意各接触点的阳极位置。(5)母线提升完毕后，观察并注意各接触点的阳极位置，看是否有阳极下滑情况。然后依次上紧固定卡具，此时槽电压应和抬母线前一样。4.15抬母线常有哪些问题发生?其原因如何?怎样排除?(1)带阳极，原因：由于铝导杆弯曲或拉丝杠太紧，导杆对母线压紧力太大。所以，有时能将阳极或临时框架带起来，槽电压升高，临时框架逐渐离开支架。被带的阳极附近壳面下塌。排除方法；停抬母线，把带阳极那一端的拉紧丝杠稍松一下，阳极和临时卡具就可自动落回到原来的位置。(2)阳极下沉：原因：临时卡具未上紧，当压在铝导杆上的固定卡具松开时，阳极因自重而脱落下沉，槽电压将随之下降。排除方法：停抬母线，用天车将下沉的阳极提起恢复原位，继续抬母线抬完后再个别调整下沉的阳极。(3)铝导杆与铝母线接点处打火花。原因：铝导杆和母线之间间隙大造成的，母线与导杆相互滑动的电阻增大而产生电火花。排除方法：只要稍紧一下拉紧丝杠便可消除。如果是几根铝导杆同时滑开母线，使电流集中于其它导杆上，也会发生电火花，这时应停抬母线，立即处理消除。(4)避免效应：如果发生了效应，应立即停止抬母线，集中力量迅速打紧阳极卡具，快速熄灭阳极效应待效应熄灭后，继续抬完母线4.