预焙阳极模具的改造

预焙阳极模具的改造

0铁—前言预燥电极是铝电解生产的重要组成部分。在铝电解生产中，它起到了“心脏”的作用。为了提高铝电解剂的内部质量，不同的技术设计是否合适，直接影响电解铝生产工艺、不同的经济指标和生产能力。目前铝用炭素行业中,电解槽单阳极使用的是四碗预焙阳极,双阳极使用的一般是3碗预焙阳极。华圣铝业目前使用的是六爪双阳极预焙阳极组,每组阳极由两块1550×660×600mm的预焙阳极块经磷生铁组装浇注而成,每块预焙阳极上部分布有三个ϕ210×115mm的炭碗。由于其铁—碳接触面有限,铁—碳接触界面的电阻受制于铁—碳接触面,在电解使用过程中有一部分电能用来克服此电阻,若能增大铁—碳接触面,便可降低界面电阻,从而节约电能;同时在浇注和使用过程中,阳极钢爪容易弯曲变形,致使钢爪存在较高的返修率和报废率,从而制约炭素生产成本。1导杆压降等组成在碳块的众多参数之中,阳极压降是很重要的一项,阳极压降越低,阳极组装的质量越高,即在阳极所消耗的电能越少。阳极压降由炭块本身压降、铁—碳压降、钢爪压降、爆炸焊块压降和铝导杆压降等组成。本文只讨论其中的铁—碳压降。影响铁—碳压降的主要因素有:钢爪头的表面光洁度、组装阳极的磷生铁成分及浇铸质量和铁—碳的接触面积。前两项在实际生产中都会不断得到改善和提高,而第三项则由炭碗本身尺寸的大小决定。从物理学上得知,导体的电阻公式为:R=ρL/S,(其中ρ表示导体材料阻碍电流传导的能力,称为电阻率,它是材料固有的性质;L表示导体材料的长度;S表示导体材料的截面积)。由上式可见,导体的电阻和其横截面积成反比,即截面积越大,导体的电阻越小,这就是在碗孔之间开槽从而降低铁—碳压降的理论根据。2打开槽，预埋电极生产流程和技术难度2.1型模具改造方案(1)对成型模具进行改造,在三个螺旋体之间焊接两块30×115×240mm的模块,模块与螺旋体留3～5mm的间隙,成型模具改造示意图如图1。(2)生阳极配方和成型工艺技术条件不变,直接生产出上部开槽生块。(3)生块自然冷却并静置7天后,装炉进行焙烧,焙烧出炉后人工清理掉沟槽与炭碗之间的隔层,在清焦过程中应注意不能损伤炭碗和沟槽,见图2。(4)上开槽阳极在组装时,浇铸工只需对中间炭碗进行浇注,便可使铁水均匀流到每个炭碗,从而使碗内铁水与沟槽内铁水成为一个整体结构,见图3、图4。2.2澄清和浇注碳碗损伤(1)因成型模具上压头有6条突出的斜楞槽,且在成型脱模时转动,因此在确定模板尺寸和焊接时,要求模板与压头之间留有3～5mm的间隙。间隙留得过小,可能会影响上压头转动,导致炭碗损伤;间隙留得过大,则会使炭碗与沟槽之间的隔层加厚,焙烧后很难清理,在清焦过程中还极易导致炭碗和沟槽损伤,影响预焙阳极合格率。(2)开槽后三个炭碗成为连通状态,为避免炭碗不在同一水平面对浇注产生影响,则应采取以下几个方面的措施:①加强对上压头水平和底模水平的定期测试及调整;②进一步优化成型工艺配方、稳定沥青配入量,提高成型系统工艺技术条件,从而减少生块的变形和裂纹等缺陷;③在装炉焙烧时,严格执行焙烧升温曲线,保证焙烧块的质量。3预焙阳极及普通阳极开槽对比华圣铝业从2009年2月开始经过三批次的试验后,于6月15日起全线转入生产上开槽阳极,经焙烧并组装浇铸后,8月1日起陆续上槽。随机选择了上槽12天的8组上开槽预焙阳极和8组普通阳极,进行铁—碳压降对比测试,结果见表1。从表1可知,预焙阳极开槽后,其铁—碳压降比普通阳极平均减少了23.5mV。2009年度上开槽预焙阳极项目为公司节电约950万kW·h,创造经济效益约300余万元。4上开槽预燃烧阴阳的优点和改进4.1铁环、槽内铁环的开槽及4个炭碗的校直(1)可以从根本上克服钢爪变形等问题。钢爪的弯曲变形是在电解高温下,由于钢爪梁和炭块的热膨胀系数不同,两者形成了热膨胀的位移差,使钢爪头发红变软,从而造成了钢爪的弯曲变形。如果在碗孔之间开槽(即上干槽),则浇铸的铁环和槽内铁块将三个爪头连在一起,而铁环、槽内铁块和钢梁的膨胀性相同,从而克服了炭块膨胀不足对钢爪造成的变形,从而不需要对弯曲的钢爪进行校直。(2)开槽后三个炭碗相通,浇铸时铁水从中间炭碗向两侧炭碗均匀流动,减少杂质,降低了铁—碳压降,还由于浇铸速度降低,增大了铁水的排气量,克服了铁环的气孔,提高了铁水的浇铸质量。(3)由于三个铁环是连在一起的,这样可以使电流分布更加均匀,使电解槽更加平稳运行,阳极消耗均匀,底部平整,不容易形成铁环粘爪。(4)可大大降低人工劳动强度及天车启动次数。碗孔之间开槽后可使预焙阳极组装更加方便,操作人员浇铸时只需在一个炭碗内倒铁水,三个炭碗都会浇满,不但减轻了工人的劳动强度,且大大减少了天车频繁启动次数,节约电耗,同时延长了设备的使用寿命。(5)由于碗孔之间开槽,在处理残极时更加容易。4.2节约总电耗及炭块费用(1)预焙阳极开槽后,其铁—碳压降比普通阳极平均降低了23.5mV。阳极压降减少后,生产每吨铝所节约的电耗:W=UIt/m=23.5×300×10-3×24/2.27=74.5kW·h(电解槽出铝量为2.27t/槽·d)。300kA系列22万t电解铝产量每年节约的总电耗为:W总=220000×74.5=1639万kW·h节约电耗总费用为:A=W总×0.35元/kW·h=573.7万元(2)碗孔之间开槽后在炭块减轻总重量,可以降低炭块单块重量,降低阳极毛耗为:m=ρv=2×30×115×240×1.65×10-6×0.94=2.6kg全年节约炭块费用为:130000×2.6×2.5=84.5万元(每年消耗约130000块预焙阳极,炭块价格为2500元/t)。(3)上开槽预焙阳极组解决了阳极钢爪的变曲变形,每年至少可节约钢爪维修费用约20万元。因此,碗孔之间开槽后,年产22万t的300kA电解铝系列每年可节约费用总计为