铝用异型阴极炭块的材质与生产加工

杨 军,宁湘南

（中电投 宁夏能源铝业青鑫炭素公司）

铝用异型阴极炭块的材质与生产加工

杨 军,宁湘南

（中电投 宁夏能源铝业青鑫炭素公司）

异型阴极炭块如何选择材质影响槽寿命,加工工艺要保证砌筑要求.

由东北大学冯乃祥教授发明的铝用异型阴极炭块最显著的特点之一就是将阴极炭块工作面设计为凸起,变平整的阴极为带槽沟.研究者认为,采用异型阴极结构电解槽在阴极炭块表面形成若干凸起,可以减缓铝液流速和降低铝液波动高度,从而提高铝液的稳定性,提高电流效率和降低极距,降低电耗.

与发明者合作,青鑫炭素公司开发 350 kA铝电解槽异型阴极炭块,现在已经应用于生产实践.

1 炭块的材质

阴极炭块如采用无烟煤基,即不加石墨碎,是否合适呢?仅就国内而言,经过近 30年的发展,铝用阴极炭块材质经历了从无烟煤基普通炭块,到石墨含量在 15%以下的半石墨质炭块,再到近年来大行其道、被广泛应用于大型预焙电解槽的高石墨质阴极炭块 （石墨含量在 30%以上）,以及石墨含量为 100%的全石墨质阴极炭块,和处于高端技术档次的石墨化阴极炭块.由于无烟煤的特性,无烟煤基阴极炭块的强度相对较高,在电解槽中的抗冲刷能力强——尤其是针对异型阴极炭块,它的凸起在电解槽中被流动的高温铝水反复冲刷、侵蚀.但是它的电阻率较高,达55μΩ·m以上,且抗钠侵蚀能力较弱;同时考虑到配套的阴极糊的技术匹配问题,故从材质上讲,无烟煤基阴极炭块属国内淘汰产品不宜采用.目前,国内铝用阴极炭块技术标准已由 YS/T287-2007替代以前标准,在新标准中也尚无无烟煤基阴极炭块的质量标准,主要是理化指标的标准.

考虑到这种异型炭块凸起的显著特征,同时兼顾炭块本身的抗侵蚀性和导电性能——如采用石墨化阴极炭块,它的强度较低,耐冲刷能力的不足.因此,可以采用高石墨质阴极炭块进行试验.

2 异型炭块的生产

国内 350 kA铝电解槽原设计采用的 HC35高石墨质阴极炭块规格主要为 525mm ×450mm×3 340 mm.考虑到加工余量,将生块毛坯规格确定为 590mm ×560mm ×3 550mm.

阴极炭块采用 HC35系列配方.为便于试验对比,新型阴极炭块的理化性能应与现 350 kA电解系列所采用的高石墨质炭块一致.与研究单位、应用单位协作,跟踪反馈试验槽运行试验信息,以优化新型阴极炭块技术性能.

根据设计者提供的成品规格图纸,将异型阴极炭块的加工工序分解为铣面、划痕、开钢棒槽以及炭块工作面和纵向凹槽的加工,最后是横向凹槽的加工.为满足新型炭块加工大批量需要,设计了新的槽床技术方案,以购进新型设备进行多种新型炭块的加工.

对东北大学设计的异型炭块的结构形式,进行了分析.考虑到凸起的有效高度,将炭块的总高度确定为 560mm.为便于制作刀具,有效缩短加工刀具制作周期,炭块工作面圆弧槽及侧部圆弧尺寸由 R 37.5改为 R 40.炭块宽度为 525mm,钢棒槽底角部斜度参照现采用的350 kA电解槽阴极炭块尺寸,即 15×45°.阴极炭块的表面划痕与350 kA电解槽阴极炭块一致.这种产品生产的不足之处在于,在加工生产中也存在着生产工序复杂,其中开槽需 5次,吊装、转运繁杂,因而生产效率低,加工进度缓慢.

产品样图如图 1所示.

3 炭块的应用

2009年下半年,向青铜峡铝业 350 kA电解系列提供了三台试验槽的异型阴极炭块.目前试验槽已运行半年多,铝电解厂和炭块的生产者 ,以及设计者,按计划对试验槽进行能量平衡等测试与分析,并进行试验槽技术改进与完善,同时确定下一步推广应用的计划.

图 1 异型阴极炭块产品样图

目前试验槽的技术指标也在进一步验证着姚世焕先生在撰文中在的一句话:“这提供了一条降低电耗的新途径,如果在 300 kA以上电解槽应用,其效果将会充分发挥.积极开发工业化低电耗的电解槽,包括异型阴极和导流槽的工业化应用,研究在低极距的条件下让电流效率尽可能的提高,以达到节电的效能”.

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1671-6620（2010）S1-0085-01