预焙阳极炭块相邻碗孔之间开槽技术节能降耗的作用

赵红军

(山西关铝股份有限公司)

预焙阳极炭块相邻碗孔之间开槽技术节能降耗的作用

赵红军

(山西关铝股份有限公司)

通过预焙阳极炭块在碗孔之间开槽,碗径加大和增加碗中斜槽数量来加大铁碳导电面积,从而降低阳极的铁碳压降,从根本上解决了阳极钢爪的弯曲变形,最终达到节能降耗的目的.注:此项技术已申请国家专利.专利号:200920145185.X.

1 概 述

预焙阳极炭块是铝电解生产中的一种重要原材料,它在铝电解的生产中起着“心脏”的作用,阳极炭块内在质量和各项技术参数的设计直接影响着电解生产工艺,经济指标以及生产成本.

但是,炭块内在质量的影响只是个别厂家和暂时的,而各项技术参数设计的是否合理带来的影响则是普遍的、长期的,是不容易引起重视的.

2 铁碳压降的概念

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,标志着阳极组装的质量越高,即在阳极上面所消耗的电能越少,阳极压降由:(1)炭块本身压降;(2)铁碳压降;(3)钢爪压降;(4)爆炸焊块压降;(5)铝导杆压降等组成.

在这里,我们只讨论其中的铁—碳压降,影响铁—碳压降的主要因素有:①钢爪头的表面光洁度;②组装阳极的磷生铁浇铸质量;③铁—碳的接触面积.

前两项在实际生产中得到改善和提高,第三项由碳碗本身尺寸的大小决定,无法改变.从物理学上得知,导体的电阻公式 R=ρ,(其中 ρ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,导体的电阻越少,这就是为什么在相邻碗孔之间开槽,同时增大碗孔直径和斜槽数量能降低铁—碳压降的理论根据.

3 碗孔不相连的缺点

(1)每个钢爪电流分布不均匀,造成阳极消耗不平整,容易形成粘爪.

(2)无法克服钢爪和炭块的膨胀系数不同带来的钢爪头弯曲变形问题.

(3)浇注铁水时需要依次浇注,劳动强度大.

4 碳碗直径小的不足

碳碗孔直径如果和所用钢爪的头直径相差过小,可以造成以下诸多不足:

(1)阳极组装时困难.由于碗孔和钢爪头直径相差过小,造成在组装时钢爪头难以放置在碗孔的中间,尤其是双阳极无法保证每个钢爪头都放置在碳碗的中央,甚至造成爪头和孔壁接触,致使铁水无法充分灌进去,形成浇铸缺陷,影响此钢爪头的导电效果,还可以造成铁环粘爪或电流分布不均匀的现象.

(2)浇铸困难,由于缝隙过小,在浇铸时容易冲爪,同时排气量不足,铁水冒泡严重,形成浇铸夹渣和气孔.

(3)铁环壁过薄,强度不够,容易形成铁环裂纹和钢爪松动造成脱极.

5 改进技术的效果

相邻碗孔之间开槽,碳碗直径加大和斜槽数量增加所带来的优点和经济效益分析如下.

5.1 经济分析

以山西关铝股份有限公司为例,190 kA系列原的计预焙炭块的碗径为 165 mm,其设计铁 -碳压降为 64.8 mV,斜槽数量为 6个,经计算,其铁

另外,碗孔之间开槽,碗径加大,斜槽数量增加后在炭块总质量上将有所减轻,可以降低炭块单块质量,降低阳极毛耗,计算如下 m=ρv=7.12 kg,全年节约炭块费用为 365×136×7.12×3.5=123.7万元 (炭块 3500元 /t)

因此,由上面计算可知:相邻碗孔之间开槽,炭碗直径加大,斜槽增加到 8个,每年 190 kA系列 7万 t电解铝电产量可节约费用总计为 253.8万元 +123.7万元 +30万元 =407.5万元 (30万元为每年钢爪维修费用)

5.2 所带来的好处

(1)可以克服上面第 4点所述的不足.

(2)相邻碗孔之间开槽后,除了可降低铁碳压降以外,还有 4点好处.①可以从根本上克服钢爪弯曲变形造成的一系列问题;我们知道,钢爪的弯曲变形是由于钢爪梁和炭块的热膨胀系数不同,在电解高温下,两者形成了热膨胀的位移差,在钢爪头发红变软的情况下,从而造成了钢爪的弯曲变形,如果将碗孔之间开槽,则浇铸的铁环将三个 (四个)爪头连在一起,而铁环和钢梁的膨胀性是一样的,从而克服了炭块膨胀不足对钢爪造成的变形.如此,钢爪则永远不会变形,则不需要对弯曲的钢爪进行校直;②组装方便,碗孔之间开槽后,工人浇铸时只需在一个孔内倒铁水,几个孔都会浇满,不但减轻了工人的劳动强度,还提高了浇铸速度,由于增大了碗孔的排气量,消除了铁环的气孔和夹渣等缺陷,提高了铁水的浇铸质量;③由于四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,不容易因电流偏流形成铁环粘爪;④由于碗孔之间开槽,处理残极时更加容易,减轻工人的劳动强度.

6 结 论

阳极碳块相邻碗孔之间开槽,碗径适当加大,斜槽由 6个增加到 8个.在节约电耗,降低阳极毛耗,克服钢爪弯曲变形,减轻员工劳动强度,节约钢爪维修费用,提高电解运行平稳度等方面都有好处.经过山西华圣铝业半年的全面推广使用,证明此方法是完全可行的,每年节约费用 50万元 /万 t-Al,极具技术开发价值.

7 实施费用

此项技术的实现,只需要在阳极炭块成型时,在碗孔成型头之间加一块钢板,再适当增加成型头的直径和斜槽数量,即可达到目的.费用不足2000元,而且不需要其他设备和技术的支持.

A

1671-6620(2010)S1-0092-03

表1 对比说明