【正文】 鋁 電解工藝對(duì)陽(yáng)極鋼爪保護(hù)環(huán)的質(zhì)量有著嚴(yán)格的要求：足夠的強(qiáng)度，使其免受電解質(zhì)的沖刷和換極作業(yè)的影響；足夠的抗氧化和抗汽化能力，使其不易掉渣，不致影響電解生產(chǎn)；足夠低的灰分，使其對(duì)原鋁質(zhì)量不會(huì)產(chǎn)生影響；足夠低的比電阻，使其對(duì)降低接觸壓降更有利；足夠的整體性，使其免受換極作業(yè)的影響。具有鈍性傾向的金屬在進(jìn)行陽(yáng)極極化時(shí)，如果電流達(dá)到足夠的數(shù)值，在金屬表面上能夠生成一層具有很高耐蝕性能的鈍化膜而使 電流減少，金屬表面呈鈍態(tài)。金屬 作為陽(yáng)極其電位向正方向變化的過程稱作陽(yáng)極極化；反之，通過的電流為負(fù)電流時(shí)，金屬作為陽(yáng)極其電位向負(fù)方向變化的過程稱為陰極極化。 向浸在電解質(zhì)溶液中的金屬施加直 流電，金屬的自然腐蝕電位會(huì)發(fā)生變化，這個(gè)現(xiàn)象稱為極化。不 同的金屬在一定溶液中的電位是不一樣的。比如： 2： 3： 4： 5： 5 或 8： 7： 6： 4??這樣既能保證鐵水有較好的流動(dòng)性又能保證磷生鐵各元素有較理想的指標(biāo)，還能對(duì)企業(yè)起到節(jié)能降耗的作用。 （ 3）使用磷生鐵的好處 按照鋁鎂設(shè)計(jì)院給各電解鋁廠的磷生鐵標(biāo)準(zhǔn)以及大部分電解鋁廠技術(shù)人員的提示與要求自主研試開發(fā)磷生鐵，同時(shí)也通過大部分電解鋁廠的使用證明具有良好的導(dǎo)電性、鐵水的流動(dòng)性，鐵環(huán)的易拖性，對(duì)生產(chǎn)的安全、穩(wěn)定、節(jié)能降耗、車間環(huán)保衛(wèi)生起到較好的幫 助作用，同時(shí)也避免了在天長(zhǎng)日久的人工配料過程中的計(jì)量錯(cuò)誤。 e 磷生鐵與磷生鐵環(huán)在使用過程中各元素的變化 磷生鐵與磷生鐵環(huán)各元素在 1300176。 c 硫元素：硫是公認(rèn)的有害性元素，也是在金屬物質(zhì)中存在的元素，由于硫在熔融鐵水中無(wú)限溶解，而在固體鐵中溶解度很小，因此，當(dāng)含硫的鐵水冷凝時(shí)要生成硫化鐵，這種低熔點(diǎn)的晶體即鐵銹，在這種晶粒間聚集使鑄鐵物產(chǎn)生裂紋斷裂，同時(shí)硫的存在還阻礙了石墨化過程，能增大鐵環(huán)的收縮性。磷含量過大可導(dǎo)致磷 生鐵環(huán)的冷43 脆性增大，使?jié)沧⒑蟮蔫F環(huán)產(chǎn)生裂紋，嚴(yán)重者導(dǎo)致脫落等狀況。 （ 2）磷生鐵各化學(xué)元素的特 點(diǎn)、作用及影響 a 碳和硅元素是強(qiáng)烈的石墨化元素，含碳越高，析出的石墨越高，而硅又是強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化的元素，并且與鐵原子結(jié)合力極強(qiáng)，碳以石墨形式存在，碳與硅含量的調(diào)整可以使金屬鑄件內(nèi)部金屬組織改變，陽(yáng)極組裝澆注要求澆注的磷生鐵環(huán)的強(qiáng)度，硬度適中為佳。 c 用后的陽(yáng)極組裝在磷鐵環(huán)壓脫工序中，要求磷鐵環(huán)要有一定脆性，以利于磷鐵環(huán)壓脫。 （ 1）磷生鐵技術(shù)特點(diǎn)： a 對(duì)鋼爪材質(zhì)和碳素質(zhì)均有良好的粘結(jié)強(qiáng)度，保證在電解過程中避免陽(yáng)極的脫落。 磷生鐵在陽(yáng)極組裝工序中的功能是：將新的陽(yáng)極碳?jí)K和導(dǎo)桿組連接在一起 ,連接部位是導(dǎo)桿組的鋼爪與碳?jí)K的碗間隙之間，盛裝在臺(tái)包中的熔融狀態(tài)的磷生鐵水，借助于澆注機(jī)將其注入到鋼爪與碳碗間隙之間冷卻后使導(dǎo)桿組與碳?jí)K結(jié)合為一體，運(yùn)入電解工序使用。 在生產(chǎn)中要求澆鑄用的磷生鐵具有流動(dòng)性能好、熱膨脹性強(qiáng)、電阻率低、冷態(tài)下易脆裂等特點(diǎn)。導(dǎo)電密度＜ ㎜ 2. ：結(jié)合緊密，強(qiáng)度高，壓降小。 電解生產(chǎn)對(duì)導(dǎo)桿、鋼爪、爆炸焊塊的要求 1. 鋼爪：導(dǎo)電好，強(qiáng)度高，雜質(zhì)少，無(wú)夾渣氣孔。 項(xiàng)目突出特點(diǎn)是采用結(jié)構(gòu)陽(yáng)極鋼爪及鋁灰陽(yáng)極保護(hù)環(huán)，生產(chǎn)工藝科學(xué)、簡(jiǎn)易，產(chǎn)品具有材料性能穩(wěn)定、尺寸精度可靠、可修復(fù)性強(qiáng)、導(dǎo)電性好等有點(diǎn)。 項(xiàng)目采用新型結(jié)構(gòu)陽(yáng)極鋼爪加工工藝及維保工藝技術(shù)和鋁灰陽(yáng)極保護(hù)環(huán)專利技術(shù)，利用蘭州連城鋁業(yè)有限責(zé)任公司所屬蘭州中鋁工業(yè)服務(wù)有限公司廢舊廠房、現(xiàn)有陽(yáng)極鋼爪生產(chǎn)工位、設(shè)備，電解鋁末次鋁灰等，改造現(xiàn)有年產(chǎn) 40000 組（折合鋼材10000 噸）鋁電解用陽(yáng)極鋼爪加工制造生產(chǎn)線，配套建設(shè)年產(chǎn)110 萬(wàn)付（折合鋁灰 4000噸）鋁灰陽(yáng)極保護(hù)環(huán)生產(chǎn)線。鋼爪容易產(chǎn)生折斷、變形、內(nèi)彎等問題，致使下線率偏高；同時(shí)，產(chǎn)生的電解壓降可達(dá) 20 毫伏以上，不利于電解生產(chǎn)。隨著成本壓力的增大，電解鋁生產(chǎn)對(duì)陽(yáng)極鋼爪提出了更高的要求。隨著規(guī)模的不斷擴(kuò)大，電解鋁行業(yè)已經(jīng)呈現(xiàn)出一定的供需矛盾，行業(yè)逐漸告別了高利潤(rùn)時(shí)代。增大了電解工的勞動(dòng)強(qiáng)度，打亂了正常的工作秩序，也不利于職工的身心健康和企業(yè)的和諧發(fā)展；增大了氟化鹽的揮發(fā)和損耗， 增加了生產(chǎn)成本；陽(yáng)極破損及脫落，導(dǎo)致化爪，也會(huì)使鋁液中鐵含量增加，降低鋁的品位。 h／ t— AI。 同時(shí)，電解槽運(yùn)行中陽(yáng)極炭塊的裂縫、碎塊脫落等生成大量炭渣。如陽(yáng)極電阻 75μΩ m 降為 50μΩ m 時(shí)，每噸鋁可節(jié)電 500kw178。 (二 )對(duì)電耗的影響 陽(yáng)極電能消耗約占鋁電解電能消耗的 10％左右。在電解生產(chǎn)中，溫度與電流效率的關(guān)系最為密切，影響最大。它的質(zhì)量和工作狀況不僅影響電解生產(chǎn)的正常運(yùn)行．而且對(duì)電解質(zhì)溫度、電流效率、電能消耗和鋁液質(zhì)量等經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)都有很大影響。導(dǎo)桿和鋼爪以焊接的形式、鋼爪頭和預(yù)焙陽(yáng)極炭塊以磷生鐵澆注的形式連接在一起。因此鋁工業(yè)生產(chǎn)都采用炭素材料作兩極。 在鋁電解過程中，高溫且具有很大侵蝕性的冰晶石熔液直接同電極接觸。 (4)異常換極除上述原則和操作外，其它操作程序同正常換極相同。原則是已超過二分之一周期的可用殘極換上，否則必須換上新極，以保證陽(yáng)極更換順序正常執(zhí)行。 ，怎樣處理 ? 異常換陽(yáng)極包括：陽(yáng)極斷層、掉塊、裂紋、脫落、長(zhǎng)包、涮化爪頭等 。 (6)新陽(yáng)極安裝前，陽(yáng)極底掌下面的大塊氧化鋁結(jié)殼以及槽底過量沉淀都要扒到槽邊部爐幫處帖好； (7)新陽(yáng)極安裝好以后立即加蓋保溫料，吊出的殘極要清凈36 其上的熱料。 (4)卡具必須打緊，卡具電壓不得高于所要求的規(guī)定值。 (2)相鄰兩組不能連續(xù)換新陽(yáng)極，如確實(shí)需要的話，必須從其它槽上調(diào)換一組正常良好工作狀態(tài)下的熱陽(yáng)極。20=170500cm2 通過電解槽的平均電流強(qiáng)度為 300KA， 則陽(yáng)極電流密度為： 300000A/170500 cm2=。 每組陽(yáng)極的截面積為 155179。 (2)要使兩邊陽(yáng)極槽母線梁上的新舊炭塊組均勻分布，基 本上是交替更換，使得兩邊母線電流分布接近相等，承重均衡。 ? 因?yàn)樾聯(lián)Q上的陽(yáng)極使局部進(jìn)行電解質(zhì) 溫度降低，在一、二天內(nèi)導(dǎo)電又比較少，為保證各陽(yáng)極能夠均勻地分擔(dān)電流，所以要采用交叉法更換陽(yáng)極。 (3)封好陽(yáng)極上保溫料，一方面可以保溫，減少陽(yáng)極散熱損失，防止氧化，另一方面降低鐵一炭電壓降。 ? (1)陽(yáng)極炭塊組不能連續(xù)使用，須定期更換。 dc—— 陽(yáng)極假比重 (g／ cm3) 機(jī)械消耗：主要是指粉塵，由于陽(yáng)極氧化造成陽(yáng)極表面粗糙，骨料與粘接劑結(jié)合力變?nèi)?，?yáng)極顆粒脫落。 Wc/dc179。 d陽(yáng)179。 ： 陽(yáng)極消耗產(chǎn)生氣體（ CO2和 CO）反應(yīng)式： 2AL2O3+3C=4AL+3CO2 AL2O3+3C=2AL+3CO ： 電化學(xué)消耗： 2AL2O3+3C=4AL+3CO2（陽(yáng)極氣體中有 100%的 CO2，生產(chǎn) 1噸鋁消耗陽(yáng)極 333Kg/t）， AL2O3+3C=2AL+3CO（陽(yáng)極氣體中有 100%的 CO，生產(chǎn) 1噸鋁消耗陽(yáng)極 667Kg/t）。 ： 導(dǎo)桿壓降、爆炸焊塊的鋁鋼壓降、鋼爪壓降、澆注部位的碳鐵壓降。碳?jí)K在電解槽內(nèi)對(duì)稱排列在陽(yáng)極水平母線兩側(cè)，導(dǎo)桿靠卡具固定在水平母線上，導(dǎo)桿起著輸送電流和吊掛碳?jí)K組的雙重作用。用預(yù)焙陽(yáng)極炭塊作陽(yáng)極的鋁電解槽稱預(yù)焙陽(yáng)極電解槽，簡(jiǎn)稱預(yù)焙槽，這是一種現(xiàn)代化的大型鋁電解槽。 鋁電解槽用陽(yáng)極分為自焙陽(yáng)極和預(yù)焙陽(yáng)極，預(yù)焙陽(yáng)極是以石油焦、瀝青焦為骨料，煤瀝青為黏結(jié)劑制造而成，用作預(yù)焙鋁電解槽 作陽(yáng)極材料。 組裝完畢的炭塊應(yīng)該用 1000A 直流電焊機(jī)逐塊通電檢查鋼碳?jí)航?，小?120 毫伏的為合格品，小于 90 毫伏的為優(yōu)質(zhì)品，可用于焙燒槽用。 炭碗內(nèi)鐵水要飽滿，鐵水面和炭碗上面正負(fù) 5 毫米。 32 組裝前炭碗內(nèi)填充料清理干凈，爪頭涂石墨高度不低于 120 毫米。 2次使用必須進(jìn)行砂洗方可使用。 導(dǎo)桿彎曲不得使用，需要效直，爆炸焊塊裂紋深度35 毫米，寬 24毫米，不得使用。 預(yù)焙陽(yáng)極的組裝要求 15mm； ，爆炸焊片不開縫； ，無(wú)灰渣和氣泡。 80mm，孔與孔之間不能有連通裂紋。 20％，深度不得超過 5mm。殘極脫爪后的磷生鐵可以循環(huán)使用，但是其中的 Mn和 P會(huì)發(fā)生變化，要及時(shí)對(duì)其進(jìn)行添加。還有電阻率，電阻過高，鋼碳?jí)航蹈?，電耗高，甚至在生產(chǎn)使用過程中鋼爪發(fā)紅，脫極。 磷生鐵中的各種元素，在改善性能方面均有一定好處，配料比例得當(dāng)，發(fā)揮其綜合好處至關(guān)重要。 P：可提高鐵水流動(dòng)性，使?jié)沧㈣F水飽滿平整，提高鑄鐵冷脆性，易于壓脫。錳有脫硫作用，與硫結(jié)合形成硫化錳渣，浮于上。 Si：具有抗收縮性能，含量增高收縮性小，含量少收縮大，30 易造成磷生鐵與碳有孔隙。磷生鐵成分詳見表 21磷生鐵成分 表。 磷生鐵的成分和作用： 磷生鐵成分雜質(zhì)含量應(yīng)盡量少，特別是鐵、硅、礬、鈦、鎳、硫等氧化物。 陽(yáng)極組裝的類型 陽(yáng)極組裝有兩種類型，分別是半機(jī)械化操作：人工澆注，勞動(dòng)強(qiáng)度大、組裝成本較低；全機(jī)械化操作：整個(gè)過程全部為機(jī)械化 流水作業(yè)（懸鏈懸掛導(dǎo)桿，在輸送過程中自動(dòng)完成效直、涂石墨、清刷導(dǎo)桿等）。澆注用磷生鐵應(yīng)具有流動(dòng)性好、熱膨脹性強(qiáng)、電阻率低、冷態(tài)下易碎裂等特點(diǎn)。為了加強(qiáng)鋼爪和炭碗的結(jié)合力，可以在炭碗內(nèi)內(nèi)壁加工斜槽，一般斜槽數(shù)量為 46 道，槽呈上寬下窄的楔形，槽深 2025 毫米，傾斜角為 7075度。陽(yáng)極炭塊上有炭碗：振動(dòng)成型的炭塊振膜上有專門制炭碗的裝置。焊塊上表面與導(dǎo)桿采用氬弧焊或碳弧焊焊接，下表面與鋼爪采用電弧焊焊接。爆炸焊塊是引爆炸藥的方式將鋼與鋁焊接為一體的雙材質(zhì)結(jié)合材料，它可以實(shí)現(xiàn)鋼 鋁，鋁 鋁 焊接的過渡。爪頭有三爪、四爪、六爪，爪頭排列有直線排列或矩形排列。 鋁導(dǎo)桿一般用一級(jí)鋁及鋁鎂合金拉鑄而成（一鑄造目前為電解四期備導(dǎo)桿），長(zhǎng)度 20202200mm,尺寸以通過它的電流大小28 而定，一般電流密度為 3540A/ 面需要加工，要求平直二光滑，表面少氧化膜，目的：降低接觸電阻（壓降），電解車間考核該壓降≤ 12毫伏。 預(yù)焙陽(yáng)極構(gòu)成： 陽(yáng)極本體、陽(yáng)極導(dǎo)桿、爆炸焊、磷生鐵、鋼爪、保護(hù)環(huán)。 第二種：化學(xué)工業(yè)用制品，如耐腐蝕、耐熱性好的材料。 1896 年美國(guó)人艾奇遜發(fā)明人造石墨電極。項(xiàng) 目符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策，產(chǎn)品市場(chǎng)前景較好，技術(shù)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益均可行，項(xiàng)目的建設(shè)是必要的、可行的。在企業(yè)取得良好的直接經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也為企業(yè)在節(jié)能、環(huán)保、循環(huán)經(jīng)濟(jì)綜合利用方面發(fā)揮積極作用，通過技術(shù)改造，有效配置資源，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)，為國(guó)家和地方增加稅收，為社會(huì)提供更多的就業(yè)機(jī)會(huì)，本項(xiàng)目的實(shí)施必將有效帶動(dòng)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展，大大提高就26 業(yè)率、財(cái)稅收入和人民生活水平。經(jīng)測(cè)算，項(xiàng)目投資財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率 %(稅后 )，投資回收期 7 年 (稅后 )，財(cái)務(wù)盈利能力好于行業(yè)平均水平，項(xiàng)目在財(cái)務(wù)上是可行的。 財(cái)務(wù)評(píng)價(jià) 本項(xiàng)目最大年產(chǎn)量為陽(yáng)極鋼爪 40000 組（折合 10000 噸鋼材），鋁灰陽(yáng)極保護(hù)環(huán) 1100000 付（折合 4000 噸鋁灰） ；新增固定資產(chǎn)投資 2020萬(wàn)元，按期計(jì)提折舊；定員 50人。 投資及資金籌措 本項(xiàng)目總投資 2020萬(wàn)元，其中建（構(gòu)）筑物改造費(fèi) 1000萬(wàn)元，鋁灰保護(hù)環(huán)生產(chǎn)線建設(shè)費(fèi) 200萬(wàn)元，設(shè)備購(gòu)置費(fèi) 300萬(wàn)元，設(shè)備安裝改造費(fèi) 500 萬(wàn)元。 能耗評(píng)估 本項(xiàng)目消耗的能源和耗能工質(zhì)種類有電、水，電年耗量為 2723933kwh，自來水年耗量 16716m3。 項(xiàng)目主要噪聲設(shè)備為切割機(jī)、電焊機(jī)，選用低噪聲設(shè)備，并采取減振、吸聲、隔聲等措施使廠界噪聲達(dá)到《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》（ GB123482020）“Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)”； 固體廢棄物包括生產(chǎn)垃圾與辦公生活垃圾，生產(chǎn)垃圾為鋼材的邊角余料，集中收集后熔鑄處理，辦公生活垃圾統(tǒng)一收集后由環(huán)衛(wèi)部門定期清運(yùn)集中處理； 廢水包括生產(chǎn)用水和生活污水，生產(chǎn)用水環(huán)節(jié)采用循環(huán)使用，消耗少量新鮮水；生活污水處理符合標(biāo)準(zhǔn)要求后，達(dá)標(biāo)排放； 廢氣主要包括切割粉塵、焊接煙塵、噴漆廢氣等，加裝粉塵凈 化器，通過排氣筒收集過濾后對(duì)外集中低空排放。采用的運(yùn)營(yíng)方案和工藝技術(shù)成熟先進(jìn)，技術(shù)改造方案合理。 建設(shè)內(nèi)容及規(guī)模 項(xiàng)目擬規(guī)劃總建筑面積約 26900平方米，改造和建設(shè)廠房、24 倉(cāng)庫(kù)等相關(guān)配套設(shè)施，新增生產(chǎn)線及工藝設(shè)備臺(tái)（套），并配套建設(shè)公用配套工程。 項(xiàng)目選址 項(xiàng)目地址位于甘肅省蘭州市永登縣河橋鎮(zhèn)建設(shè)坪蘭州連城鋁業(yè)有限責(zé)任公司廠區(qū)內(nèi)。 項(xiàng)目鋁灰陽(yáng)極保護(hù)環(huán)產(chǎn)品、工藝、技術(shù)屬于國(guó)家發(fā)改委《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄（ 2020 年本）》列出的“鼓勵(lì)類”第九條有色金屬第三款“高效、節(jié)能、低污染、規(guī)?；偕Y源回收與綜合利用”之規(guī)定，符合國(guó)家相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策的規(guī)定。 根據(jù)中國(guó)鋁業(yè)股份有限公司連城分公司目前鋁電解用陽(yáng)極鋼爪使用和維保情況分析預(yù)測(cè)結(jié)果，并考慮到設(shè)備最佳配置生產(chǎn)能力、各種投資風(fēng)險(xiǎn)因素及企業(yè)的籌資能力，確定本技術(shù)改造項(xiàng)目生產(chǎn)綱領(lǐng)為正常年生產(chǎn)、維保鋁電解用陽(yáng)極鋼爪 40000組（折合 10000噸鋼材）及鋁灰保護(hù)環(huán) 1100000付（折合 4000噸鋁灰）。