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（山西关铝股份有限公司 山西 运城 044001）
$ c- d3 h t# H1 X\" g9 摘 要：本文阐述了国内电解铝企业阳极组装在工艺方面存在的问题，并且分析了产生问题的原因和对企业带来的不利影响，最后提出了解决问题的思路和方法。
关键词：阳极组装 炭块 铁碳压降 铁环裂缝 碗孔参数 磷生铁成分 电耗
概述：近年来，中国电解铝工业发展十分迅猛，产量已居世界第一，但是我们只能说是电解铝大国，不能说是电解铝强国，因为我们的许多技术指标和发达国家相比还有很大的差距，由于世界性的经济危机导致电解铝全行业出现严重的亏损，电解铝企业之间的竞争就是原料和能耗的竞争，而能耗在设备和槽型一样的条件下，则是管理和技术方面的竞争。因此，如何降低电解铝的单位能耗已经成为国内电解铝行业长期研究的重要课题。这里我们只谈作为铝电解生产中起着“心脏”作用的预焙阳极组，在组装工艺方面存在的问题，以及解决的办法，和对节能降耗所起的重要作用。
一． 阳极铁碳压降较高
铁碳压降是阳极组装质量好坏的重要指标之一，设计的压降值为80毫伏一下，而国内的多数厂家都在120毫伏以上，有的甚至高达200毫伏左右，影响铁碳压降的主要因素有：
（1） 磷生铁成分不达标
国内磷生铁成分五大元素的行业标准是：
6 ]$ F; f9 @- L8 Z5 H1 A' S! u\" T+ m6 L* J3 l( ~% f7 Y( x* A% l3 b$ n2 b) x6 P) v _6 F 碳：3.0—3.5% 硅：2.0—2.5% 锰：0.6—0.9% 磷：0.8—1.2% 硫：≤0.2
但是国内的多数企业的磷生铁成分都没有达标，普遍存在的问题是，碳、锰元素含量偏低，硫、硅、磷元素含量偏高，这种磷生铁本身的导电性就差，流动性不好，铁环热裂现象较为严重，浇铸好的铁环收缩性大，表面不饱满光滑平整，内部充型能力差，气孔缺陷较多，铁环和炭块碗孔不能充分接触，最严重的是铁环会出现1—3道裂纹现象，这样的阳极上槽后铁环受热膨胀时，铁环先将裂缝合拢后才胀紧碗孔壁，会造成铁环对碗孔壁胀力的减小，使铁碳压降增加，有的甚至钢爪松动造成阳极脱落事故。
造成磷生铁成分不达标的主要原因有：
a 由于阳极组装是辅助工序，企业管理部门不十分重视，阳极出现问题以后，总是从炭块质量查问题，而忽视了组装环节。
2 C4 z, n3 _- T6 {2 e7 G9 j& V0 0 O+ {# }5 G* D4 `% ~; 9 C) J3 ub 由于磷生铁要循环使用，导致在熔化过程中碳、硅、锰元素的不断烧损，磷、硫两种元素
含量的不断富集，从而造成成分的严重偏差，而现在国内普遍使用现成的磷生铁，忽视了各种元素含量的调整，形成了整个循环过程磷生铁成分混乱无序，严重影响了阳极的浇铸质量，造成铁碳压降居高不下。
c 磷生铁成分的化验跟不上，这主要是企业领导重视不够造成的，有的厂家几乎不化验或者一天化验一个样品，根本不能看出磷生铁成分存在的问题。
解决的办法：其实磷生铁的五大元素含量是在国标Z22生铁基础之上配制而成的，碳、硅、锰、硫含量基本相同，唯一不同的是磷含量稍高，故称之为磷生铁。所以配制磷生铁的方法很简单，在Z22生铁内添加适量的磷铁即可。在以后的磷生铁循环使用过程中，根据各元素的烧损情况添加相应的辅料，就可保证磷生铁成分的是持续稳定。
, {9 i- i+ I, D- \\2 L0 d6 G$ I6 [6 {* ~0 C. s& D+ N4 H/ A0 n! X; F9 J/ ~- X& V二 阳极炭块碗孔参数设计不合理
9 R6 v\" e3 n$ D g目前国内许多厂家的炭块碗孔直径参数设计的过小，大部分碗孔和钢爪的直径相差为15mm。由于钢爪在使用过程中发生弯曲变形，所以在组装时，很难将钢爪放置在碗孔的正中心，尤其是现在普遍使用的双阳极，钢爪有6个或者8个爪头，在钢爪变形的情况下，很难保证每一个钢爪头都放置在碗孔的正中心，这样就造成有若干个爪头直接和碗孔壁接触，浇铸时铁水就无法流进去，形成浇铸缺陷，会造成钢爪的导电性不均匀，电流分布不平衡，会形成粘爪和化爪现象，甚至导致阳极消耗不均匀，影响电解槽的稳定工作。
& f8 J5 w0 ~5 s造成碗孔直径过小的原因：
. d7 X# Q7 X0 Y Y$ ?1 T5 O! U, z' Pa 设计时没有考虑到钢爪的变形问题。
p$ w! L# \\) 5 T+ ]4 d1 Ab 炭块使用单位担心碗孔变大会增加磷生铁的用量。
: ^. n p$ h\" |7 o3 z\" U4 L7 j; ^1 W+ I* k) D解决的办法：
炭块成型时将碗孔直径加大即可。根据目前的情况建议炭块碗孔和钢爪的直径差在40—50mm较为合适。碗孔变大虽然增加了磷生铁的用量，但增加了铁碳接触面积，对降低铁碳压降很有帮助，经计算可降低压降5—10毫伏，同时减轻了炭块的重量，降低了阳极的毛耗，还适应钢爪的变形，减少了钢爪的维修费用，而且加大了浇铸铁水时的排气量，减少了铁环的气孔缺陷，还有利于工人的操作，杜绝了浇铸时铁水冲爪的现象。
: z* N5 O' M) r% W8 i: H+ j6 w\" N: o7 s6 R, g7 Y7 h$ y' [( c; i三 钢爪涂石墨工艺不合理
( x' ^& [- j/ R* y8 k% d. v$ F l' l\" B! Y$ |我们知道，为了防止铁水在浇铸时冲钢爪和铁环粘住钢爪
' C# d1 t( U6 H6 x# _9 n/ h行业内在组装阳极时一般要在钢爪头涂上石墨粉，具体工艺是把石墨粉放入煤油或者柴油中调成糊状，再用刷子刷在钢爪头上，或者直接将钢爪头在石墨糊里沾一下。这种工艺存在以下问题：
a 如果不经常搅拌，石墨就会沉淀，造成钢爪头涂石墨不均匀。影响涂石墨质量。
0 E\" u# h4 I; v6 _/ x7 G* x& N) t8 y7 ?: {- y9 L! kb 钢爪头涂石墨以后，如果煤油或者柴油没有晾干，在浇铸铁水时就会燃烧，燃烧时产生的气体使铁水翻腾，浇铸就会十分困难，影响了浇铸速度，并且铁环成型质量极差，气孔严重。同时燃烧时产生大量的火苗和黑烟，对生产环境污染很严重。为了克服这样的问题，有的厂家采用了钢爪头烘干工艺，用天然气或者电加热烘干，不但浪费能源，耽误了时间，而且效果不是很好，尤其是采用悬链自动组装系统更为严重。所以有的厂家干脆省略了钢爪头涂石墨工艺或者干涂石墨。违反了设计的工艺流程。造成冲爪和粘爪严重，增加了钢爪的维修成本。
解决的办法：
采用先对钢爪头喷雾化煤油或柴油，然后再涂干石墨即可解决上述问题。具体工艺如下：用喷枪在钢爪头上均匀地喷一层煤油或者柴油，然后将钢爪头在干石墨斗里沾一下，就会在钢爪头上薄薄地均匀地粘上一层石墨，由于煤油或者柴油用量极少，所以浇铸铁水时不会燃烧，就不会出现上述的问题，而且还节约了大量的煤油或者柴油，比一般的涂石墨工艺可节约煤油或者柴油90%以上，减少了烘干的过程，提高了工作效率，此方法对于悬链自动组装系统尤为适合。
四 钢爪头没有经过抛光处理
目前国内多数厂家的阳极钢爪都没有经过抛光处理，将铁环压脱下来就直接使用了，因为有一层氧化皮，显然会造成压降增加。
钢爪头没有抛光处理的原因： 没有合适的设备。目前多数厂家都是人工用角磨机对钢爪头进行打磨，有悬链自动组装系统的有喷丸处理钢爪抛光设备，但由于设备操作比较复杂，维护费用很大，效率不高等原因，钢爪头抛光工序基本上没有执行。
解决的方法：
我们研制出专用的钢爪头抛光机，结构简单，效率高，每2分钟即可处理一组钢爪，维护费用低，安装方便，不需要除尘系统和水，气的支持，适合各种型号的钢爪，有人工操作和悬链自动系统操作两种型号。 综上所述，目前国内铝电解阳极组装普遍存在的四个问题，希望能引起各位领导和技术人员的重视，在管理和工艺方面能有所改进，那么阳极组装的质量就会有质的飞跃，阳极铁碳压降可降到80毫伏左右，年产10万吨电解铝的企业可节约电费500万元，就会在节能降耗和减轻工人劳动轻度方面作出巨大的成绩。
在石墨箱子底部安置空压机的压缩风管，用风吹着使石墨始终处于搅拌状态。或者采取单根沾，防止多根沾的不均匀。
增加新生铁的用量，促进磷生铁液的析出石墨化、提高含C量同样析出石墨状，改善接触状态。钢爪不粘铁的、且容易脱落的阳极钢爪表面都是表面发黑色状，应该是石墨状态。
1、烟气大2、腐蚀炉衬3、杂质多，渣多，职工劳动强度大
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1.磷生铁使用简介：
即磷生铁在阳极组装工序中的功能是：将新的阳极碳块和导杆组连接在一起,连接部位是导杆组的钢爪与碳块的碗间隙之间，盛装在台包中的熔融状态的磷生铁水，借助于浇注机将其注入到钢爪与碳碗间隙之间冷却后使导杆组与碳块结合为一体，运入电解工序使用。
磷生铁
2.磷生铁功能
磷生铁在阳极组装工艺中，该浇注工序是组装的最关键的一道工序，直接关系到阳极组装质量优劣，进而影响着电解槽电流效率变化及铁碳压降全系列稳定等关键指标，因此磷生铁的组成及配方，使用方法是保证阳极组装质量最为关键技术环节之一。
3.磷生铁技术特点：
（1）对钢爪材质和碳素质均有良好的粘结强度，保证在电解过程中避免阳极的脱落。（2）具有良好的导电性能，保证电流在各爪之间的均匀分布。（3）用后的阳极组装在磷铁环压脱工序中，要求磷铁环要有一定脆性，以利于磷铁环压脱。（4）磷生铁浇注前后的热膨胀系数和冷态收缩系数小，避免磷生铁与钢爪和碳碗之间形成间隙。
5.磷生铁各化学元素的特点、作用及影响
（1）碳和硅元素是强烈的石墨化元素，含碳越高，析出的石墨越高，而硅又是强烈促进石墨化的元素，并且与铁原子结合力极强，碳以石墨形式存在，碳与硅含量的调整可以使金属铸件内部金属组织改变，阳极组装浇注要求浇注的磷生铁环的强度，硬度适中为佳。
（2）磷元素在磷生铁中顾名思义是阳极组装浇注中的关键元素，由于阳极组装浇注采用间断性方式，要求铁水的流动性较好，磷元素存在可以降低铁水的粘度，磷与铁二元素相结合所形成的晶体熔点温度为1050摄氏度，可知明显提高铁水的流动性硬度大，脆性强，易碎等。磷含量过大可导致磷生铁环的冷脆性增大，使浇注后的铁环产生裂纹，严重者导致脱落等状况。因此，既要保证磷元素足够的含量，使铁水有良好的流动性，又要使磷生铁环产生断纹，磷生铁中磷的适宜含量应控制在0.6-1.5%之间。
（3）硫元素：硫是公认的有害性元素，也是在金属物质中存在的元素，由于硫在熔融铁水中无限溶解，而在固体铁中溶解度很小，因此，当含硫的铁水冷凝时要生成硫化铁，这种低熔点的晶体即铁锈，在这种晶粒间聚集使铸铁物产生裂纹断裂，同时硫的存在还阻碍了石墨化过程，能增大铁环的收缩性。
（4）锰元素：在磷生铁中使溶解在铁水中的硫元素生成硫化锰MnS，硫化锰MnS的溶解度比硫化铁FeS在铁水中溶解度小，这样保证了向不熔物质（渣）硫向转移，由热力学分析可知，锰Mn与硫S化学亲和力远远大于铁Fe与硫S的化学亲和力（例如，人们都知道生铁表面的铁锈比锰铁表面的铁锈表现极为明显，但并不一定生铁里面的硫含量高于铁里面硫的含量）正如铁水在锰Mn与硫S将产生化学反应Mn+S—MnS可知浮于渣中的硫化锰MnS，通过捞渣即可消除，同时锰元素在磷生铁化学成分范围内可以形成稳定的西化珠光体能使磷生铁环的强度、硬度适中。 （5）磷生铁与磷生铁环在使用过程中各元素的变化
磷生铁与磷生铁环各元素在1300°C的高温下各元素烧损量不同，碳和硅元素烧损量一般在0.4—0.7%，磷和锰元素一般在0.1—0.3%，硫元素的变化不定，如果控制除硫办法，就能把硫元素控制在范围内，否则起相反作用，硫上升标准超限，就会造成不良因素。 6、使用磷生铁的好处
郑州汇金炉料有限公司2001年按照铝镁设计院给各电解铝厂的磷生铁标准以及大部分电解铝厂技术人员的提示与要求自主研试开发磷生铁，同时也通过大部分电解铝厂的使用证明具有良好的导电性、铁水的流动性，铁环的易拖性，对生产的安全、稳定、节能降耗、车间环保卫生起到较好的帮助作用，同时也避免了在天长日久的人工配料过程中的计量错误。 7、如何循环使用磷生铁环
磷生铁使用过程中循环周期后的磷生铁环，前三周期的磷生铁环在使用过程中可直接投入使用，不增添任何物质元素；循环三遍后的磷生铁环，根据每炉化学分析各元素的含量后再进行调整，使各元素保持在规定的指标范围内；若干次后的使用也能使磷生铁环保持正常状态，在每次高温熔化过程中，各元素都有新的变化，同时可根据各元素变化的多少来调控新磷生铁和磷生铁环的投炉循环使用比例，可根据磷生铁环各元素的含量来配比与投放新磷生铁的比例。比如：2：8、3：7、4：6、5：5或8：2、7：3、6：4……这样既能保证铁水有较好的流动性又能保证磷生铁各元素有较理想的指标，还能对企业起到节能降耗的作用。
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