電解鋁用陽極鋼爪浸蘸石墨模式的新探索

李國林

(河南神火集團(tuán) 電解鋁廠,河南 永城 476600)

0 前 言

目前,根據(jù)生產(chǎn)工藝需要,國內(nèi)大型電解鋁企業(yè)大都設(shè)有陽極組裝車間.即便不單設(shè)車間,也有陽極組裝班組.陽極組裝工藝雖不復(fù)雜,但對(duì)整個(gè)電解鋁的生產(chǎn)而言,在指標(biāo)優(yōu)化和節(jié)能降耗等方面有著重要的作用.因此,需要工藝技術(shù)人員不斷地探索研究,以便更好地服務(wù)于電解生產(chǎn).本文通過對(duì)陽極鋼爪浸蘸石墨的傳統(tǒng)工藝存在的問題和缺陷進(jìn)行了詳細(xì)分析,重點(diǎn)圍繞消除缺陷,優(yōu)化生產(chǎn)工藝展開了多方面的探索和實(shí)踐,提出并研發(fā)了一種新模式,在生產(chǎn)過程中得以實(shí)踐應(yīng)用,最終基本實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化,大大優(yōu)化了生產(chǎn)工藝技術(shù)[1].

1 傳統(tǒng)模式

在傳統(tǒng)工藝過程中,鋼爪浸蘸用石墨漿,普遍采用人工攪拌或者壓縮空氣吹拂攪拌的方法,具體為首先制作一只鐵制廣口容器，如圖1所示.圖1中，1為陽極鋼爪;2為攪拌棒;3為箱體; 4為石墨漿.將石磨粉倒入該容器內(nèi),加入適量的水,然后采用鋼管或木棒攪拌,或者通入壓縮空氣吹拂攪拌.兩者工序簡單,便于操作,但存在以下問題:(1) 采用木棒攪拌或通入壓縮空氣吹拂攪拌,不能實(shí)現(xiàn)石墨漿在整個(gè)容器內(nèi)連續(xù)均勻攪拌,造成石墨漿的成分不均勻,形成分層沉淀;(2) 蘸石墨漿時(shí),由于鋼爪較重,容易造成石墨粉成塊粘在鋼爪底部,四周外壁涂刷不上石墨粉,既浪費(fèi)人力,又使石墨粉涂刷不飽滿、不均勻;(3) 人工連續(xù)攪拌10～15次后,石墨漿的濃度和黏合度大大降低,無法滿足工藝需要,石墨粉還沒有完全利用就必須倒掉,造成一定的浪費(fèi);(4) 需要安排專人攪拌,尤其是產(chǎn)能較大的企業(yè),必須增添人員配置,造成人力和工資成本增加;(5) 影響澆注質(zhì)量.由于石墨粉不均勻,造成鋼爪粘連環(huán)鐵,鋼爪與磷鐵環(huán)壓脫不掉,影響陽極導(dǎo)桿正常周轉(zhuǎn)使用,甚至造成大量鋼爪報(bào)廢,增加生產(chǎn)成本,甚至發(fā)生損壞殘極壓脫設(shè)備的事故.

圖1 傳統(tǒng)攪拌裝置示意圖

2 新模式

2.1 運(yùn)行原理

針對(duì)上述傳統(tǒng)工藝存在的問題,經(jīng)過生產(chǎn)實(shí)踐的大膽摸索,研發(fā)出一種實(shí)用型自動(dòng)攪拌裝置.該裝置由電力拖動(dòng),采用螺旋推動(dòng)攪拌原理,使石墨粉與溶劑在一固定容器內(nèi)往復(fù)循環(huán)流動(dòng),并伴有渦流,實(shí)現(xiàn)充分?jǐn)嚢?達(dá)到成分均勻的目的.同時(shí)通過一些技術(shù)措施來限制石墨浸蘸的高度,保證浸蘸石墨的質(zhì)量,從而提高陽極成品的組裝質(zhì)量,對(duì)降低鐵碳?jí)航岛蜏p少鋼爪粘連磷鐵環(huán)的現(xiàn)象,都有至關(guān)重要的作用.

2.2 結(jié)構(gòu)

圖2為實(shí)用型自動(dòng)攪拌裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖.圖2中,1為對(duì)流口,石墨漿循環(huán)流動(dòng)的通口,可以考慮增加阻力,當(dāng)減速機(jī)速比較小時(shí),還可形成增加攪拌效果的渦流;2為螺旋推動(dòng)和垂直切割螺桿(攪拌葉輪),是整個(gè)裝置的核心結(jié)構(gòu),主要完成石墨漿液體的攪拌和循環(huán)流動(dòng);3和6分別為攪拌箱體和蘸石墨箱體.攪拌箱體是用于石墨攪拌的密閉容器,防止飛濺和揮發(fā).蘸石墨箱體是完成蘸石墨的場所,根據(jù)陽極鋼爪數(shù)量,確定具體容積大小.根據(jù)鋼爪的形狀,箱體采用厚度為6 mm的普通Q235鋼板制作成相應(yīng)尺寸,在攪拌箱體內(nèi)安裝螺旋推動(dòng)裝置,箱體外側(cè)安裝小型電機(jī)和減速機(jī),通過減速機(jī)給螺桿一定的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力,石墨與溶劑混合液體在箱體內(nèi)通過三級(jí)螺旋推進(jìn)和二級(jí)垂直切割,得到充分?jǐn)嚢?兩個(gè)對(duì)流口又形成回路,石墨漿在攪拌箱和蘸石墨箱兩箱體內(nèi)連續(xù)循環(huán)流動(dòng),從而保證石墨漿成用的頻繁程度,可考慮增加定時(shí)控制裝置,設(shè)定所需攪拌時(shí)間,實(shí)現(xiàn)間歇自動(dòng)攪拌,從而減少機(jī)械磨損、降低電耗和達(dá)到延長設(shè)備使用壽命的目的.此改動(dòng)較為簡單,只是在電路控制上稍作優(yōu)化,可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況選擇;4為減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu),根據(jù)需要選擇合適的速比,以獲得良好的攪拌效果;5為電動(dòng)機(jī),一般選擇0.5 kW或0.75 kW即可滿足使用需要.

圖2 蘸石墨攪拌裝置示意圖

該裝置用途廣泛,可適用于不同形狀鋼爪浸蘸石墨(3個(gè)爪頭、4個(gè)爪頭以及6個(gè)爪頭);選材普通,所用鋼材、減速機(jī)及電動(dòng)機(jī)等材料均為通用部件.石墨粉能均勻地涂刷到導(dǎo)桿組的鋼爪端部,對(duì)保護(hù)鋼爪不受鐵水侵蝕以及鋼爪與磷鐵的分離起到非常重要的作用.

2.3 效果對(duì)比

新裝置于2012年10月應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐.現(xiàn)將2012年9月和11月的車間生產(chǎn)記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,加權(quán)平均后,數(shù)據(jù)結(jié)果見表1.對(duì)表1中數(shù)

據(jù)進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)采用該裝置后,帶來了可觀的效益,增收創(chuàng)效明顯.

表1 兩種模式效果對(duì)比Tab.1 Comparison of the two methods

2.4 優(yōu)點(diǎn)

新裝置通過一段時(shí)間的實(shí)踐驗(yàn)證,認(rèn)為具備以下優(yōu)點(diǎn):(1) 設(shè)備制作簡單,制作費(fèi)用低,運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低;(2) 石墨漿液(石墨粉)能均勻涂刷到每一個(gè)鋼爪;(3) 每月減少因石墨不均勻造成磷鐵環(huán)砸掉而報(bào)廢鋼爪30多個(gè).每個(gè)鋼爪及焊接費(fèi)用按1 300元計(jì)算,每月可節(jié)約4萬余元;(4) 石墨漿可以長期連續(xù)使用,溶劑揮發(fā)少,降低了石墨粉的消耗,每月可節(jié)約石墨粉350 kg、節(jié)約資金2 000余元;(5) 鋼爪浸蘸高度準(zhǔn)確、減少浪費(fèi),降低消耗;(6) 鐵碳?jí)航迪陆得黠@,平均下降5 mV;(7) 減少了人員配置,降低人工費(fèi)用,減少了工人勞動(dòng)量,體現(xiàn)了企業(yè)以人為本的宗旨.

3 結(jié) 論

本實(shí)用型裝置為電解鋁工藝生產(chǎn)過程中鋼爪浸蘸石墨之用.通過實(shí)踐應(yīng)用證明,是陽極鋼爪蘸石墨工藝的一次歷史革新,使傳統(tǒng)落后工藝升級(jí)為自動(dòng)化、科技化工藝,有效解決了制約生產(chǎn)的一系列問題,具備較多的優(yōu)點(diǎn),有較大的推廣價(jià)值.

參考文獻(xiàn):

[1] 李清. 大型預(yù)焙槽煉鋁生產(chǎn)工藝與操作實(shí)踐[M].長沙:中南大學(xué)出版社,2005.