500 kA大型預(yù)焙槽高等級(jí)低鐵優(yōu)質(zhì)原鋁生產(chǎn)實(shí)踐

穆旭平,朱建軍

(山西中鋁華潤有限公司,山西 興縣 033600)

電解鋁生產(chǎn)用氧化鋁為原料,冰晶石為主要熔劑,通入直流電進(jìn)行電解,形成冰晶石-氧化鋁熔鹽電解法。直流電通入電解槽,在陰極和陽極上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng),得到電解產(chǎn)物,陰極上是液體原鋁,鋁液用真空抬包抽出后,經(jīng)過凈化和過濾,澆鑄成多種商品鋁錠,或直接送至下游鑄造廠作為原料。作為原料的液態(tài)原鋁中含有20多種金屬雜質(zhì),雜質(zhì)含量是影響原鋁品質(zhì)的主要因素,其中最主要的雜質(zhì)是鐵和硅。在多年的生產(chǎn)實(shí)踐中,由于電解工藝本身的特點(diǎn),影響電解原鋁液質(zhì)量的最主要的雜質(zhì)是鐵,而波動(dòng)最大的雜質(zhì)也是鐵,鐵含量升高直接會(huì)造成原鋁液品位的降低,會(huì)影響后續(xù)鑄造配鋁工作,造成產(chǎn)品等級(jí)下降,進(jìn)而影響到產(chǎn)品銷售收益,公司自投產(chǎn)以來,堅(jiān)持走高質(zhì)量發(fā)展道路,將實(shí)現(xiàn)鋁錠Al99.85率100%作為追求的目標(biāo),所以,降低鋁液鐵含量是實(shí)現(xiàn)高等級(jí)低鐵優(yōu)質(zhì)鋁錠質(zhì)量的必然選擇。

1 電解鋁液雜質(zhì)分析

1.1 鋁液鐵含量

公司自投產(chǎn)以來,原鋁液鐵含量一直維持在0.07左右,見表1,為了提高鋁錠質(zhì)量,如何降低原鋁液鐵含量成為技術(shù)人員攻關(guān)的目標(biāo)。

表1 實(shí)施前原鋁液鐵含量 %

1.2 影響原鋁鐵含量的主要因素

為了提高原鋁質(zhì)量,以便采取相應(yīng)的措施,首先對(duì)原鋁液中鐵的來源進(jìn)行了分析,見表2。通過分析,原鋁液鐵含量的主要來源為以下幾個(gè)方面:

表2 原鋁液中鐵元素來源平衡分析

(1)原料方面:從氧化鋁、氟化鋁、炭陽極、覆蓋料中帶入;

(2)操作方面:操作用鐵工具在高溫下熔化進(jìn)入鋁液;操作不當(dāng),陽極化鋼爪;組裝澆鑄質(zhì)量差,磷鐵帶入;

(3)電解槽內(nèi)襯方面:由于槽內(nèi)襯破損,致使槽殼鋼板和陰極鋼棒中的鐵被液態(tài)原鋁部分溶解。

通過對(duì)鐵、硅含量的來源研究分析,電解系列為剛啟動(dòng)的電解槽,側(cè)部溫度為300℃左右,陰極鋼棒溫度為160℃左右,原鋁硅含量穩(wěn)定維持在0.02%左右,確定槽內(nèi)襯完整未破損,電解槽破損不是鐵含量升高的原因;鋼爪化爪占比較少,只影響個(gè)別槽原鋁質(zhì)量,不會(huì)造成工區(qū)及系列鐵含量升高,可以排除化爪影響鐵含量。

綜合以上分析,為了解決原鋁鐵含量高的問題,我們從原材品質(zhì)、電解生產(chǎn)工藝及操作、組裝澆鑄、覆蓋料除鐵等方面采取措施,以實(shí)現(xiàn)降低鋁液中鐵含量的目的。

2 原材料品質(zhì)管控

在執(zhí)行企業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上,制定原輔材料質(zhì)量驗(yàn)收制度,對(duì)氧化鋁、氟化鋁、陽極等主要原料執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)控制,建立質(zhì)量追溯機(jī)制,從源頭杜絕不合格原輔材料進(jìn)入流程,對(duì)于讓步接收的原料,采取物料少量混兌或單槽集中使用原則。

2.1 原材料標(biāo)準(zhǔn)管控

參考電解鋁項(xiàng)目的初步設(shè)計(jì),依照國家及有色行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際需要制訂企業(yè)內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn);采購部門按照企業(yè)內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn),在采購合同中將質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)涵蓋進(jìn)合同條款中,進(jìn)行質(zhì)量約束,同時(shí)明確質(zhì)量違約責(zé)任及賠償;進(jìn)廠原材料必須在合格供方名錄中采購。

2.2 原材料驗(yàn)收管控

制定大宗原材料質(zhì)量驗(yàn)收管理辦法,明確各驗(yàn)收環(huán)節(jié)責(zé)任單位,建立管控流程;質(zhì)量部門做好取樣、化驗(yàn)分析,并及時(shí)發(fā)布化驗(yàn)結(jié)果;采購部門依據(jù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及化驗(yàn)分析情況,做好不合格品的處置;生產(chǎn)部門做好跟蹤使用及效果評(píng)價(jià)。

2.3 原材料不合格管控

原材料入廠后,由于化驗(yàn)分析的滯后性,在外觀質(zhì)量合格的情況下,取樣完成后,卸車入庫進(jìn)入待檢區(qū),化驗(yàn)結(jié)果公布后,根據(jù)化驗(yàn)分析指標(biāo),合格原材料進(jìn)入生產(chǎn)流程使用;不合格原材料根據(jù)指標(biāo)情況,一是直接退貨處理,二是按照原材料讓步處置管理辦法,進(jìn)行讓步處理;讓步處理的原材料進(jìn)入不合格區(qū),根據(jù)生產(chǎn)需要合理安排使用。

例13標(biāo)題中的Ties That Bind（收緊繩索）比喻通過政策工具來發(fā)展有益于競(jìng)爭(zhēng)的專利聯(lián)營；此外，Pool（水池、聯(lián)營）具有雙關(guān)，在譯文中譯為聯(lián)營。例14也是運(yùn)用比喻來表明KSR案所確立的專利法上“顯而易見性”（我國專利法稱“創(chuàng)造性”）標(biāo)準(zhǔn)的荒謬性，但如果直譯該修辭，則漢譯后的標(biāo)題過長且與譯文的正式文體不太協(xié)調(diào)。譯文根據(jù)論文的觀點(diǎn)，將設(shè)問句改譯為陳述句，觀點(diǎn)明確、語言莊重。

2.4 預(yù)焙陽極升級(jí)管控

針對(duì)陽極廠家多、指標(biāo)差異的現(xiàn)狀,陽極入庫后,組裝工序進(jìn)行分廠家堆放,后期按照不同廠家,不同鐵含量陽極分批進(jìn)入生產(chǎn),并在每組陽極上標(biāo)明生產(chǎn)日期,陽極鐵含量;運(yùn)輸工序按照電解使用計(jì)劃,將不同廠家的陽極轉(zhuǎn)運(yùn)到電解固定使用工區(qū);電解工序?qū)D(zhuǎn)運(yùn)陽極進(jìn)行驗(yàn)收、記錄,重點(diǎn)記錄陽極鐵含量及上槽極號(hào),便于后續(xù)陽極質(zhì)量的追溯;通過各環(huán)節(jié)措施的把控,從源頭控制了陽極鐵含量影響電解原鋁質(zhì)量。

3 電解生產(chǎn)工藝及操作管控

制定了《500 kA電解槽生產(chǎn)工藝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》,此標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了電解槽生命周期全過程的工藝標(biāo)準(zhǔn),匹配合理的工藝技術(shù)條件;全面推行正常生產(chǎn)工藝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化管理,實(shí)現(xiàn)電解槽工藝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化,解決電解槽工藝差異性問題,保障長周期的生產(chǎn)穩(wěn)定。制定電解生產(chǎn)主要工序操作指導(dǎo)書,制做電解換極、出鋁、撈炭渣等主要工序視頻;覆蓋全員培訓(xùn),提升技術(shù)水平,各層級(jí)嚴(yán)格執(zhí)行工序操作標(biāo)準(zhǔn),精細(xì)化作業(yè),杜絕生產(chǎn)異常。

3.1 電解生產(chǎn)工藝

電解工藝技術(shù)條件管理是電解生產(chǎn)的核心部分,直接影響到電解生產(chǎn)的平穩(wěn),因此,在電解工藝技術(shù)條件上,建立“穩(wěn)定”壓倒一切的管理思路,嚴(yán)格按照工藝標(biāo)準(zhǔn)控制,要求鋁水平21～23 cm,電解質(zhì)水平18～20 cm,分子比2.45～2.55;技術(shù)條件合格率保持在95%以上,技術(shù)條件的穩(wěn)定保持,為建立規(guī)整的爐膛奠定基礎(chǔ),穩(wěn)定的槽況和規(guī)整的爐膛為原鋁質(zhì)量的保持創(chuàng)造條件。

3.2 電解生產(chǎn)操作

電解生產(chǎn)操作主要有換陽極、出鋁、撈炭渣等,操作中主要防止鐵、硅雜質(zhì)進(jìn)入電解槽,通過標(biāo)準(zhǔn)操作抓關(guān)鍵工序、動(dòng)作,解決雜質(zhì)入槽問題。

3.2.1 換陽極作業(yè)

使用天車抓斗,打撈干凈電解槽內(nèi)的結(jié)殼塊;換極時(shí)必須進(jìn)行澆對(duì)極防氧化;新極定位使用天車自動(dòng)定位,高度比殘極高1.5 cm。

3.2.2 出鋁作業(yè)

3.2.3 撈炭渣作業(yè)

精細(xì)操作,使用完好的工具;及時(shí)冷卻或更換工具,避免熔化鐵器。

4 組裝澆鑄質(zhì)量管控

制定了組裝澆鑄質(zhì)量操作及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn),開展提高澆鑄質(zhì)量勞動(dòng)競(jìng)賽,實(shí)行崗位人員掛鉤考核,從組裝源頭杜絕磷鐵直接入槽或間接循環(huán)進(jìn)入系統(tǒng)運(yùn)行。

嚴(yán)格執(zhí)行磷生鐵配方,根據(jù)爐前分析,及時(shí)調(diào)整成分,確保鐵水的流動(dòng)性,為澆鑄質(zhì)量保障打好基礎(chǔ);建立班組自檢、部門抽檢與電解上槽前檢查的三級(jí)檢查體系,確保澆鑄不合格、表面清理不干凈的陽極不進(jìn)入電解槽。

5 覆蓋料除鐵

電解換極后作為保溫使用的覆蓋料主要來源是殘極上的保溫料,殘極上的保溫料通過破碎系統(tǒng)破碎達(dá)到一定粒度后,重新返回電解流程,直接覆蓋于陽極上,隨著生產(chǎn)的進(jìn)行而消耗,這部分原料因經(jīng)過多次循環(huán)利用粘附較多的陽極鋼爪氧化鐵,其鐵含量較高。在此循環(huán)過程中,大量的雜質(zhì)進(jìn)入流程,通過化驗(yàn)分析,覆蓋料主要的雜質(zhì)成分為鐵,而鐵含量的高低直接影響電解槽的原鋁液質(zhì)量。經(jīng)過鐵平衡分析發(fā)現(xiàn),由原料帶入的鐵貢獻(xiàn)比平均為70.14%(按照當(dāng)期原鋁鐵含量平均值核算),其中覆蓋料鐵含量貢獻(xiàn)率為39.13%,見表2。

5.1 關(guān)鍵控制點(diǎn)增加除鐵器吸附明鐵

電解車間到周期后更換下殘極上的氧化鋁結(jié)殼塊,通過組裝電解質(zhì)清理機(jī)清理后,經(jīng)電解質(zhì)破碎系統(tǒng)破碎至10 mm以下,貯存在電解質(zhì)料倉中,根據(jù)生產(chǎn)需要重新返回電解車間作為陽極覆蓋料使用。

為徹底清除覆蓋料破碎過程中各環(huán)節(jié)帶入的鐵含量,公司從組裝工藝及破碎環(huán)節(jié)做了大量的工作,主要做法是在關(guān)鍵控制點(diǎn)上采取了加裝各類型的除鐵器進(jìn)行除鐵,主要為:匯總皮帶加裝電磁除鐵器、大傾角皮帶加裝皮帶除鐵器、18米皮帶加裝滾筒皮帶除鐵器和強(qiáng)磁棒(如圖1)。

圖1 電解質(zhì)破碎流程圖

5.2 成品倉下料口加裝強(qiáng)磁滾筒除鐵器

原有組裝除鐵器只能吸除明鐵,夾雜在破碎料中的氧化鐵由于現(xiàn)有除鐵器吸除過程中不能跟保溫料充分接觸,導(dǎo)致大量的氧化鐵進(jìn)入料倉中,通過在成品倉下料口加裝滾筒除鐵器,使合格的保溫料與除鐵器充分接觸,實(shí)現(xiàn)了氧化鐵在進(jìn)入料倉時(shí),利用滾筒除鐵器將其完全吸出。

5.3 氧化鐵通過螺旋輸送

傳統(tǒng)做法是將三層除鐵器除后的氧化鐵通過人工清理后,將其送入地面,此環(huán)節(jié)會(huì)造成員工勞動(dòng)強(qiáng)度大,同時(shí)會(huì)造成氧化鐵雜質(zhì)二次進(jìn)入系統(tǒng),通過創(chuàng)新思維,利用螺旋將氧化鐵通過管道輸送方式直接將其送入地面,然后利用鐵箱或布袋將其回收,通過叉車直接送入指定位置,減少了清理環(huán)節(jié)雜質(zhì)再次進(jìn)入流程。

5.4 智能化控制除鐵器

原有除鐵器主要依靠人工操作卸鐵,崗位工的責(zé)任心直接影響除鐵效果,當(dāng)除鐵器的卸鐵間隔大時(shí),破碎料中的鐵就會(huì)因除鐵器過載而無法吸除,從而導(dǎo)致破碎料鐵含量過高;為此,對(duì)除鐵器進(jìn)行自動(dòng)化升級(jí)改造,改造后將原有人員定時(shí)操作出鐵變?yōu)槌F器定時(shí)除鐵,完全實(shí)現(xiàn)智能化,從而杜絕了人為操作造成的除鐵器除鐵效果差、除鐵不干凈等。

5.5 改造鋼爪拋丸機(jī)

原有的鋼爪拋丸機(jī)處理一組鋼爪的運(yùn)行速度為240秒,小時(shí)處理能力為15組,運(yùn)行速度慢,不能滿足當(dāng)班生產(chǎn)量,超過三分之二未處理的鋼爪直接進(jìn)入流程使用。造成電解在使用過程中,大量的氧化皮進(jìn)入電解槽中,嚴(yán)重影響電解原鋁質(zhì)量。通過將鋼爪拋丸機(jī)進(jìn)行改造,鋼爪拋丸清理機(jī)的推車機(jī)由原來的氣缸推動(dòng)、拉出改為氣缸抱緊、減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)退出,可實(shí)現(xiàn)48組/小時(shí)以上。實(shí)現(xiàn)了進(jìn)入生產(chǎn)流程的每組鋼爪都進(jìn)行鋼爪氧化皮的清理,減少了氧化鐵進(jìn)入破碎流程。

圖2 鋼爪拋丸機(jī)除鐵效果

5.6 精細(xì)管理

為了保障除鐵器的運(yùn)行效果,確保安裝的除鐵器達(dá)到除鐵目標(biāo),從精細(xì)化管理入手,以保證除鐵器的除鐵效率。

一是電解每班清檢明鐵,將鐵器具等雜物揀選出來并定期回收;二是現(xiàn)場(chǎng)調(diào)度每班監(jiān)督負(fù)責(zé)除鐵設(shè)備的運(yùn)行,確保正常運(yùn)行,保證除鐵效果;三是對(duì)于組裝除鐵器除出的鐵渣,要求組裝每班清理干凈,建立鐵渣量跟蹤臺(tái)賬。

6 實(shí)施效果

通過以上措施的實(shí)施,原材料鐵含量得到有效控制并穩(wěn)定保持,覆蓋料鐵含量平均值從實(shí)施前的0.45%降低到0.21%以下。電解原鋁液鐵含量從0.069%降到0.051%。極大地提升了原鋁質(zhì)量品位;每噸低鐵鋁比普鋁多銷售30元,2020年實(shí)現(xiàn)低鐵創(chuàng)效485萬元。

表3 實(shí)施前后覆蓋料鐵含量

表4 實(shí)施前后原鋁液鐵含量

7 結(jié) 語

影響原鋁液鐵含量的因素較多,通過鋁液鐵平衡的分析,查找確定了影響原鋁液鐵含量的主要因素;重點(diǎn)分析了原鋁液鐵元素的來源,找出了控制原鋁液鐵含量的重點(diǎn),對(duì)原材料品質(zhì)、電解生產(chǎn)工藝及操作、組裝澆鑄質(zhì)量等進(jìn)行管控,覆蓋料除鐵,使原材料鐵含量穩(wěn)定控制,過程操作程序化、標(biāo)準(zhǔn)化,陽極覆蓋料鐵含量從0.45%降低到0.21%,原鋁液鐵含量從0.069%降低到0.051%,達(dá)到了降低原鋁液鐵含量, 實(shí)現(xiàn)高等級(jí)低鐵優(yōu)質(zhì)鋁錠質(zhì)量的目標(biāo)。