淺談設(shè)備裝備技術(shù)對(duì)電解鋁質(zhì)量的影響

黃彩江　朱躍強(qiáng)

摘要:鋁是僅次于鋼鐵的第二大金屬,廣泛應(yīng)用于包裝、建筑、交通運(yùn)輸、電力、航空、艦船等領(lǐng)域,在國民經(jīng)濟(jì)與國防建設(shè)中具有極其重要的戰(zhàn)略地位。然而,我國鋁工業(yè)生產(chǎn)中存在很多問題,使得電解鋁的質(zhì)量很難得到保證。筆者就加強(qiáng)設(shè)備裝備技術(shù),提高電解鋁質(zhì)量提出了自己的看法。

關(guān)鍵詞:電解鋁;質(zhì)量管理;鋁工業(yè)

1 我國電解鋁工業(yè)質(zhì)量管理存在的問題

通過對(duì)中國電解鋁工業(yè)質(zhì)量管理現(xiàn)狀的分析,主要存在以下的問題:

1.1 行業(yè)集中程度較差

我國的電解鋁行業(yè)具有生產(chǎn)企業(yè)眾多、生產(chǎn)規(guī)模小、行業(yè)集中度低的特點(diǎn)。由于“九五”期間鋁市場(chǎng)需求持續(xù)增長、電力工業(yè)進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整,國內(nèi)部分地區(qū)出現(xiàn)了建設(shè)小電解鋁廠的熱潮。到2004年底,我國電解鋁企業(yè)為119家,平均產(chǎn)能僅為約6萬噸/年。其中,目前年產(chǎn)量超過10萬噸的只有23家。而世界其它國家或地區(qū)僅有電解鋁企業(yè)120家左右,平均產(chǎn)能達(dá)184萬噸,其中不乏規(guī)模接近50萬噸的超大型企業(yè)。

1.2 技術(shù)裝備水平比較落后

我國鋁行業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)兩極化:一方面,近年來大型鋁生產(chǎn)企業(yè)通過技術(shù)改造,先進(jìn)的技術(shù)裝備得到了較為廣泛的應(yīng)用,生產(chǎn)技術(shù)裝備水平已經(jīng)接近國際水平;2003年,我國16OKA以上電解槽的產(chǎn)能超過了539萬噸,達(dá)到全部產(chǎn)能的65%,經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到或接近了國際先進(jìn)水平。另一方面,由于“九五”期間眾多小型電解鋁廠的建成投產(chǎn),在我國的電解鋁產(chǎn)能中,落后的自焙槽電解系列的產(chǎn)能仍占很大比重;在國際上的電解工藝向大型化、自動(dòng)化、規(guī)?；⒐?jié)能環(huán)保方向發(fā)展的同時(shí),我國的電解工藝水平仍有部分產(chǎn)能停留在人工化、污染較重的水平上。

1.3 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不合理

我國電解鋁產(chǎn)量雖然發(fā)展較快,但是高附加值產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)發(fā)展速度緩慢,部分鋁產(chǎn)品仍然依賴進(jìn)口。目前國外電解鋁生產(chǎn)企業(yè)除了生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)重熔鋁錠外,主要生產(chǎn)壓延軋制用鋁板錠、擠壓用圓錠、電線電纜用線桿、鑄造用鋁合金等高附加值產(chǎn)品。而我國電解鋁生產(chǎn)企業(yè)則仍以生產(chǎn)重熔用鋁錠為主,產(chǎn)量占總產(chǎn)量的87%,高精度鋁板帶、A356鑄造用鋁合金等產(chǎn)品仍依靠進(jìn)口,我國鋁工業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)函待調(diào)整。

1.4 資源的適應(yīng)性較差

國內(nèi)氧化鋁產(chǎn)量只能滿足國內(nèi)電解鋁生產(chǎn)需求的一半強(qiáng),其余的由進(jìn)口補(bǔ)充,由于中國對(duì)氧化鋁日益增長的巨大需求,使得國際氧化鋁價(jià)格飛速上漲。又由于我們的企業(yè)絕大多數(shù)缺乏中長期的戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃,沒有或者未保持與海外氧化鋁供應(yīng)商的長期合同關(guān)系,氧化鋁是通過國外現(xiàn)貨市場(chǎng)隨機(jī)采購,價(jià)格相對(duì)較高,供貨不穩(wěn)定。

1.5 生產(chǎn)成本上升

廉價(jià)的人力資源是中國的比較優(yōu)勢(shì),因此在電解鋁單項(xiàng)成本的比較中,人工費(fèi)用中國的電解鋁工業(yè)占優(yōu),可是其余部分如氧化鋁、電力、鋁用陽極的成本卻大大高于西方大企業(yè)。據(jù)統(tǒng)計(jì),2003年中國的原鋁成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于全球五大鋁業(yè)公司之一的加鋁。而現(xiàn)在,我國廉價(jià)人力資源的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)正在逐步喪失。

2 加強(qiáng)設(shè)備裝備技術(shù),提高電解鋁的質(zhì)量

加強(qiáng)設(shè)備裝備技術(shù),是有效提高電解鋁質(zhì)量的途徑之一。我國的大型預(yù)焙槽技術(shù)已經(jīng)走上成熟,從物理場(chǎng)的模擬技術(shù)、氧化鋁超濃相輸送技術(shù)、煙氣干法凈化技術(shù)、計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)和控制技術(shù)到配套的大功率供電電源及高性能的多功能天車和碳素技術(shù)等都上了一個(gè)新臺(tái)階,達(dá)到或接近世界先進(jìn)水平。加強(qiáng)設(shè)備裝備技術(shù),是提高電解鋁質(zhì)量的可靠保證。通過引進(jìn)先進(jìn)的設(shè)備裝備或通過企業(yè)內(nèi)部的技術(shù)改造,加強(qiáng)設(shè)備裝備技術(shù),來提高電解鋁的質(zhì)量。下面舉兩個(gè)小例子進(jìn)行說明。

2.1 預(yù)焙鋁電解陽極自焙保護(hù)環(huán)的應(yīng)用

為了充分利用有效高度的陽極,延長陽極使用周期,降低成本;同時(shí)避免電解質(zhì)浸入熔化鋼爪,使原鋁品位下降。開發(fā)應(yīng)用了陽極鋼爪自焙碳素保護(hù)環(huán)。陽極鋼爪保護(hù)環(huán)是由一固定成型用的鋁箔環(huán)和保護(hù)環(huán)原料組成。安裝時(shí),首先將鋁箔在陽極鋼爪上圍成圓柱狀,接頭處鉚接,把鋁箔環(huán)放正,然后將配好的碳素原料加入環(huán)內(nèi),加壓撫平,換極時(shí)正常吊裝到電解槽上,在鋁電解過程中逐漸與陽極塊燒結(jié)為一體,成為滿足工藝要求的碳素保護(hù)環(huán)。預(yù)焙鋁電解陽極自焙保護(hù)環(huán)的應(yīng)用,在延長陽極使用周期,降低成本的條件下,保持了原鋁的品位,避免了電解質(zhì)浸入熔化鋼爪,從而避免了原鋁的鐵含量上升的情況發(fā)生。

2.2 電磁攪拌技術(shù)在鋁合金生產(chǎn)中的應(yīng)用

在鋁混合爐中直接用流態(tài)鋁與合金元素對(duì)摻,生產(chǎn)各類鑄造用鋁合金,因其工序簡便并具有成本優(yōu)勢(shì),故為各電解鋁廠普遍采用。攪拌是合金生產(chǎn)工藝的必要工序,攪拌的目的在于使?fàn)t內(nèi)合金成份和溫度均勻化,它看來似乎是一種簡單的操作,但是在工藝過程中是很重要的工序,因?yàn)樗苯雨P(guān)系到合金成份是否能獲得精確的控制,進(jìn)而影響合金產(chǎn)品的質(zhì)量。在鋁合金生產(chǎn)中應(yīng)用電磁攪拌是國內(nèi)鋁熔鑄行業(yè)的一項(xiàng)新技術(shù),這項(xiàng)技術(shù)利用電磁力采取非接觸形式,對(duì)爐內(nèi)的合金液進(jìn)行充分的攪拌,可加快合金元素的擴(kuò)散速度,使合金液的化學(xué)成份趨于一致。徹底消除了攪拌工具的熔蝕,對(duì)合金液的二次污染,有利于提高爐熱效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

2.2.1 三種攪拌方式的比較

目前,在鋁合金生產(chǎn)中采取的攪拌方式主要有人工攪拌、機(jī)械攪拌和電磁攪拌。在我國大部分廠家采用人工攪拌方式。幾種攪拌方式的特點(diǎn)如下:

人工攪拌。需關(guān)閉熱源,開啟爐門操作,爐熱損失大,勞動(dòng)強(qiáng)度大,需較長時(shí)間才能達(dá)到成份及溫度均勻,且存在攪拌工具熔蝕對(duì)合金液的污染問題,合金成份較難控制,質(zhì)量不穩(wěn)定。但操作簡單,無攪拌制約條件,各項(xiàng)費(fèi)用較低。

機(jī)械攪拌。攪拌效果同人工攪拌類似,但各項(xiàng)費(fèi)用要高于人工攪拌,只限于人工難以操作的場(chǎng)合使用。

電磁攪拌。采取非接觸方式攪拌,不需關(guān)閉熱源和開啟爐門,爐熱損失小,不存在攪拌工具、熔蝕對(duì)合金液的雜質(zhì)污染問題,攪拌效果好,攪拌效果優(yōu)于人工和機(jī)械攪拌。但投資大,需對(duì)鋁混合爐進(jìn)行配套改造,攪拌器功率因數(shù)低。其中,電磁攪拌技術(shù)用于鋁合金生產(chǎn),在提高合金產(chǎn)品質(zhì)量,節(jié)省能源降低成本方面成效顯著,適合在電解鋁廠推廣使用,具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

2.2.2 電磁攪拌技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

提高熱效率、降低能耗,應(yīng)用電磁攪拌不用關(guān)閉熱源,開啟爐門,爐熱損失大為減少,使?fàn)t保溫狀況得到顯著改善,提高了爐熱效率,縮短了合金熔煉時(shí)間,降低了能耗,節(jié)約了電能,降低了生產(chǎn)成本。

消除了二次污染,電磁攪拌采用電磁力對(duì)爐內(nèi)合金液進(jìn)行非接觸攪拌,避免了攪拌工具在鋁液內(nèi)熔蝕,對(duì)合金液的鐵污染。在實(shí)際生產(chǎn)中,可降低合金原料的品位,降低產(chǎn)品原料成本。

電磁攪拌對(duì)鋁合金熔體均勻化有一定的作用。電磁攪拌力作用于鋁合金熔體,使鋁合金元素的溶解動(dòng)和加強(qiáng),提高傳熱效果,加速各種物質(zhì)的熔合作用,縮短高熔點(diǎn)合金元素的熔化時(shí)間。

電磁攪拌對(duì)減少鋁合金熔體夾渣有一定的作用。

總之,使用電磁攪拌器對(duì)鋁熔池內(nèi)鋁熔體進(jìn)行非接觸式攪拌,可以減少人的干擾因素,可以使熔體質(zhì)量穩(wěn)定;并且節(jié)約能源,降低生產(chǎn)成本。隨著我國鋁工業(yè)界對(duì)產(chǎn)品內(nèi)部質(zhì)量要求的不斷提高,電磁攪拌技術(shù)將會(huì)得到推廣和應(yīng)用電磁攪拌器也將成本熔化爐和保溫的標(biāo)準(zhǔn)配置件。

參考文獻(xiàn)

[1]中國有色金屬工業(yè)總公司內(nèi)部資料,《全面質(zhì)量管理》

[2]蒲倫昌主編,邱廷榮主審,《全面質(zhì)量管理基礎(chǔ)教程》,中國經(jīng)濟(jì)出版社,1999年5月版