延長(zhǎng)預(yù)焙陽(yáng)極換極周期的探討

【摘要】鋁電解用預(yù)焙陽(yáng)極的消耗總量包括：凈消耗量和殘極量。因此，延長(zhǎng)預(yù)焙陽(yáng)極換極周期可以從以下幾方面展開研究：一是提高預(yù)焙陽(yáng)極質(zhì)量，降低陽(yáng)極凈消耗量；二是減小現(xiàn)有殘極的厚度，減少預(yù)焙陽(yáng)極毛耗。本文經(jīng)過從改變預(yù)焙陽(yáng)極碳碗結(jié)構(gòu)等方面采取對(duì)策，達(dá)到有效降低殘極的厚度，延長(zhǎng)預(yù)焙陽(yáng)極換極周期的目的。

【關(guān)鍵詞】預(yù)焙陽(yáng)極；碳碗結(jié)構(gòu)；對(duì)策

1、預(yù)焙陽(yáng)極在電解槽中的作用

預(yù)焙陽(yáng)極是鋁電解槽的重要組成部分，其在鋁電解過程中的主要作用為：參與鋁電解過程中的電化學(xué)反應(yīng)并把直流電流導(dǎo)入電解槽內(nèi)；維持鋁電解過程中的熱平衡；維持鋁電解過程中電磁場(chǎng)的相對(duì)穩(wěn)定與平衡，盡力使電流分布均勻。其在電解過程中參與導(dǎo)電和電化學(xué)反應(yīng)而不斷的被消耗掉，理論上1t鋁需要消耗預(yù)焙陽(yáng)極334kg，可是實(shí)際生產(chǎn)中，由于存在著陽(yáng)極的氧化、掉渣、脫塊等現(xiàn)象，實(shí)際的消耗在425kg左右。由此可見，在鋁電解的過程中預(yù)焙陽(yáng)極的成本也是較大的，因此有效的延長(zhǎng)預(yù)焙陽(yáng)極的換極周期，減少預(yù)焙陽(yáng)極的使用對(duì)降低鋁電解的成本會(huì)起到較大的作用。

2、目前預(yù)焙陽(yáng)極碳碗尺寸及分布

現(xiàn)使用的陽(yáng)極碳碗孔一般為3-6個(gè)，均布在陽(yáng)極向上橫截大面頂端。其碳碗尺寸如下：

2.1高（孔深）：100mm-130mm；

2.2直徑：180mm-210mm；

2.3碳碗之間間距為：300mm-500mm。

3、碳碗的主要作用

3.1便于陽(yáng)極導(dǎo)桿鋼爪插入棒孔模內(nèi)，使陽(yáng)極導(dǎo)桿與預(yù)焙陽(yáng)極之間聯(lián)接成為一個(gè)整體，以用于導(dǎo)電使用。

3.2使陽(yáng)極母線電流經(jīng)導(dǎo)桿、鋼爪導(dǎo)通順利進(jìn)入陽(yáng)極工作。

3.3承載自身重量和極上保溫料載荷。

4、延長(zhǎng)預(yù)焙陽(yáng)極在電解槽中使用時(shí)間的傳統(tǒng)做法

為延長(zhǎng)預(yù)焙陽(yáng)極在鋁電解過程中的使用時(shí)間，達(dá)到延長(zhǎng)更換預(yù)焙陽(yáng)極的目的。鋁電解工業(yè)應(yīng)用中的傳統(tǒng)做法是：以增加預(yù)焙陽(yáng)極制品高度這一手法來達(dá)到延長(zhǎng)預(yù)焙陽(yáng)極在鋁電解中的使用時(shí)間，達(dá)到延長(zhǎng)換極周期的目的。

預(yù)焙陽(yáng)極在電解鋁生產(chǎn)過程中，參與電解陽(yáng)極電化學(xué)反應(yīng)，每天實(shí)際消耗的高度為：15mm。如果按延長(zhǎng)一至二天的使用時(shí)間來測(cè)算，我們需要增加碳陽(yáng)極高度為：15mm—30mm。為了增加這樣的高度，每塊生陽(yáng)極制品將需要增加投入混捏好的糊料：20kg—40kg左右。雖然增加了陽(yáng)極制品的高度，達(dá)到了在電解過程中延長(zhǎng)使用周期的目的。但是相應(yīng)的成本也增加了，而換下來的殘極高度，卻沒有降低下來。也就是說，每噸鋁生產(chǎn)的預(yù)焙陽(yáng)極毛耗基本上還是沒有得到有效的降低。這樣做對(duì)實(shí)際意義的降低鋁電解生產(chǎn)中陽(yáng)極消耗效果并不理想，而只是在投入和增加原材料的基礎(chǔ)上，達(dá)到了增加預(yù)焙陽(yáng)極在鋁電解過程中的使用時(shí)間。

5、減小碳碗深度、延長(zhǎng)預(yù)焙陽(yáng)極在鋁電解過程中的使用周期

在不改變?cè)刑纪胫睆降幕A(chǔ)上，減小碳碗深度20mm—30mm，這樣可以滿足預(yù)焙陽(yáng)極在電解槽中延長(zhǎng)一到二天的使用周期，有效的降低和減少了殘極高度，從根本上降低了陽(yáng)極的毛耗。

5.1減小碳碗深度，將面臨以下四個(gè)問題

5.1.1減小碳碗深度，相應(yīng)的導(dǎo)桿鋼爪位置將上移

如果導(dǎo)桿鋼爪位置上移的極限，超過了現(xiàn)有電解槽上支撐槽蓋板的密封橫向支架高度極限，將會(huì)使更換陽(yáng)極時(shí)，預(yù)焙陽(yáng)極無法安裝到位。

解決這一問題的辦法：

（1）、根據(jù)現(xiàn)有電解槽上支撐槽蓋板的密封橫向支架高度極限，來決定減小碳碗深度，使之在不改變過去任何條件的基礎(chǔ)上來滿足減小碳碗深度，延長(zhǎng)預(yù)焙陽(yáng)極在鋁電解過程中的使用時(shí)間。

（2）、根據(jù)實(shí)際減小碳碗深度，對(duì)現(xiàn)有所有鋼爪進(jìn)行鋸切相同高度尺寸，使之滿足預(yù)焙陽(yáng)極在電解換極作業(yè)、順利安裝到位的需要。

其可帶來節(jié)約鋼材的經(jīng)濟(jì)效益由下式可以計(jì)算出來：

5.1.2減小、縮短碳碗深度、鋼爪與陽(yáng)極之間的導(dǎo)電問題：

電阻率是指單位長(zhǎng)度、單位截面的某種物質(zhì)的電阻，常用單位為“歐姆·厘米”，其倒數(shù)為電導(dǎo)率。根據(jù)電阻率公式和歐姆定律其電阻表達(dá)式如下：

在上式中：電阻R單位為歐姆

長(zhǎng)度l單位為厘米

截面面積A單位為平方厘米

電阻率ρ單位為歐姆·厘米

從上式可以得知，當(dāng)減小碳碗深度后，鋼爪深度（長(zhǎng)度）也相應(yīng)縮短，這對(duì)于鋼爪電流順利導(dǎo)入預(yù)焙陽(yáng)極是有利的。固此，可以得出結(jié)論，減小碳碗的深度，對(duì)于陽(yáng)極鋼爪與預(yù)焙陽(yáng)極之間的電流通過，將不會(huì)帶來任何不良影響。

5.1.3減小碳碗深度、鋼爪與預(yù)焙陽(yáng)極之間的結(jié)合力問題：

減小碳碗深度后，勢(shì)必將減小澆注磷鐵鋼爪與預(yù)焙陽(yáng)極之間的有效接觸面積，其相應(yīng)的有效摩擦，鑲嵌結(jié)合力將會(huì)受到一定程度的減弱。如果減弱的程度大于預(yù)焙陽(yáng)極保證承載自身重量和極上保溫料的載荷能力時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致炭塊與鋼爪之間脫落。

解決這一問題的辦法：

適當(dāng)增加或加深碳碗側(cè)壁的溝狀楔形槽數(shù)、溝狀楔形槽寬度和深度，并且在碳碗之間開一條溝狀楔形槽。

5.1.4減小碳碗深度、鋼爪與預(yù)焙陽(yáng)極在澆注線上自動(dòng)澆注的時(shí)間問題：

由于減小了碳碗深度，其相應(yīng)的碳碗有效容積也相應(yīng)減小。預(yù)焙陽(yáng)極在自動(dòng)磷鐵澆注線上澆注磷鐵水的時(shí)間，也將相應(yīng)縮短。

解決這一問題的辦法：

對(duì)程序控制時(shí)間，做出相應(yīng)的縮短調(diào)整、改動(dòng)即可解決問題。換言之，也就是對(duì)澆注磷鐵時(shí)間進(jìn)行程序控制上的調(diào)整就可以滿足澆注要求。

6、改進(jìn)后節(jié)能降耗、減排、增效的經(jīng)濟(jì)評(píng)估

對(duì)碳碗尺寸的減小將從根本上有效的降低和減少鋁電解生產(chǎn)中預(yù)焙陽(yáng)極的消耗（毛耗），從而大大節(jié)約預(yù)焙陽(yáng)極原料的使用。從而可使鋁電解生產(chǎn)中每噸鋁陽(yáng)極消耗大幅降低，鋁電解生產(chǎn)中預(yù)焙陽(yáng)極使用量將得到有效減小，從而降低鋁電解的生產(chǎn)成本。