預(yù)焙鋁電解槽原鋁質(zhì)量的影響因素及解決方法

李冬生，劉 丹，劉 英，柴登鵬，李致遠，馬軍義，朱曉波

（中鋁鄭州有色金屬研究院有限公司，河南 鄭州 450041）

原鋁是鋁電解生產(chǎn)過程的中間產(chǎn)品，其品質(zhì)的高低直接決定著最終產(chǎn)品質(zhì)量的好壞。原鋁質(zhì)量越高，生產(chǎn)出的鋁合金產(chǎn)品性能就越好，給電解鋁企業(yè)帶來的經(jīng)濟效益就越高。因此，如何降低原鋁中的雜質(zhì)，提升原鋁的品質(zhì)，是改善電解鋁企業(yè)經(jīng)濟效益的關(guān)鍵之一。本文首先對影響原鋁品質(zhì)的主要因素進行了分析，并提出提高原鋁質(zhì)量的解決方法。

1 原鋁的牌號

原鋁的質(zhì)量按照其所含金屬雜質(zhì)的含量來評定，其合格標(biāo)準(zhǔn)范圍見表1[1]。

表1 金屬鋁成分的標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 1196-2008）

2 原鋁質(zhì)量的影響因素

2.1 原、輔料的影響

電解鋁生產(chǎn)過程中，所用的主要原料為氧化鋁、輔料為氟化鹽。在電解過程中，比鋁電極電位正的元素優(yōu)先在陰極上析出，熔解在鋁液內(nèi)，影響原鋁的品質(zhì)[2]。表2列出每生產(chǎn)1t鋁，主要雜質(zhì)元素Fe、Si的由原、輔料帶入量。

2.2 陽極炭塊對原鋁質(zhì)量的影響

陽極炭塊內(nèi)的雜質(zhì)大多是由石油焦帶來的。石油焦中所含的雜質(zhì)主要有Ca、Si、Mg、Fe、S、Ni、AI、Na、P、V等，其中P、V不僅增加雜質(zhì)含量，而且會明顯降低電流效率。據(jù)統(tǒng)計[3]，每生產(chǎn)1t鋁，由陽極炭塊帶來的雜質(zhì)Si和Fe的含量分別為0.12kg～0.19kg和0.25kg～0.40kg。

表2 每生產(chǎn)1t鋁，雜質(zhì)元素Fe、Si的帶入量

2.3 鐵制工具的影響

在電解生產(chǎn)過程中，鋁電解工進行撈渣作業(yè)用的撈渣勺，測量工進行參數(shù)測量的鐵鉗，打殼系統(tǒng)進行原料添加所用的打殼錘頭等，這些工具由于工作高溫、腐蝕的條件下，使得Fe元素進入鋁液，造成原鋁品質(zhì)的下降。

2.4 工藝參數(shù)

鋁電解過程是一個極為復(fù)雜的物理化學(xué)和電化學(xué)過程，受磁場平衡、物料平衡、電壓平衡、熱平衡等多因素的共同影響。在工藝參數(shù)中，氧化鋁濃度、槽電壓、電解質(zhì)成分、兩水平、過熱度等都是影響電解槽系統(tǒng)平衡的重要指標(biāo)[4]。

對槽內(nèi)原鋁品質(zhì)影響最直接的因素是熱平衡，而過熱度是控制熱平衡的核心，其主要受電解質(zhì)成分、兩水平、槽電壓的影響。當(dāng)過熱度偏高時，容易造成槽溫升高，進而熔化爐幫，造成電解質(zhì)水平的上升，出現(xiàn)涮鋼爪的現(xiàn)象，使得雜質(zhì)元素鐵、硅含量的上升，降低原鋁品質(zhì)。

3 提高原鋁質(zhì)量的途徑

3.1 使用質(zhì)量好的原材料

對每批次氧化鋁、氟化鹽等原輔料的化學(xué)成分進行分析，把好原料質(zhì)量關(guān)，堅持使用符合國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的原料。

3.2 提高陽極炭塊的組裝澆注質(zhì)量

陽極炭塊組裝前，要認真檢查陽極炭塊質(zhì)量、鋼爪表面的清潔和導(dǎo)桿的校正是否達到規(guī)定要求。組裝過程中，陽極鋼爪位置要調(diào)整到位，澆注的磷生鐵要飽滿，澆注結(jié)束后要對鋼爪周圍多余的鐵渣清理干凈。防止陽極裝入電解槽后出現(xiàn)脫極現(xiàn)象，或鐵渣溶入到電解質(zhì)中。

3.3 加強操作質(zhì)量的管理

（1）嚴格日常操作管理。電解工人在使用大鉤、鐵鉗進行撈渣作業(yè)時，不得將其在電解質(zhì)或鋁液中浸泡太久，發(fā)紅變軟后即應(yīng)更換，以免熔化污染原鋁。

（2）加強對電解槽的日常巡檢。發(fā)現(xiàn)電解槽爐底板溫度偏高、鋼窗口溫度高等的異常情況，及時進行處理，減少電解槽的早期破損，保證電解槽長期穩(wěn)定運行，才能做到原鋁質(zhì)量的長期優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定。

（3）定期檢查陽極運行情況。對電解槽陽極進行不定期的檢查，發(fā)現(xiàn)陽極有泡爪、掉塊、脫極、氧化、裂紋、鋼爪發(fā)紅、陽極殼面塌陷等情況及時處理，電解質(zhì)較高時，要勤檢查陽極，避免出現(xiàn)涮鋼爪的現(xiàn)象。

3.4 保持匹配的技術(shù)條件

（1）保持合適的電解質(zhì)水平，避免因電解質(zhì)水平過高而造成的陽極鋼爪熔化。

（2）保持合適的鋁水平，槽內(nèi)鋁量是電解槽熱收支平衡的重要指標(biāo)。鋁水平過高，則留在槽內(nèi)的鋁量增大，造成電解槽散熱量增加，使槽溫下降，導(dǎo)致爐底變冷而出現(xiàn)沉淀。如果不及時處理，爐底狀況惡化，熱阻增加，通過爐底熱量減少，從而加大側(cè)部散熱，造成爐幫熔化，爐幫中沉積的雜質(zhì)重返電解槽中。反之，當(dāng)留在槽子內(nèi)的鋁量過少電解槽會走熱趨勢，大量熱量向爐底傳遞，在化爐底沉淀的同時，也增加了陰極破損的可能性，更有可能造成漏爐的危險。

（3）保持合適的過熱度，一旦過熱度偏高，將熔化爐幫，造成爐膛面積和鋁液鏡面增大，其水平電流密度也隨之增大，在強磁場的作用下將產(chǎn)生強大的推力，加速鋁液運動，出現(xiàn)大幅度槽電壓擺，同時也會加速電解質(zhì)的流速，加大了電解質(zhì)涮爪的力度，造成鋁液含鐵量的增加。

4 結(jié)論

影響原鋁質(zhì)量的主要因素之間，并不是孤立單一的，而是相互聯(lián)系的。要想得到較高的原鋁質(zhì)量，除了要保證優(yōu)良的原料及輔助材料的質(zhì)量外，還要優(yōu)化工藝技術(shù)條件，嚴格技術(shù)管理。