探討電解鋁用預(yù)焙陽極鋼爪沾石墨液工藝的改進方式

劉二寧

（陜西有色榆林新材料集團有限責任公司，陜西 榆林 719000）

新時代背景下，我國鋁電解技術(shù)受到了廣泛應(yīng)用，同時，電解鋁中的陽極也在逐漸完善，從自備陽極轉(zhuǎn)化為預(yù)焙陽極，在預(yù)焙陽極炭塊組中，主要具備三種材料，鋁導電性棒、鑄鋼爪頭和烤陽極碳塊。它通過焊接（在導桿和鑄鋼鉤之間）和生鐵鑄件整體連接。為了促進鐵環(huán)和鐵鉗的分離并改善它們之間的接觸狀態(tài)，國內(nèi)外同類行業(yè)普遍采用鑄造前將鐵鉗浸入石墨液的方法，但實際生產(chǎn)工藝存在許多弊端。本文結(jié)合實際生產(chǎn)分析了石墨溶液浸漬工藝的缺點，將干法浸漬石墨粉改為干法浸漬石墨粉，并分析了干法浸漬石墨粉的原理，取得了較好的效果[1]。

1 電解鋁概述

電解鋁主要指的是利用電解方式取得鉛，現(xiàn)階段，我國電解鋁工業(yè)主要應(yīng)用冰晶石-氧化鋁溶鹽電解，將熔融的冰晶石作為主要溶劑，將氧化鋁作為主要溶質(zhì)，使電解鋁能夠發(fā)揮出最大作用。此外，在對電解鋁進行直流電處理后，電解器的兩極會發(fā)生強烈化學反應(yīng)，這也被稱之為電解。近幾年來，我國電解鋁行業(yè)獲得較大經(jīng)濟收益，同時，還行，業(yè)還會受到下游行業(yè)需求下降的直接影響，在2008年，我國電解鋁已高達50萬噸[2]。

根據(jù)電解鋁的生產(chǎn)工藝，電解鋁的生產(chǎn)成本大致由以下部分組成。

（1）原材料：氧化鋁、冰晶石、氟化鋁、添加劑（氟化鈣，氟化鎂等），負極材料。

（2）能源成本：電費（直流電和交流電）、燃料油。

（3）人工成本：工資和其他管理費用。

（4）其他費用：設(shè)備損失和折舊、財務(wù)費用、運輸費用、稅金等。

出現(xiàn)了用于電解鋁的新型節(jié)能技術(shù)，每年可節(jié)省275億度電。

2012年3月17日，我國電解鋁領(lǐng)域取得了新的發(fā)展成就。功耗從2008年的13235度下降了10.7%，降至11819度，許多技術(shù)已達到國際領(lǐng)先水平。如果促進整個行業(yè)發(fā)展，中國的電解鋁行業(yè)每年可以節(jié)省275億千瓦時的電力。

經(jīng)過30多年的發(fā)展，電解鋁行業(yè)已逐漸成為中國重要的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，但由于其生產(chǎn)過程中的高能耗，一直被稱為高能耗行業(yè)，也是全球鋁工業(yè)面臨的重大技術(shù)問題。相關(guān)學者梁學敏和其他項目團隊專家不懈努力，開發(fā)了中孚實業(yè)臨豐鋁電公司率先開發(fā)的世界首創(chuàng)的電磁流體穩(wěn)定技術(shù)、低溫低壓電解槽結(jié)構(gòu)、低溫低壓工藝操作技術(shù)。

據(jù)介紹，基于2012年國內(nèi)電解鋁產(chǎn)量2000萬噸的估算，將這項技術(shù)推廣到整個行業(yè)后，這有效促進了鋁工業(yè)的發(fā)展。節(jié)能減排工作將對促進中國起到很好的示范作用[3]。

2 碳石墨材料生產(chǎn)程序

碳石墨材料可以使用普通機床進行濕式和干式處理。但是，為了保持純度，通常對高純度石墨進行干式處理。普通石墨的研磨通常使用濕法工藝。不建議在同一臺機器上的干式和濕式加工之間切換。

2.1 除塵

使用干法處理時，除大型石墨處理車間外，所有機器上均應(yīng)安裝除塵設(shè)備，并且不需要中央除塵設(shè)備。如果車間主要用于金屬加工，則每臺機器都應(yīng)配備工具真空吸塵器（真空度為300mm頭或氣流為18m/s）。

2.2 切割

可以用青銅基金剛石砂輪切割碳，砂輪的厚度為200mm～300mm，線速度為50m/s～60 m/s。可以使用工具鋼粗齒帶鋸（5片/英寸）以300m/min～600 m/min的切割速度切割石墨。

2.3 架子

工件最好放在彈簧外套或延長環(huán)上?？紤]到石墨的陶瓷特性，夾緊壓力應(yīng)分布在最大可能的區(qū)域上。原則上，可以使用KO1、K05和K10硬質(zhì)合金刀片，如果要求的公差接近于標準，則建議使用金剛石工具，其采用圓角或刀刃倒角，以減少接頭結(jié)構(gòu)的切角。低數(shù)據(jù)主要用于碳材料加工，高數(shù)據(jù)用于石墨材料加工。

2.4 銑削

銑削通常使用硬質(zhì)合金和金剛石工具。使用金剛石工具加工時，可以將切削速度提高50%。低數(shù)據(jù)用于碳材料處理，高數(shù)據(jù)用于石墨處理[4]。

2.5 研磨

碳石墨材料可以被粉碎。砂輪的密度應(yīng)在6-9之間。如果需要高精度的表面處理，則應(yīng)采用拋光工藝。石墨是一種粘結(jié)材料，可用作高溫條件下使用的聚酯、過氧化氫樹脂、氧化鋁粘結(jié)、氧化鋁、氧化鋯的基質(zhì)陶瓷粘合劑。

3 石墨材料的選擇

新瑞達石墨是一種可以滿足不同類型模具需求的電極材料。您可以根據(jù)實際需要選擇和使用任何材料。選擇石墨電極材料有多個標準，但有四個主要標準。

3.1 材料的平均粒徑

材料的平均粒徑直接影響材料的應(yīng)用效果。材料的平均粒徑越小，材料的排出越均勻，排出越穩(wěn)定，并且表面質(zhì)量越好。對于具有低表面精度要求的鍛造和壓鑄模具，通常建議使用粗顆粒，例如ISEM-3。對于具有高表面精度要求的電子模具，建議使用的平均粒徑小于4μm。但是，放電后的表面光潔度還取決于顆粒的變化[5]。

3.2 材料的彎曲強度

材料的抗彎強度直接表示材料的強度，并顯示材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的剛性。高強度材料具有相對較好的抗放電性能，高精度的電極應(yīng)選擇強度更高的材料。對于某些具有特殊精度要求的電子連接器模具，可以使用晶粒尺寸相同但強度稍高的材料TTK-5。

3.3 材料的肖氏硬度

在特殊的石墨行業(yè)中，通用硬度測試標準是肖氏硬度測量方法，由于石墨的層狀結(jié)構(gòu)，在切割過程中表現(xiàn)出出色的切割性能，切割力僅為銅材料的1/3，并且加工后的表面處理非常容易。但是，由于其高硬度，切削過程中的刀具磨損比金屬切削刀具的磨損稍大。同時，在放電損失方面，對高硬度材料進行了對照比較。在EDM材料系統(tǒng)中，對于經(jīng)常使用的相同粒徑的材料，有兩種材料可供選擇。一種具有略高的硬度，另一種具有略低的硬度，可以滿足具有不同要求的客戶的需求。示例：平均粒徑為5μm的材料包含ISO-63和TTK-50，平均粒徑為4μm的材料包含TTK-4和TTK-5，平均粒徑為2μm的材料包含TTK-包括8和TTK。 它主要考慮不同類型的客戶對放電和加工的偏好。

3.4 材料的固有電阻率

根據(jù)對材料性能的統(tǒng)計，如果材料的平均粒徑相同，則高電阻率的放電速度會比低電阻率的放電速率慢[6]。

4 將浸有石墨溶液的預(yù)焙陽極鋼爪浸入電解鋁中的條件和問題

4.1 鋼爪浸入石墨溶液的加工狀態(tài)

為了容易剝離鋼鉤的鐵環(huán)，在鑄造前應(yīng)將120mm高的石墨液體浸入鋼鉤頭中。在石墨儲液罐中準備和混合壓縮空氣，當陽極導桿和鋼鉤直接位于石墨儲液罐上方時，石墨儲液罐根據(jù)氣缸的作用向上移動，以便鋼鉤將其浸入石墨儲液中。最初的設(shè)計需要用氣體作為燃料來干燥鋼爪，但是由于用氣和能源消耗存在安全隱患，許多國內(nèi)制造商在用石墨液體對鋼爪進行染色而不干燥后直接進入鑄件。投在車站。

4.2 存在的問題

4.2.1 降低鑄造速度和鑄造質(zhì)量

通過與煤油和液壓油混合，水分長期存在于壓縮空氣中，因此合并的水變?yōu)橛坞x水，并且石墨液體中存在水分。它是在含有石墨液體的鋼鉗與熱鐵水相遇時產(chǎn)生的。氣體無法去除。一部分氣體存在于鐵環(huán)中，通過形成孔來增加鐵環(huán)的阻力。

4.2.2 操作環(huán)境較差，安全隱患遲遲無法解決

碳杯中的熱熔融金屬很容易爆炸，因為生成的氣體無法及時從碳杯中清除。很容易相關(guān)操作人員的人身安全造成威脅，經(jīng)常出現(xiàn)操作人員受熱熔膠燒傷的情況[7]。

5 使用干石墨粉工藝改進石墨液體的浸入工藝

5.1 干石墨粉工藝說明改進

原始石墨液體罐，取消空氣攪拌，阻塞原始壓縮空氣噴嘴，使用石墨液體罐的長度，將氣缸安裝在方向和活塞上棒尖設(shè)計有攪拌裝置，將帶有鋼爪的導桿轉(zhuǎn)移到石墨罐頂部時，石墨罐上升，因此在浸入數(shù)個鋼鉗后，石墨粉很容易結(jié)塊，因此需要攪拌石墨粉，因此在程序中設(shè)置5個鋼鉗后，它將自動來回攪拌。

5.2 干浸石墨粉的原理

通過稱量200g進行比電阻的篩選和測試的結(jié)果，可以從分析數(shù)據(jù)中確認，石墨粉的比電阻為90.18，并且比電阻小，這對于電解生產(chǎn)是有利的。

粉塵顆粒通過相互粘附而團聚，并且顆粒與鋼鉗表面之間具有粘附作用。顆粒越細，鋼鉗表面越多。干燥石墨粉非常有利，因為它易于粘附，粘附主要如下。

5.2.1 分子力

分析力用作分子或原子之間的力，也稱為范德華力，實際上是吸附力。由于鋼制爪形頭的底部是平坦的，而側(cè)面是圓柱形的，因此在電解循環(huán)之后，當按下鐵環(huán)時，爪形頭會粘附在爪形頭的表面，并且爪形頭的表面不僅粗糙，而且石墨附著在爪形頭的表面。石墨槽中的粉末和石墨粉形成分子力，爪頭表面上的鐵原子和石墨槽中的石墨粉也產(chǎn)生分子力。

5.2.2 庫倫力

這是充電后顆粒產(chǎn)生的靜電引力。這主要是由于以下事實：將鋼爪頭插入到石墨粉末中，并且爪頭與石墨粉末顆粒之間發(fā)生摩擦，并且顆粒獲得靜電吸引。石墨粉的粒徑小，靜電引力大于粒徑，因此可以吸附在鋼鉗上[8]。

6 結(jié)語

使用干浸石墨粉時，有幾個缺點。由于石墨粉是親水性粉塵，因此隨著時間的推移，它很容易吸收空氣中的水分。對于石墨罐中的鋼鉗的粘附是有利的，但是粉末結(jié)塊增加了圓筒上的負荷。另外，如果不清潔附著在鋼鉤上的電解液，則在將鋼鉤插入石墨粉的過程中，一部分電解液會掉入石墨粉中，同時，在碳生產(chǎn)過程中用從集塵器中除去的碳粉代替石墨粉。