鋁用異型陰極炭塊的材質(zhì)與生產(chǎn)加工

楊 軍,寧湘南

（中電投 寧夏能源鋁業(yè)青鑫炭素公司）

鋁用異型陰極炭塊的材質(zhì)與生產(chǎn)加工

楊 軍,寧湘南

（中電投 寧夏能源鋁業(yè)青鑫炭素公司）

異型陰極炭塊如何選擇材質(zhì)影響槽壽命,加工工藝要保證砌筑要求.

由東北大學(xué)馮乃祥教授發(fā)明的鋁用異型陰極炭塊最顯著的特點(diǎn)之一就是將陰極炭塊工作面設(shè)計(jì)為凸起,變平整的陰極為帶槽溝.研究者認(rèn)為,采用異型陰極結(jié)構(gòu)電解槽在陰極炭塊表面形成若干凸起,可以減緩鋁液流速和降低鋁液波動(dòng)高度,從而提高鋁液的穩(wěn)定性,提高電流效率和降低極距,降低電耗.

與發(fā)明者合作,青鑫炭素公司開(kāi)發(fā) 350 kA鋁電解槽異型陰極炭塊,現(xiàn)在已經(jīng)應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐.

1 炭塊的材質(zhì)

陰極炭塊如采用無(wú)煙煤基,即不加石墨碎,是否合適呢?僅就國(guó)內(nèi)而言,經(jīng)過(guò)近 30年的發(fā)展,鋁用陰極炭塊材質(zhì)經(jīng)歷了從無(wú)煙煤基普通炭塊,到石墨含量在 15%以下的半石墨質(zhì)炭塊,再到近年來(lái)大行其道、被廣泛應(yīng)用于大型預(yù)焙電解槽的高石墨質(zhì)陰極炭塊 （石墨含量在 30%以上）,以及石墨含量為 100%的全石墨質(zhì)陰極炭塊,和處于高端技術(shù)檔次的石墨化陰極炭塊.由于無(wú)煙煤的特性,無(wú)煙煤基陰極炭塊的強(qiáng)度相對(duì)較高,在電解槽中的抗沖刷能力強(qiáng)——尤其是針對(duì)異型陰極炭塊,它的凸起在電解槽中被流動(dòng)的高溫鋁水反復(fù)沖刷、侵蝕.但是它的電阻率較高,達(dá)55μΩ·m以上,且抗鈉侵蝕能力較弱;同時(shí)考慮到配套的陰極糊的技術(shù)匹配問(wèn)題,故從材質(zhì)上講,無(wú)煙煤基陰極炭塊屬國(guó)內(nèi)淘汰產(chǎn)品不宜采用.目前,國(guó)內(nèi)鋁用陰極炭塊技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)已由 YS/T287-2007替代以前標(biāo)準(zhǔn),在新標(biāo)準(zhǔn)中也尚無(wú)無(wú)煙煤基陰極炭塊的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),主要是理化指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn).

考慮到這種異型炭塊凸起的顯著特征,同時(shí)兼顧炭塊本身的抗侵蝕性和導(dǎo)電性能——如采用石墨化陰極炭塊,它的強(qiáng)度較低,耐沖刷能力的不足.因此,可以采用高石墨質(zhì)陰極炭塊進(jìn)行試驗(yàn).

2 異型炭塊的生產(chǎn)

國(guó)內(nèi) 350 kA鋁電解槽原設(shè)計(jì)采用的 HC35高石墨質(zhì)陰極炭塊規(guī)格主要為 525mm ×450mm×3 340 mm.考慮到加工余量,將生塊毛坯規(guī)格確定為 590mm ×560mm ×3 550mm.

陰極炭塊采用 HC35系列配方.為便于試驗(yàn)對(duì)比,新型陰極炭塊的理化性能應(yīng)與現(xiàn) 350 kA電解系列所采用的高石墨質(zhì)炭塊一致.與研究單位、應(yīng)用單位協(xié)作,跟蹤反饋試驗(yàn)槽運(yùn)行試驗(yàn)信息,以優(yōu)化新型陰極炭塊技術(shù)性能.

根據(jù)設(shè)計(jì)者提供的成品規(guī)格圖紙,將異型陰極炭塊的加工工序分解為銑面、劃痕、開(kāi)鋼棒槽以及炭塊工作面和縱向凹槽的加工,最后是橫向凹槽的加工.為滿足新型炭塊加工大批量需要,設(shè)計(jì)了新的槽床技術(shù)方案,以購(gòu)進(jìn)新型設(shè)備進(jìn)行多種新型炭塊的加工.

對(duì)東北大學(xué)設(shè)計(jì)的異型炭塊的結(jié)構(gòu)形式,進(jìn)行了分析.考慮到凸起的有效高度,將炭塊的總高度確定為 560mm.為便于制作刀具,有效縮短加工刀具制作周期,炭塊工作面圓弧槽及側(cè)部圓弧尺寸由 R 37.5改為 R 40.炭塊寬度為 525mm,鋼棒槽底角部斜度參照現(xiàn)采用的350 kA電解槽陰極炭塊尺寸,即 15×45°.陰極炭塊的表面劃痕與350 kA電解槽陰極炭塊一致.這種產(chǎn)品生產(chǎn)的不足之處在于,在加工生產(chǎn)中也存在著生產(chǎn)工序復(fù)雜,其中開(kāi)槽需 5次,吊裝、轉(zhuǎn)運(yùn)繁雜,因而生產(chǎn)效率低,加工進(jìn)度緩慢.

產(chǎn)品樣圖如圖 1所示.

3 炭塊的應(yīng)用

2009年下半年,向青銅峽鋁業(yè) 350 kA電解系列提供了三臺(tái)試驗(yàn)槽的異型陰極炭塊.目前試驗(yàn)槽已運(yùn)行半年多,鋁電解廠和炭塊的生產(chǎn)者 ,以及設(shè)計(jì)者,按計(jì)劃對(duì)試驗(yàn)槽進(jìn)行能量平衡等測(cè)試與分析,并進(jìn)行試驗(yàn)槽技術(shù)改進(jìn)與完善,同時(shí)確定下一步推廣應(yīng)用的計(jì)劃.

圖 1 異型陰極炭塊產(chǎn)品樣圖

目前試驗(yàn)槽的技術(shù)指標(biāo)也在進(jìn)一步驗(yàn)證著姚世煥先生在撰文中在的一句話:“這提供了一條降低電耗的新途徑,如果在 300 kA以上電解槽應(yīng)用,其效果將會(huì)充分發(fā)揮.積極開(kāi)發(fā)工業(yè)化低電耗的電解槽,包括異型陰極和導(dǎo)流槽的工業(yè)化應(yīng)用,研究在低極距的條件下讓電流效率盡可能的提高,以達(dá)到節(jié)電的效能”.

A

1671-6620（2010）S1-0085-01