探討電解鋁用預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，我國鋁電解技術受到了廣泛應用，同時，電解鋁中的陽極也在逐漸完善，從自備陽極轉化為預焙陽極，在預焙陽極炭塊組中，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。為了促進鐵環和鐵鉗的分離并改善它們之間的接觸狀態，國內外同類行業普遍采用鑄造前將鐵鉗浸入石墨液的方法，但實際生產工藝存在許多弊端。本文結合實際生產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，現階段，我國電解鋁工業主要應用冰晶石-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，使電解鋁能夠發揮出最大作用。此外，在對電解鋁進行直流電處理后，電解器的兩極會發生強烈化學反應，這也被稱之為電解。近幾年來，我國電解鋁行業獲得較大經濟收益，同時，還行，業還會受到下游行業需求下降的直接影響，在2008年，我國電解鋁已高達50萬噸[2]。

根據電解鋁的生產工藝，電解鋁的生產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：設備損失和折舊、財務費用、運輸費用、稅金等。

出現了用于電解鋁的新型節能技術，每年可節省275億度電。

2012年3月17日，我國電解鋁領域取得了新的發展成就。功耗從2008年的13235度下降了10.7%，降至11819度，許多技術已達到國際領先水平。如果促進整個行業發展，中國的電解鋁行業每年可以節省275億千瓦時的電力。

經過30多年的發展，電解鋁行業已逐漸成為中國重要的基礎產業，但由于其生產過程中的高能耗，一直被稱為高能耗行業，也是全球鋁工業面臨的重大技術問題。相關學者梁學敏和其他項目團隊專家不懈努力，開發了中孚實業臨豐鋁電公司率先開發的世界首創的電磁流體穩定技術、低溫低壓電解槽結構、低溫低壓工藝操作技術。

據介紹，基于2012年國內電解鋁產量2000萬噸的估算，將這項技術推廣到整個行業后，這有效促進了鋁工業的發展。節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，所有機器上均應安裝除塵設備，并且不需要中央除塵設備。如果車間主要用于金屬加工，則每臺機器都應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上。考慮到石墨的陶瓷特性，夾緊壓力應分布在最大可能的區域上。原則上，可以使用KO1、K05和K10硬質合金刀片，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，以減少接頭結構的切角。低數據主要用于碳材料加工，高數據用于石墨材料加工。

2.4 銑削

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

2.5 研磨

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

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用效果。材料的平均粒徑越小，材料的排出越均勻，排出越穩定，并且表面質量越好。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，并顯示材料內部結構的剛性。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，由于石墨的層狀結構，在切割過程中表現出出色的切割性能，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材料系統中，對于經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

根據對材料性能的統計，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

為了容易剝離鋼鉤的鐵環，在鑄造前應將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，因此合并的水變為游離水，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生的。氣體無法去除。一部分氣體存在于鐵環中，通過形成孔來增加鐵環的阻力。

4.2.2 操作環境較差，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。很容易相關操作人員的人身安全造成威脅，經常出現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計有攪拌裝置，將帶有鋼爪的導桿轉移到石墨罐頂部時，石墨罐上升，因此在浸入數個鋼鉗后，石墨粉很容易結塊，因此需要攪拌石墨粉，因此在程序中設置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果，可以從分析數據中確認，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，而側面是圓柱形的，因此在電解循環之后，當按下鐵環時，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生分子力。

5.2.2 庫倫力

這是充電后顆粒產生的靜電引力。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，在碳生產過程中用從集塵器中除去的碳粉代替石墨粉。