原鋁質(zhì)量控制及管理生產(chǎn)實踐

云南云鋁潤鑫鋁業(yè)有限公司□詹勇剛 周志昌 申太榮 楊 永 錢云超

近幾年來，市場對鋁產(chǎn)品質(zhì)量要求越來越高，并隨著大部分企業(yè)布局鋁合金精深加工，原鋁液中鐵含量越低越利于合金產(chǎn)品質(zhì)量達標和降低合金生產(chǎn)成本，因此，原鋁質(zhì)量控制及管理成為鋁電解生產(chǎn)管理過程中的一項重要內(nèi)容。日常生產(chǎn)過程中，原鋁質(zhì)量主要通過Al99.70、Al99.85、 “3N鋁”以及Fe≤0.08%槽臺率等關(guān)鍵指標進行跟蹤，原鋁液中雜質(zhì)元素主要以Fe、Si為主，其中以鐵含量影響最為廣泛，以下重點介紹對原鋁液中鐵含量控制及管理的實踐與方法。

1 原鋁液中鐵含量的來源

結(jié)合生產(chǎn)實際，原鋁液中鐵的主要來源和途徑有：一是氧化鋁中含F(xiàn)e帶入；二是陽極炭塊中含F(xiàn)e帶入；三是陽極保溫料中含F(xiàn)e帶入；四是陽極穿底或化鋼爪帶入；五是電解槽破損化鋼棒或槽殼帶入；六是鐵制工具熔化帶入。也就是說原鋁液中Fe元素主要是從原輔材料 （氧化鋁、陽極炭塊、保溫料）帶入的，生產(chǎn)中鐵質(zhì)工具、零部件的熔化以及電解槽內(nèi)襯的破損、爐幫的熔化等也可能成為其來源。因此，提高原鋁質(zhì)量，首先是要選用質(zhì)量較好的原材料；其次是精細操作、文明生產(chǎn)，防止含鐵雜質(zhì)進入電解槽內(nèi)，但根據(jù)某企業(yè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，計算原鋁液中鐵含量的金屬平衡情況，具體見表1。

表1 某企業(yè)原鋁液金屬平衡計算表

從表中可以看出，該企業(yè)理論上原鋁液中的 Fe含量為470ppm，然而，實際生產(chǎn)過程中，原鋁液中的Fe含量卻高于這個數(shù)值，達到700ppm～800ppm，主要原因是原鋁液中Fe含量還會來源于電解生產(chǎn)管控過程中的其他方面。另外，不同氧化鋁廠家生產(chǎn)的氧化鋁質(zhì)量存在一定差異，同一廠家不同時期生產(chǎn)的陽極炭塊質(zhì)量也不盡相同，具體見表2、表3。

表2 不同氧化鋁廠家氧化鋁質(zhì)量抽檢情況

表3 同一陽極炭塊廠家不同時期質(zhì)量抽檢情況

2 針對不同來源尋求的管控措施

（1）大宗原材料質(zhì)量控制

在原材料質(zhì)量控制過程中，可以尋求選購低鐵原材料，但氧化鋁、陽極炭塊作為電解生產(chǎn)的主要原材料，它們的品級越高，質(zhì)量就越好，價格也更貴，雖然可以減少進入到原鋁液的雜質(zhì)Fe，但同時也需要投入更多的生產(chǎn)成本，所以，在大宗原材料選擇上，需要結(jié)合原材料質(zhì)量、價格和生產(chǎn)成本綜合考量，但必須按照標準建立原材料批次分析檢查制度，對原材料質(zhì)量變化情況進行跟蹤分析，指導(dǎo)生產(chǎn)進行原鋁液質(zhì)量控制及管理，如圖1、圖2所示。

圖1 廠家A氧化鋁中Fe含量趨勢圖

圖2 陽極炭塊中Fe含量趨勢圖

（2）保溫料鐵含量控制

陽極保溫料由于陽極炭塊澆鑄殘留鐵屑、鋼爪氧化、鐵質(zhì)雜物掉入等原因，其中的雜質(zhì)鐵會逐漸富集，平均達到1500ppm左右，當保溫料接觸槽內(nèi)電解質(zhì)液時，保溫料中的雜質(zhì)鐵便會進入到鋁液中，因此必須對保溫料中的雜質(zhì)鐵進行除鐵作業(yè)，在現(xiàn)有殘極清理破料的末端工序上加裝永磁磁力滾筒，殘極上的保溫料和槽底返回料在破碎機破碎后，經(jīng)皮帶運輸至磁力滾筒，運用永磁磁力滾筒的吸附原理，將物料中雜質(zhì)鐵吸附，使鐵和物料進入不同的料廂，將其分選離分，來除去保溫料中的雜質(zhì)Fe，并通過改進型鋼爪氧化鐵清理裝置的實施，提高鋼爪氧化鐵的清除效果；保障送入電解系列的陽極無鋼爪氧化鐵；提高陽極組裝塊的澆鑄質(zhì)量，澆鑄飽滿，保障送入電解系列的陽極澆鑄表面的磷生鐵進行有效清除；在皮帶上安裝振動篩，把低于4mm以下的鐵渣分離，降低殘極中的鐵含量，安裝電磁除鐵器，分離殘極中的磷生鐵，通過以上諸多措施，陽極保溫料中鐵含量得到控制，具體情況見表4。

表4 陽極保溫料不同時期質(zhì)量抽檢情況

（3）電解質(zhì)水平管理

電解質(zhì)水平過高時，易造成電解質(zhì)沖涮陽極保溫料，并浸泡低位陽極鋼爪和磷生鐵環(huán)，從而使鐵進入到鋁液中，影響原鋁質(zhì)量。因此在生產(chǎn)過程中，加強對電解質(zhì)水平的管控，根據(jù)公司生產(chǎn)工藝實際情況，將電解質(zhì)水平保持在17cm～20cm，并嚴格控制電解質(zhì)水平上限值。對于電解質(zhì)水平長期持續(xù)上漲的現(xiàn)象，應(yīng)著重從電解工藝上調(diào)整，避免電解質(zhì)水平上漲造成鋁液質(zhì)量大幅降低。表5是某工區(qū)電解槽在不同電解質(zhì)水平下鋁液中Si、Fe含量變化情況。

表5 某工區(qū)電解槽在不同電解質(zhì)水平下鋁液中Si、Fe含量變化情況

（4）陽極周期管理

陽極周期過短，會出現(xiàn)殘極偏厚，造成陽極炭塊毛耗上升，生產(chǎn)成本上升；陽極周期過長，則會出現(xiàn)殘極偏薄，造成殘極穿底露餅，污染原鋁質(zhì)量。因此，協(xié)調(diào)解決好陽極炭塊毛耗和原鋁質(zhì)量之間的矛盾，是陽極周期管理的關(guān)鍵之一。另外，殘極厚度還影響著電解槽電解質(zhì)水平高度這一工藝參數(shù)的匹配與控制，若要滿足“既不影響原鋁質(zhì)量，又要最大限度降低陽極炭塊毛耗”的要求，當殘極厚度保持13cm（其中陽極凸臺高度為10cm）以內(nèi)，電解槽極距保持4cm～5cm之間，則電解質(zhì)水平高度＞18cm時，又會帶來電解質(zhì)涮鋼爪導(dǎo)致原鋁質(zhì)量下降和鋼爪壽命縮短等不利影響，還會因電解槽無法保持高電解質(zhì)水平導(dǎo)致電解槽溶解氧化鋁的能力下降，進而造成爐膛惡化。所以，陽極周期管理是一個復(fù)雜生產(chǎn)管控過程，需要結(jié)合原鋁質(zhì)量目標及電解槽工藝要求的電解質(zhì)水平高度來綜合設(shè)置殘極厚度，按照“確保電解槽生產(chǎn)工藝和原鋁質(zhì)量穩(wěn)定的同時，最大限度降低陽極炭塊毛耗”的原則來進行管理。此外，在日常生產(chǎn)中，還需嚴格按照換極順序和周期更換，杜絕人為失誤，保證換極準確，并可以根據(jù)陽極炭塊不同尺寸、不同重量及電解槽不同位置陽極消耗速度不一致等特點對陽極周期進行精準管理，確保原鋁質(zhì)量同時最大限度降低陽極炭塊毛耗。

（5）破損槽預(yù)防及維護

電解槽一旦破損，容易造成長期鐵含量不合格，還將污染很大部分合格鋁水，因此破損槽的預(yù)防及維護工作顯得尤為重要，需針對不同系列電解槽的破損規(guī)律，對破損槽工藝控制進行研究，通過尋求合適匹配的系列工藝參數(shù)控制范圍，穩(wěn)定工藝控制，減少工藝控制失誤，盡可能減少因工藝不匹配、控制不穩(wěn)定導(dǎo)致破損槽的出現(xiàn)；對已經(jīng)破損的電解槽，堅持補、控相結(jié)合的原則，加強對電解槽破損部位的查找和修補，盡可能降低破損槽Si、Fe含量，減少破損槽對原鋁液質(zhì)量的影響。

（6）正確使用生產(chǎn)工具，并加強含鐵設(shè)備維護

引導(dǎo)職工正確使用操作工具，避免工器具使用過程中熔化進入鋁液，大鉤、碳渣勺、試樣勺、電解質(zhì)勺等工具使用時輪流使用，盡可能減少工具熔化后Fe進入原鋁液中；建立打殼錘頭安裝長度和更換標準，及時調(diào)整錘頭長度，避免錘頭浸泡入電解質(zhì)中過多，延長錘頭使用周期，減少因錘頭熔化使電解槽鐵含量升高，對于掉入槽內(nèi)的錘頭，第一時間組織提極盡可能撈出；定期對廠房周邊和槽底的鐵質(zhì)雜物、廢物進行清理，以免其進入電解槽內(nèi)和陽極保溫料到中。通過以上措施，可以最大限度減少生產(chǎn)工器具及含鐵設(shè)備中的鐵熔化進入鋁液。

3 達到的管控效果

通過多次技術(shù)攻關(guān)，云南云鋁潤鑫鋁業(yè)有限公司（以下簡稱“云鋁潤鑫”）原鋁質(zhì)量控制及管理取得良好成效，自2018年下半年以來，F(xiàn)e≤0.08%槽臺率長期保持在80%以上，完全滿足了云鋁潤鑫全合金化生產(chǎn)的要求，并經(jīng)總結(jié)固化后，形成了長效管控機制。

4 結(jié)語

1）通過管控原材料質(zhì)量可以很好地改善原鋁液質(zhì)量，但購買何種品級的原材料，則需要結(jié)合原材料質(zhì)量、價格及生產(chǎn)成本進行綜合考量；

2）通過降低陽極保溫料中鐵含量以及加強電解生產(chǎn)過程的管控力度，電解槽原鋁質(zhì)量也具有較大的提升空間，所以較好的電解生產(chǎn)過程管控水平，也是提高電解槽原鋁質(zhì)量最經(jīng)濟、最有效的辦法之一；

3）陽極周期管理是一個復(fù)雜生產(chǎn)管控過程，需要結(jié)合原鋁質(zhì)量目標及電解槽工藝要求的電解質(zhì)水平高度來綜合設(shè)置殘極厚度，按照“確保電解槽生產(chǎn)工藝和原鋁質(zhì)量穩(wěn)定的同時，最大限度降低炭塊毛耗”的原則來進行管理。