丁向東

(青銅峽鋁業(yè)股份有限公司，寧夏 青銅峽 751603)

在現(xiàn)代鋁電解工業(yè)的過(guò)程中，陽(yáng)極鋼爪是陽(yáng)極組的重要組成部分，是連接碳陽(yáng)極和鋁導(dǎo)棒的部件。在鋁電解生產(chǎn)過(guò)程中，由于各種原因，陽(yáng)極鋼爪是經(jīng)常發(fā)生的電解液腐蝕現(xiàn)象，鋼爪的腐蝕，磷鑄鐵熔化成液態(tài)鋁，液鋁的品位下降，降低了陽(yáng)極鋼爪的使用壽命，對(duì)生產(chǎn)有不良影響。為了解決陽(yáng)極鋼爪腐蝕的問(wèn)題，冶煉不斷探索研究，研究了各種防止陽(yáng)極鋼爪腐蝕的方法和工藝，最后采用了簡(jiǎn)單實(shí)用的方法，較好地解決了生產(chǎn)中的問(wèn)題。

1 陽(yáng)極鋼爪被侵蝕的原因分析

1.1 陽(yáng)極鋼爪的使用狀況

預(yù)焙陽(yáng)極團(tuán)是電解槽的重要組成部分。電解生產(chǎn)過(guò)程中,鋼爪作為導(dǎo)電體,一個(gè)強(qiáng)大的電流通過(guò),同時(shí)扮演的角色支持和連接鋁導(dǎo)桿、陽(yáng)極鋼爪的工作環(huán)境是非常糟糕的,酸的腐蝕和高溫氣氛很長(zhǎng)一段時(shí)間,基本工作環(huán)境溫度在400℃～600℃,很容易腐蝕,縮短其使用壽命。

圖1 某鋁廠(chǎng)電解質(zhì)“上炕”現(xiàn)象 圖2 某鋁廠(chǎng)陽(yáng)極鋼爪被侵蝕變細(xì)

在電解生產(chǎn)中，當(dāng)陽(yáng)極達(dá)到一定高度并達(dá)到一定使用周期時(shí)，需要及時(shí)更換。當(dāng)使用接近更換周期時(shí)，由于陽(yáng)極接近控制水平，同時(shí)在生產(chǎn)預(yù)焙槽時(shí)，如果電解質(zhì)水平保持較高，高溫液電解質(zhì)很可能被覆蓋在陽(yáng)極表面(通常稱(chēng)為電解液“上炕”)。當(dāng)沒(méi)有保護(hù)上陽(yáng)極鋼爪、強(qiáng)腐蝕性的電解液會(huì)不斷清洗鋼爪,導(dǎo)致鋼爪沖洗好,影響鋼爪的使用壽命,甚至部分磷鑄鐵將沖洗掉。當(dāng)鋼爪被刷細(xì),陽(yáng)極電流分布不均勻,能耗將會(huì)增加。另外，鋼爪侵蝕和磷生鐵熔化到鋁液中，將污染鋁液,使鋁液品位降低，給生產(chǎn)造成不利影響。

1.2 鋼爪被侵蝕的原因分析

根據(jù)陽(yáng)極鋼爪的使用現(xiàn)狀分析,可總結(jié)得出陽(yáng)極鋼爪被侵蝕的原因?yàn)?①陽(yáng)極鋼爪表面覆蓋材料殼塊,上淹沒(méi)了電解液陽(yáng)極時(shí),高溫熔融電解質(zhì)塊覆蓋材料外殼表面的裂縫滲透在陽(yáng)極鋼爪的鋼爪侵蝕鋼爪子的侵蝕的主要原因。②鋼爪熔化的另一個(gè)主要原因是，鋼爪周?chē)臍け砻嫣^(guò)空洞，在電解液淹沒(méi)陽(yáng)極上部后，鋼爪沒(méi)有及時(shí)被壓實(shí)。鑒于上述原因，一家鋁廠(chǎng)采用以下方法防止陽(yáng)極鋼爪被侵蝕。

2 防止陽(yáng)極鋼爪被侵蝕的方法

2.1 調(diào)整電解質(zhì)水平

為防止電解質(zhì)淹沒(méi)陽(yáng)極上部造成對(duì)陽(yáng)極鋼爪的沖涮侵蝕，某鋁廠(chǎng)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，在陽(yáng)極 接近更換周期時(shí),用電解質(zhì)箱取出部分電解質(zhì),降低電解質(zhì)水平。與此同時(shí)，及時(shí)檢查陽(yáng)極鋼爪四周,當(dāng)發(fā)現(xiàn)殼面被電解質(zhì)融化時(shí),用碓子砸實(shí)陽(yáng)極鋼爪四周殼面,用破碎料或氧化鋁蓋好鋼爪四周,防止電解質(zhì)滲透到鋼爪四周。

2.2 使用陽(yáng)極鋼爪保護(hù)環(huán)

為防止“上炕”電解質(zhì)對(duì)陽(yáng)極鋼爪沖涮侵蝕，考慮在陽(yáng)極上部鋼爪周?chē)M(jìn)行保護(hù),具體做法為給鋼爪套上一個(gè)保護(hù)環(huán)，該保護(hù)環(huán)既能起到保護(hù)鋼爪的作用，同時(shí)又可延長(zhǎng)陽(yáng)極鋼爪使用周期，且不污染鋁液。

2.2.1 炭素保護(hù)環(huán)

某鋁廠(chǎng)陽(yáng)極鋼爪炭素保護(hù)環(huán)使用牛皮紙?zhí)篆h(huán)、內(nèi)部填充混配好的炭素原料的形式制作。其生產(chǎn)方法為廢漿、瀝青、廢碳環(huán)、粉碎、按一定比例混合、混合良好的碳環(huán)材料在牛皮紙、頂針、形成碳保護(hù)環(huán)前繞陽(yáng)極鋼爪圈填充。工藝簡(jiǎn)單，裝配到預(yù)焙陽(yáng)極鋼爪槽，采用熱電解電池，使保護(hù)環(huán)軟化后——放電、分解、聚合、結(jié)焦，達(dá)到充分的強(qiáng)度，能有效抵抗電解液的沖刷，達(dá)到防止陽(yáng)極鋼爪腐蝕的目的。

圖3 陽(yáng)極鋼爪炭素保護(hù)環(huán)

2.2.2 氧化鋁保護(hù)環(huán)

某鋁廠(chǎng)陽(yáng)極鋼爪氧化鋁保護(hù)環(huán)使用牛皮紙?zhí)篆h(huán)，內(nèi)部填充新鮮氧化鋁粉，也可采用陽(yáng)極焙燒車(chē)間干法凈化系統(tǒng)出來(lái)的氧化鋁來(lái)制備保護(hù)環(huán)。其制作方法簡(jiǎn)單，且氧化鋁既不會(huì)污染鋁液，又能減少電解槽本身的氧化鋁使用量，成本低，綠色環(huán)保。

圖4 陽(yáng)極鋼爪氧化鋁保護(hù)環(huán)

2.2.3 鋁灰環(huán)

陽(yáng)極鋼爪鋁灰環(huán)，是利用電解鋁企業(yè)鑄造產(chǎn)出的副產(chǎn)品鋁灰來(lái)制作陽(yáng)極保護(hù)環(huán)，其工藝方法為將鋁灰破碎、篩分、壓制成型（兩半圓形）、烘干。安裝時(shí)將兩半圓形鋁灰環(huán)用鋁灰泥漿粘結(jié)對(duì)接包圍在鋼爪上，形成陽(yáng)極鋼爪保護(hù)環(huán)，使用該法制備的保護(hù)環(huán)能夠防止電解質(zhì)過(guò)高而侵蝕鋼爪，起到保護(hù)陽(yáng)極鋼爪的作用。

圖5 陽(yáng)極鋼爪鋁灰環(huán)

3 防侵蝕效果對(duì)比分析

3.1 調(diào)整電解質(zhì)水平效果分析

經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，雖然這個(gè)方法可以解決這個(gè)問(wèn)題的電解液腐蝕鋼爪,但電解槽生產(chǎn)破壞性較大,易引起電解槽在寒冷的旅程,技術(shù)條件很難維護(hù),電解槽頻繁,影響爐底降水增加,長(zhǎng)伸腿,增厚的外殼表面,減少爐、影響生產(chǎn),該方法弊大于利，建議不采用。

3.2 保護(hù)環(huán)效果分析

為分析陽(yáng)極鋼爪在使用不同保護(hù)環(huán)情況下的鋼爪防侵蝕效果，某鋁廠(chǎng)成立專(zhuān)業(yè)小組，分別對(duì)采用炭素保護(hù)環(huán)、氧化鋁保護(hù)環(huán)、鋁灰環(huán)及不使用保護(hù)環(huán)的四種情況下的鋼爪氧化程度進(jìn)行跟蹤和數(shù)據(jù)采集。各選取40組組裝塊，依次對(duì)組裝塊進(jìn)行編號(hào)標(biāo)注，對(duì)每組組裝塊四個(gè)鋼爪直徑進(jìn)行測(cè)量、記錄，在一個(gè)換極周期后，再次對(duì)標(biāo)注的鋼爪直徑數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，對(duì)一個(gè)換極周期前后數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，為后續(xù)陽(yáng)極鋼爪防侵蝕決策提供數(shù)據(jù)支撐。表1為陽(yáng)極鋼爪直徑情況對(duì)比。

表1 一個(gè)換極周期前、后陽(yáng)極鋼爪直徑情況對(duì)比單位：mm

從上表數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)看，在一個(gè)換極周期之后，陽(yáng)極鋼爪氧化程度從大到小依次為不使用保護(hù)環(huán)、氧化鋁保護(hù)環(huán)、鋁灰環(huán)、炭素保護(hù)環(huán)的鋼爪。

總之,如果我們不改變現(xiàn)有的生產(chǎn)技術(shù),提高陽(yáng)極鋼爪侵蝕現(xiàn)象仍然是最直接和有效的方法是保護(hù),不同的保護(hù)鋼爪其防止侵蝕效果是不一樣的,應(yīng)該結(jié)合自身特點(diǎn),選擇最好的方法來(lái)保護(hù)鋼爪子。

4 結(jié)語(yǔ)

電解鋁生產(chǎn)中，采取必要的陽(yáng)極鋼爪防侵蝕措施是必要的。采用調(diào)整電解質(zhì)水平的方法防止陽(yáng)極鋼爪侵蝕,對(duì)生產(chǎn)的破壞性大,得不償失。陽(yáng)極鋼爪保護(hù)環(huán)具有非常重要的作用，它不僅能有效地保護(hù)鋼爪不受電解液的侵蝕和清洗，而且能延長(zhǎng)陽(yáng)極極更換周期，降低煤耗，節(jié)約成本。在具體的使用過(guò)程中，采用不同的陽(yáng)極鋼爪保護(hù)環(huán)。由于使用的原材料不同，其防腐效果和效果也不同。采用何種方式對(duì)陽(yáng)極鋼爪進(jìn)行保護(hù)，需結(jié)合企業(yè)自身特點(diǎn)，選擇簡(jiǎn)單實(shí)用、高效低耗的最佳方式。

筆者認(rèn)為,采用炭素保護(hù)環(huán)對(duì)陽(yáng)極鋼爪進(jìn)行保護(hù)，具有很好的結(jié)塊密封效果，其防侵蝕效果優(yōu)于其它保護(hù)方式。在實(shí)際使用過(guò)程中，鋼爪未出現(xiàn)異常情況，該保護(hù)環(huán)經(jīng)人工進(jìn)行清理收集后，可循環(huán)使用。