电解铝用阳极钢爪浸蘸石墨模式的新探索

收稿日期： 2013-07-13

作者简介： 李国林（1980-），男，工程师，主要从事电解铝生产技术和机电设备管理.E-mail：guolin-Shenhuo@163.com.

摘 要： 针对电解铝用阳极钢爪浸蘸石墨传统模式存在的不足，进行分析、探索和改进，研发了新的模式，解决了石墨粉不能均匀涂在钢爪表面的问题，对降低磷铁压降、利于钢爪与磷铁分离以及保护钢爪不受铁水侵蚀起到非常重要的作用.

关键词： 阳极钢爪； 浸蘸石墨； 螺旋推动搅拌

中图分类号： TF 821 文献标志码： A

New Method Exploration of Anode Steel Claws Dipping in Graphite

LI Guo-lin

（Aluminum Plant of Shen Huo Group Ltd. ， Yong Cheng 476600， China）

Abstract： Analysis， research and improvement was made focusing on the problems and the shortcomings existing in the traditional way of processing electrolytic aluminum by using anode steel claws dipping in graphite. A new method was invented to solve the problem of uneven graphite coating on the surface of steel claws. This method is conducive to reduce phosphorus iron drop， to separate steel claws and phosphorus iron， and it plays an important role in protecting steel claws against molten erosion.

Key words： anode steel claw； dip in graphite； mixing screw propellers

0 前 言

目前，根据生产工艺需要，国内大型电解铝企业大都设有阳极组装车间.即便不单设车间，也有阳极组装班组.阳极组装工艺虽不复杂，但对整个电解铝的生产而言，在指标优化和节能降耗等方面有着重要的作用.因此，需要工艺技术人员不断地探索研究，以便更好地服务于电解生产.本文通过对阳极钢爪浸蘸石墨的传统工艺存在的问题和缺陷进行了详细分析，重点围绕消除缺陷，优化生产工艺展开了多方面的探索和实践，提出并研发了一种新模式，在生产过程中得以实践应用，最终基本实现了自动化，大大优化了生产工艺技术[1].

1 传统模式

在传统工艺过程中，钢爪浸蘸用石墨浆，普遍采用人工搅拌或者压缩空气吹拂搅拌的方法，具体为首先制作一只铁制广口容器，如图1所示.图1中，1为阳极钢爪；2为搅拌棒；3为箱体； 4为石墨浆.将石磨粉倒入该容器内，加入适量的水，然后采用钢管或木棒搅拌，或者通入压缩空气吹拂搅拌.两者工序简单，便于操作，但存在以下问题：（1） 采用木棒搅拌或通入压缩空气吹拂搅拌，不能实现石墨浆在整个容器内连续均匀搅拌，造成石墨浆的成分不均匀，形成分层沉淀；（2） 蘸石墨浆时，由于钢爪较重，容易造成石墨粉成块粘在钢爪底部，四周外壁涂刷不上石墨粉，既浪费人力，又使石墨粉涂刷不饱满、不均匀；（3） 人工连续搅拌10～15次后，石墨浆的浓度和黏合度大大降低，无法满足工艺需要，石墨粉还没有完全利用就必须倒掉，造成一定的浪费；（4） 需要安排专人搅拌，尤其是产能较大的企业，必须增添人员配置，造成人力和工资成本增加；（5） 影响浇注质量.由于石墨粉不均匀，造成钢爪粘连环铁，钢爪与磷铁环压脱不掉，影响阳极导杆正常周转使用，甚至造成大量钢爪报废，增加生产成本，甚至发生损坏残极压脱设备的事故.

图1 传统搅拌装置示意图

Fig.1 Traditional mixing device

2 新模式

2.1 运行原理

针对上述传统工艺存在的问题，经过生产实践的大胆摸索，研发出一种实用型自动搅拌装置.该装置由电力拖动，采用螺旋推动搅拌原理，使石墨粉与溶剂在一固定容器内往复循环流动，并伴有涡流，实现充分搅拌，达到成分均匀的目的.同时通过一些技术措施来限制石墨浸蘸的高度，保证浸蘸石墨的质量，从而提高阳极成品的组装质量，对降低铁碳压降和减少钢爪粘连磷铁环的现象，都有至关重要的作用.

2.2 结构

图2为实用型自动搅拌装置的整体结构示意图.图2中，1为对流口，石墨浆循环流动的通口，可以考虑增加阻力，当减速机速比较小时，还可形成增加搅拌效果的涡流；2为螺旋推动和垂直切割螺杆（搅拌叶轮），是整个装置的核心结构，主要完成石墨浆液体的搅拌和循环流动；3和6分别为搅拌箱体和蘸石墨箱体.搅拌箱体是用于石墨搅拌的密闭容器，防止飞溅和挥发.蘸石墨箱体是完成蘸石墨的场所，根据阳极钢爪数量，确定具体容积大小.根据钢爪的形状，箱体采用厚度为6 mm的普通Q235钢板制作成相应尺寸，在搅拌箱体内安装螺旋推动装置，箱体外侧安装小型电机和减速机，通过减速机给螺杆一定的旋转动力，石墨与溶剂混合液体在箱体内通过三级螺旋推进和二级垂直切割，得到充分搅拌.两个对流口又形成回路，石墨浆在搅拌箱和蘸石墨箱两箱体内连续循环流动，从而保证石墨浆成用的频繁程度，可考虑增加定时控制装置，设定所需搅拌时间，实现间歇自动搅拌，从而减少机械磨损、降低电耗和达到延长设备使用寿命的目的.此改动较为简单，只是在电路控制上稍作优化，可根据实际生产情况选择；4为减速传动机构，根据需要选择合适的速比，以获得良好的搅拌效果；5为电动机，一般选择0.5 kW或0.75 kW即可满足使用需要.

图2 蘸石墨搅拌装置示意图

Fig.2 New mixing device with propellers

该装置用途广泛，可适用于不同形状钢爪浸蘸石墨（3个爪头、4个爪头以及6个爪头）；选材普通，所用钢材、减速机及电动机等材料均为通用部件.石墨粉能均匀地涂刷到导杆组的钢爪端部，对保护钢爪不受铁水侵蚀以及钢爪与磷铁的分离起到非常重要的作用.

2.3 效果对比

新装置于2012年10月应用于生产实践.现将2012年9月和11月的车间生产记录数据进行对比，加权平均后，数据结果见表1.对表1中数据进行分析，发现采用该装置后，带来了可观的效益，增收创效明显.

表1 两种模式效果对比

Tab.1 Comparison of the two methods

2.4 优点

新装置通过一段时间的实践验证，认为具备以下优点：（1） 设备制作简单，制作费用低，运行维护费用低；（2） 石墨浆液（石墨粉）能均匀涂刷到每一个钢爪；（3） 每月减少因石墨不均匀造成磷铁环砸掉而报废钢爪30多个.每个钢爪及焊接费用按1 300元计算，每月可节约4万余元；（4） 石墨浆可以长期连续使用，溶剂挥发少，降低了石墨粉的消耗，每月可节约石墨粉350 kg、节约资金2 000余元；（5） 钢爪浸蘸高度准确、减少浪费，降低消耗；（6） 铁碳压降下降明显，平均下降5 mV；（7） 减少了人员配置，降低人工费用，减少了工人劳动量，体现了企业以人为本的宗旨.

3 结 论

本实用型装置为电解铝工艺生产过程中钢爪浸蘸石墨之用.通过实践应用证明，是阳极钢爪蘸石墨工艺的一次历史革新，使传统落后工艺升级为自动化、科技化工艺，有效解决了制约生产的一系列问题，具备较多的优点，有较大的推广价值.

参考文献：

[1] 李清. 大型预焙槽炼铝生产工艺与操作实践[M].长沙：中南大学出版社，2005.

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