隨著國家對鋁行業(yè)節(jié)能降耗的要求，電解鋁企業(yè)對陰極炭塊的性能要求越來越高，從普通的無定型炭塊，石墨質(zhì)炭塊到現(xiàn)在大規(guī)模的使用石墨化炭塊。鋁用陰極導(dǎo)電性得到很大提高，陰極壓降降低明顯。大多鋁廠陸續(xù)在新開槽和大修槽上使用石墨化程序高的陰極炭塊，從而獲得好的經(jīng)濟(jì)效益，但隨之而來的問題是石墨化陰極炭塊對應(yīng)的各種糊料的要求也要相應(yīng)的變化，才能更好的防止啟動漏爐破損，提高槽壽命，發(fā)揮石墨化陰極炭塊的優(yōu)勢。
石墨化炭塊的特點(diǎn)
對陰極炭塊石墨化的改進(jìn),除導(dǎo)電性能提高外,陰極炭塊材料變化顯著,陰極炭塊的結(jié)構(gòu)材料決定著它的性能變化。一般來說,槽壽命和陰極炭塊休戚相關(guān),陰極破損主要來源于炭塊的受熱應(yīng)力變形,吸鈉膨脹,而石墨化陰極本身的結(jié)構(gòu)性能很好的歸避這些不利方面。
1.1導(dǎo)電性
可知,石墨化炭塊比無定型炭塊電阻率降低近75%,導(dǎo)電性大大增強(qiáng),同時(shí)陰極壓降大幅降低.下圖1為不同炭塊啟動后陰極壓降的變化。
1.2導(dǎo)熱性
研究表明,熱導(dǎo)率(30℃),石墨化炭塊110~130 W/m·K,石墨質(zhì)25~35 W/m·K,隨著石墨化程度增加,導(dǎo)熱性隨之增加,陰極內(nèi)襯材料的保溫性能應(yīng)相應(yīng)加強(qiáng).
1.3鈉膨脹性
從表1可知,石墨化炭塊鈉膨脹率減少了90%,吸鈉膨脹很微弱,帶來的炭塊膨脹很小,大大減少了啟動后期陰極破損的可能性,延長了槽壽命.
1.4熱膨脹性
從表1可知,石墨化炭塊的熱膨脹率減少了20%以上,在焙燒啟動過程中,炭塊受熱膨脹減小,減少了陰極破損的可能性,但與內(nèi)襯扎固糊間的空隙將加大.反而大大增加了啟動漏爐的風(fēng)險(xiǎn).
電解槽內(nèi)襯結(jié)構(gòu)
從自焙槽到預(yù)焙槽,電解槽的內(nèi)襯結(jié)構(gòu)變化很小,隨著電解鋁行業(yè)對經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的要求,電解槽內(nèi)襯材料的影響因素受到很大的關(guān)注,并產(chǎn)生了翻天覆地的變化,特別是石墨化陰極炭塊的大量使用,而材料間的相互影響,相互制約,我們必須重新審視.
我們首先想到的就是銜接各種結(jié)構(gòu)間的糊料,隨著材料的變化,電解槽的糊料是否合適,是否會帶來風(fēng)險(xiǎn).
冷搗糊的特點(diǎn)
(1)采用冷搗糊,不需加熱烘爐,節(jié)約了電能,尤其大修槽,減少了電器設(shè)備在電解廠房的使用,增加了安全性.
(2)不易產(chǎn)生分層,增加了密封性.對于熱搗糊,施工時(shí)間比較長,溫度變化較大,易產(chǎn)生溫度梯度分層(見圖3),在啟動灌入電解質(zhì)后,由于密封性較差,易產(chǎn)生漏爐.
(3)采用冷搗糊,減輕了一次工作量,改善了扎固環(huán)境.而熱搗糊要求苛刻的施工方法,溫度高,工人勞動強(qiáng)度大,施工條件惡劣,嚴(yán)重影響工人的身體健康,同時(shí)對環(huán)境污染大.
冷搗糊的應(yīng)用
1啟動槽壽命的對比
在中青邁公司一期啟動過程中,出現(xiàn)頻繁漏爐現(xiàn)象,認(rèn)真分析總結(jié)后,改變了傳統(tǒng)的熱糊扎固方式,三區(qū)全部使用冷搗糊,再無一例異常漏爐出現(xiàn).表2為冷搗糊與熱搗糊使用情況對比。
2與石墨化陰極炭塊相匹配的冷搗糊扎固方式
從石墨化炭塊的低膨脹系數(shù)的特點(diǎn),結(jié)合電解槽內(nèi)襯圖,我們可知,用傳統(tǒng)的熱搗方式,啟動灌入高溫電解質(zhì)后,扎固人造伸腿密封性差,易產(chǎn)生空隙(見圖4),易分層(見圖3),形成至上而下的液體通道,極大的增加了漏爐風(fēng)險(xiǎn).而使用與石墨化炭塊膨脹系數(shù)相匹配的冷搗糊,不易產(chǎn)生空隙和分層,很好地解決了陰極材料的改變帶來的風(fēng)險(xiǎn)。
結(jié)語
石墨化程度高的炭塊,節(jié)約電能消耗,啟動后期鈉膨脹率低,陰極變形小,延長電解槽壽命.冷搗糊的使用,節(jié)約電能,減少了對環(huán)境的污染;冷搗糊的使用,能適應(yīng)陰極炭塊材料的變化,熱穩(wěn)定性好,有效防止漏爐,延長電解槽壽命。