1、1 1、组成、组成 磷生铁是复杂的多元合金，除主要金属Fe外，还含有C、Si、P、Mn、S等元素，它是采用新生铁、锰铁、磷铁、硅铁、石墨粉以及经电解使用后返回的磷生铁（回炉铁）作为原料，经过电炉熔炼最后形成合格的磷生铁。2）磷生铁各合金元素对浇注以及铁环质量的影响 C、Si可以调节铁水的流动性，磷铁浇注的饱满度。Mn可以脱硫，同时调节磷铁的硬度，使铁环紧靠碳碗，不容易松动，脱落。P元素具有调节铁环的脆性，使返回的铁环易于压脱。S是有害元素 这几种元素成分的调整到合理的成分时，可以大大的降低铝导杆的电压降，提高导电性，同时还可以提高铁环压脱机等设备的使用寿命。三、磷生铁的组成及质量三、磷生铁的组
2、成及质量1 1）磷生铁配方的前提）磷生铁配方的前提 熔炼设备磷生铁的设备主要为中频炉。为了便于操作，浇注的铁水出炉后，炉内需预留部分铁水，以提高熔炼速度。因此在生产过程中进行配料的磷生铁除了新生铁、锰铁、磷铁、硅铁、石墨粉以及回炉铁外，还包括炉内预留的铁水。另外，为了补充在熔炼过程中形成炉渣损失以及在电解生产过程中的氧化反应损失，需补充部分新生铁。由于炉子状况及熔炼操作不同，各原料的主要元素成分纯含量及吸收率会各不相同，具体数据应当根据厂方提供的数据及生产实践确定。为了降低生产成本，磷生铁绝大部分来源于回炉铁，其数据可以通过化验结果提取，因此磷生铁的计算主要是针对其它原料的配入量而进行的，如果
3、首次配比，只需剔除回炉铁部分即可。2 2、磷生铁配方、磷生铁配方 由于炉内预留部分铁水，因此在连续作业中，应当在考虑预留铁水容量的前提下，配制磷生铁。2 2）磷生铁加入过程）磷生铁加入过程预留铁水回炉铁硅铁磷铁锰铁新生铁石墨粉磷生铁的计算公式：Q元素纯配入量Q总配方标准-回炉铁投入量某元素化验含量-预留铁水前炉某元素分析结果-新生铁某元素进货含量Q元素原料量Q元素纯配入量/（纯含量*吸收率）3)3)磷生铁的计算公式磷生铁的计算公式 配料计算是感应炉熔炼的一项重要工作，它直接影响到整个熔炼的速度和成品质量，坩埚的寿命以及合金元素的合理利用，正确的配料可为操作人员控制产品的最终成分提供依据。4 4
4、）计算方法）计算方法 近似算法：补加合金量=铁水总量（成品成分炉前分析成分）/（合金成分回收率）例如：中频炉容量为3000Kg，补加FeSi量时，成分要求Si：2.0%，上月分析结果Si为1.2%，采用75%的硅铁补充，其回收率为80%，则需补充合金料为：补加FeSi量=3000（2.0-1.2）%/（75%80%）=40Kg，其它元素量类推。元素的烧结原理以及调整：由于感应炉加热原理是交流电电能热能熔化的过程。从Q=0.24I2RT得知：热量与电流、电阻及时间有关，各种元素在炉内熔炼过程中，会随着热量散发到炉外，或者混入到炉渣中，而产生元素烧损。感应炉的生产实践指出，在整个熔炼过程中，从升温
5、到保温的各个阶段，无论保温时间的长短以及不同温度下，感应炉的各个元素的变化量是很小的。据有关资料：据有关资料：C C约烧损约烧损0.1%0.1%，MnMn约烧损约烧损1%1%，P P约烧损约烧损2%2%。四、磷生铁配方优化四、磷生铁配方优化 1、磷生铁压脱率现状、磷生铁压脱率现状某公司炭素厂组装车间导杆返修率自2019年6月起一直居高不下（导杆返修率及废品分布统计见表1），每天大量导杆周转造成导杆堆放场地紧张，严重地影响了组装正常生产。从表1可知：造成导杆废品的主要因素是开焊和磷生铁压脱不净。开焊通过加强焊接质量就可解决，磷生铁压脱不净需改善磷生铁压脱性能和导杆钢爪表面光滑度。2、磷生铁、磷生
6、铁FeC压降现状压降现状某公司160KA电解槽阳极铁碳压降设计为162mv，公司所测实际值为：钢爪未经清理测量平均值180mv，（由于钢爪没有清理干净，其中一部分压降不是由于磷生铁因素引起），其中大于162mv占72%，钢爪简单清理后测量值平均151.43mv，其中大于162mv占16%（铁碳压降测量数据见表2）。由于磷生铁配比不合理，使铁碳压降升高。据有关资料1显示合适磷生铁合金配比，能够将铁碳压降降到120mv左右。而某公司测试经简单清刷的阳极铁碳压降为151.43mv，尽管比设计值162mv要低，但与120mv相比还有较大降低空间。另外在浇铸好的阳极中存在松动、磷铁裂缝、脱极的现象。3、
7、磷生铁成份现状、磷生铁成份现状对组装回炉铁的三种组成（磷铁环压脱、电焊切割、铁锤敲打）进行随机取样分析，从表3数据可知：磷铁环压脱、电焊切割、铁锤敲打的碳含量相差较大，由此可见磷生铁成份对其压脱性能影响较大，通过调整加入磷生铁的合金数量来调整磷生铁成份，以改变其压脱性能。另外，铝导杆与炭块是通过浇铸磷生铁连接到一起的，因此磷生铁的理化性能直接影响其连接强度和导电性。通过调整各元素含量可改善磷生铁热膨胀系数和电阻率，从而提高组装阳极浇铸质量，并且降低铁碳压降。根据有关文献介绍2：通过改善磷生铁成份减少裂纹、降低铁碳压降。增加磷生铁C含量，适当调整Si、P含量，且碳当量充分接近4.3%，可得到磷生
8、铁低热膨胀系数，低电阻率，从而大大降低炭阳极铁碳压降；在相关试验获得了磷生铁电阻率降低85.7%的结果。某公司磷生铁碳当量：99年为4.05%、2000年为3.9%；2019年为3.8%，因此需要提高碳含量。（磷生铁实际成份统计见表4）4、磷生铁成份优化正交试验、磷生铁成份优化正交试验（2）、试验方法）、试验方法 按试验配方进行磷生铁配比，在组装进行阳极浇铸、标识，运至电解上槽试验，电解使用七天时进行测量铁碳压降，然后残极返回时进行磷生铁压脱试验。Mn确定在0.60.9的范围内，对C、P、Si三元素进行L34正交试验，以确定最佳磷生铁配方 正交试验表头设计 表6 水平 （）（）（）C2.83.
9、23.6P1.21.41.6Si22.42.8试验结果试验结果根据正交试验结果：根据正交试验结果：保证磷生铁良好压脱性能的最佳试验配方（C 3.2%、P1.6%、Si2.0%）与数据分析配方（C3.2%、P1.6%、Si2.0%）一致，直接运于大规模实际生产；保证磷生铁铁碳压降最低的试验配方（C3.2%、P1.2%、Si2.4%）与数据分析配方（C3.2%、P1.2、Si2.0%）不一致，再做两炉补充试验进行检验，结果见表8，保证磷生铁铁碳压降最低的最佳配方为：C3.2%、P1.2%、Si2.0%。综合上述试验结果，可以确定较优磷生铁性能的最佳配方范围为：C 3.03.5%P 1.21.6%S
10、i 1.82.4%Mn 0.60.9 S 0.15试验配方与分析配方验证试验数据统计 项目试验配方数据分析配方铁碳压降（mv）123.2114.474、试验配方组装试生产、试验配方组装试生产2019年3月1日起，在组装车间采用试验配方（C 3.03.5%P 1.21.6%Si 1.82.4%Mn 0.60.9 S 0.15）大规模试生产，以检验试验效果。2019年612月对试验前磷生铁无法压脱率和铁碳压降数据进行统计得出：无法压脱率为3.78，铁碳压降为148.46mv。组装大规模生产铁碳压降平均值为117.21mv，无法压脱率为2.7，分别较试验前降低了31.25mv和1.08。磷生铁成分优
11、化效果对比磷生铁成分优化效果对比五、复合磷生铁成分的优化五、复合磷生铁成分的优化 1、试验主要原料、试验主要原料主要原料有：新生铁、磷铁环、硅铁、锰铁、磷铁、增碳剂、造渣剂、复合材料等。新生铁%：C(4)S(0.04-0.05)Mn(0.1-0.5)P（0.10-0.20）Si(1.40-1.60)磷铁环%：C(1.56)S(0.5)Mn(0.5)P（0.68）Si(2.52)硅铁%:Si(73.2)P（0.04）S(0.02)Mn(0.55)C(0.02)锰铁%:Mn（70.0-75.0）C(7.0)S(0.03)P(0.38)Si(3.0)磷铁%：P（24.81）C(0.03)S(0.02
12、)Mn(0.06)Si(1.3)增碳剂：碳（95%）挥发分（1.08%）灰分（0.29%）粒度（500目）造渣剂：SiO268%Al2O3 1215%Fe2O3 0.20.5%Na2O 24%2、试验仪器、试验仪器序号名称规格及要求3快速热电偶显示仪河南思达，LDT-2000数字显示智能仪4快速热电偶河南思达，LDT-2000数字显示智能仪（专配快速热电偶）5石墨圆柱80mm、H60mm6圆钢棒10mm、长400mm7红外线测温仪3、测试方法、测试方法 作为比较的试验极和对比极，尽量放在同槽相邻位置或不同槽的相同位置，并记录上槽时间，待阳极上槽正常后（一般上槽3天后），用红外测温仪测量铝导杆表
13、面温度T表，用等距叉及毫伏表测定铝导杆等距压降V等距，用测量棒和毫伏表测V(Fe-C)，每天测一次，测一个阳极工作周期，由测得的T表、V等距、VFe-C值，计算阳极Fe-C接触电阻和阳极Fe-C压降。T表：用红外测温仪测量铝导杆表面温度T表时，红外测温仪一定要垂直对准铝导杆表面，黑度系数为0.3。V等距：用量程为0100mV毫伏表，测量V等距，用厚度为1.52mm的铁板做磁屏蔽盒。测试时，探头一定要扎紧导杆表面，读表时，指针一定要稳定时才能读数。V(Fe-C)：用量程为0300mv毫伏表，测量V(Fe-C)，用厚度为1.52mm的铁板做磁屏蔽盒。测试时，探头一定要扎紧钢爪和圆钢棒，读表时，指针
14、一定要稳定时才能读数。4、试验方案、试验方案第七、预焙阳极生产微量元素控制第七、预焙阳极生产微量元素控制一、微量元素对煅后焦质量的影响一、微量元素对煅后焦质量的影响1、微量元素对煅后焦二氧化碳反应性的影响、微量元素对煅后焦二氧化碳反应性的影响 从图1中看出，煅后焦的二氧化碳反应性随着微量元素钠，钙含量的增加，反应消耗增加，二氧化碳反应性变差。从图2中看出硫对钠，钙有一定的抑制作用，但从图4的情况看，硫含量增加后，二氧化碳反应性变差，从以上四图经验公式的斜率看出，煅后焦中硫对二氧化碳反应性的破坏作用大于对它对钠，钙的抑制作用。这种情况同铝用阳极生产行业总结出来的在硫的作用方面存在差异，是否同石油
15、焦的煅烧方式有关？这需要进一步的探讨。2、微量元素对煅后焦空气反应性的影响、微量元素对煅后焦空气反应性的影响从图1看，矾含量集中在60ppm的点较多，在该点时的点火温度波动比较大，最低的点火温度为585，最高609，平均596，只有一个点矾是超过100ppm，即矾113ppm，点火温度585，从图中趋势线上看，矾对点火温度的影响是随着矾含量的增加，点火温度降低，基本符合业内专家对矾作用的评价。从图3看，钠对点火温度的关系为负相关的关系，在这个图中，我们用简单线性关系描述了钠和点火温度的关系，即点火温度随着钠含量的增加而降低。从图5看，硫在局部的趋势有着提高点火温度的作用，从图的整体情况看，硫和
16、点火温度形成的点比较散乱，偏差较大。从趋势线上看，硫含量增加后并没有提高点火温度，这同业内专家总结出来的规律相反，造成这种现状的原因是否跟煅烧方式有关系，需要我们进一步在实践中探索。丛图2、4看，硫、钠对空气反应性的影响同它们对点火温度的影响效果相似。从图6看，点火温度和空气反应性的关系是明显的线性关系，经验公式的相关系数达到了0.92，尽管数据相对较少，但规律很明显，这同业内专家总结出来的规律是一致的，可指导大生产。二、微量元素对焙烧块质量的影响二、微量元素对焙烧块质量的影响1、对焙烧块空气反应残余率的影响、对焙烧块空气反应残余率的影响 从图1看，熟块的空气反应性随着矾含量的增加而降低，在矾
17、低于90ppm时，熟块的空气反应残余率高于90%，因此，控制原料中矾的含量是提高阳极空气反应性的关键。从图2看，通过对Na/S的结果进行了自然对数的换算，降低测试误差对数值的影响，由此找出空气反应残余率同Na/S的关系。从图3、4看，钠对阳极空气反应残余率的影响远高于硫对钠活性的抑制作用，当钠含量低于120ppm时，空气反应残余率高于90%。因此，在硫含量稳定的情况下，尽可能的降低钠含量，可以提高阳极的空气反应残余率。在现有的工艺条件下，通过稳定原料中硫含量，把熟块的矾控制在90ppm以下、钠含量控制在120ppm以下，同时尽可能提高罐式炉煅烧焦的用量，是保证阳极空气反应性的有效措施。根据熟块
18、矾、钠含量的潜在需求，考虑到工序污染的因素，推算出煅后焦的矾应控制在96ppm以下，钠控制在61ppm以下。2、微量元素对焙烧块、微量元素对焙烧块CO2反应残余率的影响反应残余率的影响从图1、4、5看，钠、钙对阳极二氧化碳反应残余率的影响较大，其中钠的影响远高于钙，从图1、2、5、6看，硫对钠和钙有一定的抑制作用，但效果不明显，这可以从经验公式的斜率上看出来。从图3看，当硫含量处于1.21.4%时，二氧化碳反应残余率多数集中在低点，单单从该图上看，要想提高阳极的二氧化碳反应残余率，就需要把硫的含量控制1.2%以下或1.41.5%间，这样才有可能把二氧化碳反应残余率提高到84%以上。三、微量元素
19、各工序变化趋势三、微量元素各工序变化趋势三、微量元素生产控制依据及方法三、微量元素生产控制依据及方法1、微量元素生产流程变化基本理论 根据进厂石油焦取样分析的结果，根据炭阳极生产技术规程的要求，按一定比例进行煅前混配料，保证原料满足生产技术要求。原料经煅烧后，因挥发份的分解逸出和缩聚结焦，造成除S以外的其它各种元素按理论富集。煅后焦微量元素=煅前料微量元素/煅烧实收率。在成型过程中，在没有外污染的情况下，中碎分级过程向小颗粒集中富集，但其平均值保持一致。在混捏过程加入灰份（微量元素）较低的沥青后，使微量元素扩散。根据各种微量元素性质不同进行不同程度的扩散。可用公式来表达：煅后焦含量*配比+沥青
20、含量*配比+残极含量*配比。生坯成型后，没有外污染物进入。在焙烧过程中，沥青中挥发物挥发，微量元素进一步富集，其富集比可用公式来表示：生块含量/焙烧实收率。2、生产过程中污染环节、生产过程中污染环节 在生产过程中，物料不可避免地受不同过程的污染，污染源主要来自环境中的粉尘、冷却水、煅后焦内衬等，而污染元素与环境状况有关（水质、厂区周围工厂等），污染过程如下：（1）原料在运输、转运、存放过程中，灰尘混入，引起 Si、Fe、Ca 等的污染。（2）在煅烧过程中，原料对回转窑内衬冲刷侵蚀，造成Fe、Si、Ca、Al等污染。（3）煅烧收尘粉引起 Si、Fe、Ca 等的污染。（4）煅后焦直冷水引起Na、C
21、a 等的污染。（5）成型过程中中碎、球磨系统封闭，使得大颗粒微量元素降低，向小颗粒富集。并且破碎制粉系统设备磨损进入流程会引起Fe污染。（6）成型收尘粉引起 Si、Fe、Ca 等的污染。（7）残极、生碎线外存放会引起污染，配料过程中加入，带入Fe、Si、Na、Ca污染。（8）混捏时加入沥青，其中的微量元素含量较低，基本属于微量元素不扩散过程。（9）生块成型后，在水中冷却，水中灰份在生坯表面和微孔中沉积。生坯吸水量在5Kg左右，会引起污染。（10）生块检验标识会引起Ca污染。（11）焙烧过程中，没有外来杂质混入阳极制品中，制品内部基本不污染，而只有富集过程。（12）焙烧取样过程中，取样刀具磨损会
22、引起Fe污染。（13）焙烧取样过程中，刀具冷却水会引起污染。（14）焙烧块检验标识会引起Ca污染。第八、开槽阳极第八、开槽阳极一、开槽阳极的发展一、开槽阳极的发展 在过去50年电解铝技术发展的过程中，阳极重量持续增长，大约每1O年阳极重量增加一倍。上世纪8O年代，电解槽电流达到180 kA，阳极重量达到1200 kg，之后尽管电流在不断增加，但阳极重量维持不变甚至减少。阳极重量的增加存在两个问题：热冲击导致阳极的角部开裂；阳极底部的气泡排出困难，导致电解槽电阻升高。为解决大尺寸阳极所带来的阳极角部开裂的问题，开始试验使用开槽阳极。开槽阳极在使用过程中除了可以有效地减少由于热冲击所造成的应力集中
23、致使阳极开裂外，还可以有效地降低电解槽的压降，提高电解槽的稳定性等。因此在此基础上，各厂根据自身的阳极制造与电解的技术特点，开始试用开槽阳极。开槽阳极的使用不再仅限于大电流及大阳极尺寸，从Hindaleo很古老的Kaiser小电流预焙槽到大型的AP30改进型电解槽都在使用。国内四川眉山启明星铝业公司首家全系列采用开槽阳极，大部分工厂目前正在或准备使用。1、Hindalco厂采用的是上世纪50年代的Kaiser小电流预焙槽，阳极尺寸为675 mm(1)x405 mm w)x640 mm(h)。2019年8月到2019年3月，该厂11个系列全部逐步改为由振动成型机成型的纵向开槽阳极。采用开槽阳极后
24、，平均槽电压由原来的4495V降为4388 V，降幅为0107 V，吨铝节电348kW h。2、Alcoa铝业公司2019年开始试用开槽阳极，并建立评估最佳阳极开槽的物理模型，根据不同的电解技术采用不同大小、方向及形状的开槽阳极2019年几乎所有的预焙阳极电解槽全部采用开槽阳极。其典型的效果为：噪声电压由025 V降低到02 V，降幅为20；槽电压最大降幅达150 mV：电流效率提高05：炭阳极的净消耗在一2520间波动。3、Albras铝业公司2019年开始使用开槽阳极到2019年超过540台槽已使用成型的横向开槽阳极。使用后阳极开裂显著减少；将槽内粘附的填充焦清理后，开槽与未开槽阳极的长包
25、数量相当：槽电阻降低01 Q；槽温下降约5 oC；电解槽的电流从174kA强化到176 kA。通过阳极制造工艺的调整，生碎与焙烧碎的数量与未开槽阳极相当。4、挪威Elkem Aluminium MosjOen铝厂2019年开始试验使用开槽阳极，2019年2月在2系列的2个电解厂房共158台槽试用，使用时出现了试验时未出现的问题，使用4个月后重新回到不开槽阳极。虽然槽电压等也同样降低，但也带来不少问题，如原来预计的阳极更换周期由于开槽阳极重量减少更换周期缩短06 d。但实际运行时由于掉渣等原因更换周期缩了2 d；铝液中的铁含量从70010 猛增至(9001 000)104：电解槽的平均温度上升约
26、5C。根据经验，槽温的上升使用平均电流效率降低约1：槽温高于975 oC的槽数由平均3增加至10。在停止用开槽阳极后3个月其才恢复到正常的状态。5、四川眉山启明星铝业公司在300 kA电解槽使用开槽阳极，电流效率一直维持在94以上的较高水平。6、兰州铝业公司使用开槽阳极并与其他电解槽技术结合，电解槽的电流由200 kA提高到了220kA阳极电流密度达到0768 Acm。7、山西华泽铝点有限公司使用开槽阳极并与其他电解槽技术结合，电解槽的电流由300 kA提高到了320kA二、开槽阳极的作用二、开槽阳极的作用 1、开槽阳极对电解生产的有利作用、开槽阳极对电解生产的有利作用开槽阳极最先使用是为了解
27、决新更换到电解槽的阳极出现的角部裂纹问题。降低阳极过电压，节省电能：由于阳极底部的气体排出顺畅，可以降低阳极的过电压，从而可以起到节省电能的作用。以降低阳极的实际电流密度，减少阳极效应的发生：由于阳极底部有很大一部分面积被气体覆盖，所以阳极底部的实际电流密度要大于阳极的表观电流密度，阳极开槽后，气体的顺利排出，可以增加电解质与阳极的接触面积，降低实际的阳极电流密度，减少阳极效应的发生开槽阳极通过改善电解质的流动场，来改善电解槽的温度场。使电解槽中间更热，边部更冷，有利于边部结壳。阳极开槽后，高温高热的电解质流到了电解槽的中部，与中部下料的冷的氧化铝结合后，改善了中缝部氧化铝溶解区域的温度场。改
28、善氧化铝的溶解，减少沉淀，提高了氧化铝的溶解速度。此外，由于阳极气体大部分从中缝排出，上升的气流与下沉的氧化铝相遇，对下沉的氧化铝起到了上托作用，延长了氧化铝的溶解时间，减少了氧化铝的沉淀。改善阳极底部的散热状态，有利于电解槽的热平衡：由于阳极底部气体的排出速度加快，带动阳极底部的高温电解质从中缝排出，加快了阳极底部的散热，使电解槽的热平衡更加平稳，2、开槽阳极对电解生产的不利因素、开槽阳极对电解生产的不利因素 铝电解槽各参数互相影响。一个参数变化会导致整个系统相应进行调整，如果调整不当，会对电解带来很大的负面影响：(1)由于阳极开槽，整块阳极的重量减少，需要采取一定的措施如提高阳极密度，缩短
29、阳极更换周期或加大阳极高度来适应。(2)由于开槽使暴露于C02 气氛中的阳极表面积增加，如果原有阳极质量本身存在掉渣问题。将使电解的生产情况更加恶化，由此带来因过多掉渣所引起的电流效率降低、槽温升高等一系列问题。(3)由于气泡压降降低，整个电解槽的热平衡发生变化，如果相应的工艺调整不配套，会对电解生产带来不可预见的影响。铝电解过程中，阳极气体(主要为C02)的产生量为098120 kg(m h)(由电解槽电流密度决定)。阳极气体产生后到排出的过程气泡逐步长大的过程，由于阳极气体不导电气泡在阳极底部的积聚将导致槽电压的升高。根据文献报道，由气泡层产生的电压降可以由下式计算：Vbub=i/Kdb/
30、(1-)-db式中：Vbub_ 阳极气体所产生的压降；i 阳极电流密度：db气泡的厚度；气泡覆盖面积除了电流密度外，电解质的化学成分(氧化铝浓度、分子比等)对阳极气体CO2：的润湿性起决定性的作用，进而影响气泡的覆盖面积。阳极气体在阳极底部形成气泡到排出将导致气泡压降从最小到最大。表现的形式为频率约1Hz电压噪声。根据计算及实测，气泡电压的平均值约300mV。而噪声的频率与阳极宽度存在直接的关系，从直观上也可得到印证，即阳极越宽，气泡从产生到从阳极的垂直壁面排出所走的路程越长，因此在阳极的底部越容易形成大而厚的气泡。表现为气泡压降的频率越低(或周期越长)，噪声越大。对于电解槽上的单块阳极来说，
31、单块阳极的噪声直接反应在其上通过的电流，变化频率即为气泡压降的频率(或周期)，变化的幅度即为噪声电压的幅度。3、开槽阳极的理论基础、开槽阳极的理论基础使用开槽阳极，相当于将阳极的宽度变小。可以使阳极气体的气泡变小，气泡从产生到排出的路程缩短，相应地缩短排出时间。通过适当的开槽形式的设计，可以使式(1)中气泡的厚度及气泡覆盖的面积最小化。从而使气泡压降降低。使用开槽阳极可降低的气泡电压值与阳极的原有宽度有关。根据气泡理论阳极尺寸越小越有利于电解生产但由于电解生产过程及整个电解槽的设计是一个复杂的系统工程，尤其是随着电解槽电流的不断加大，在增加阳极尺寸的同时，阳极块数也在不断增加。如果对大电流电解
32、槽采用小尺寸的阳极会对生产管理及电解生产带来许多影响，因此在电解槽设计时需要对各方面因素进行综合考虑。三、开槽阳极的形式三、开槽阳极的形式 严格意义上讲，开槽的大小、形状、方向应与电解技术紧密相关，不同的电解技术其最佳的开槽配置应是唯一的，但同时应考虑阳极制造过程，以最小的代价得到最大的效益。开槽阳极的制造可以在生阳极成型时开槽，也可以在阳极焙烧后再开。生阳极制造时开槽与成型阳极的推出方向有关，也与焙烧过程中阳极装炉方式有关。采用生阳极开槽时，槽的形状通常为各个方向都带有锥度。以利阳极成型后脱出，同时推出的方向也制约了槽的方向。采用阳极焙烧后开槽，槽的大小、形状、方向等完全可以按照特定的电解技
33、术的最佳开槽方式进行，但会带来焙烧碎增加，加工过程由于锯片的消耗导致较高的加工成本等问题。1、开槽方式的对比、开槽方式的对比序号开槽的方向 数量和位置 宽度高度备注1纵向阳极宽度在700mm以下在中央开一条槽10-25mm150-400mm阳极宽度在700mm以上的开两条槽，相距350-500mm2横向在每半块的中心开两条10-25mm150-400mm在满足电解生产需求的前提下，降低成型开槽高度，一方面可以提高生阳极质量，降低废品率；另一方面可以增加阳极重量，延长换极周期。2、生阳极开槽、生阳极开槽 优点：优点：(1)不需要额外的设备进行槽加工；(2)不需要设置额外的装置进行加工槽粉尘的收集
34、、运输 缺点：缺点：(1)槽方向受制于成型阳极的推出方向；(2)糊料与隔板的摩擦及糊料的移动，使槽周的密度变化及出现应力。焙烧后阳极的密度下降，空气渗透性增加。(3)开槽阳极对运输等过程中所导致的阳极损坏更加敏感，这将使返回料增加。(4)顺着开槽方向的垂直裂纹增加；(5)在焙烧过程中，填充料充填开槽及在其表面粘结，对槽的清理很棘手甚至需要专有的设备。如果未清理的槽的开槽阳极进入电解槽，将导致额外掉渣，很可能会使电阻增加，电流效率降低；(6)成型块的槽宽度(宽到25 mm)比加工槽的宽度宽，焙烧后阳极的整个重量减少，使阳极的更换周期变短：(7)与不开槽阳极相比，生碎增加04，焙烧碎增加O2。3、
35、焙烧阳极加工开槽、焙烧阳极加工开槽 优点：优点：(1)开槽方向灵活，可以根据电解槽的具体情况决定开槽的形状及方向：(2)阳极底部质量均匀，不存在成型槽的阳极密度偏差及应力；(3)机加工槽的机械性能稳定，运输等过程导致的损坏可能性不大，不会增加返回废料；(4)不存在填充焦粘槽现象，不需要槽清理机，不会产生电解槽内的额外掉渣而导致的电流效率降低等问题：(5)槽宽度较小，不会出现成型槽阳极重量的较大变化，对阳极更换周期的影响较小。缺点：缺点：(1)额外的加工过程需要另外的开槽设备；(2)加工时不允许使用水，因此加工过程中需要对产生的粉尘进行捕集；(3)阳极的加工碎多，需要设置加工碎的收集与返回系统：
36、(4)锯片的寿命在很大程度上直接影响加工的成本：(5)与不开槽阳极比，焙烧碎增加达02。4、生阳极与焙烧块开槽效益比较、生阳极与焙烧块开槽效益比较由表4可见，纵向开槽优于横向开槽，减少的电压降值用于增加系列电流时可以使整个厂的利益最大化。成型开槽总的成本低于焙烧加工开槽。如果原有阳极质量差，采用开槽阳极会造成电流效率降低，严重影响效益。5、某公司使用开槽阳极使用效果、某公司使用开槽阳极使用效果（1）、降低阳极消耗）、降低阳极消耗实施前后阳极消耗情况实施前后阳极消耗情况类 别阳极毛耗kg/t-Al阳极净耗kg/t-Al使用前（2019年）577.372448.681使用后（2019年）540.4
37、31412.246从上表可以看出，优质阳极配方和开槽阳极课题实施后，阳极电解毛耗降低了36.941kg/t-Al，阳极电解净耗降低了36.435 kg/t-Al，成果显著。（2）、电解槽运行更加稳定）、电解槽运行更加稳定由于沟槽贯穿阳极底掌，减小了流体在阳极周围的阻力，可使流体运动更平稳，有效抑制槽电压的摆动和针振，使电解槽的运行更加稳定。（3）、改善电解槽温度场，减少氧化铝深沉）、改善电解槽温度场，减少氧化铝深沉通过改善电解质的流动场，进而也改善了电解槽的温度场。电解槽中间会更热，边部更冷，有利于边部结壳，同时改善氧化铝的溶解，减少沉淀。这主要是因为阳极开槽后，高温高热的电解质流到了电解槽的
38、中部，与中部下料的冷的氧化铝结合后，改善了中缝部氧化铝溶解区域的温度场，提高了氧化铝的溶解速度。此外，由于阳极气体大部分从中缝排出，上升的气流与下沉的氧化铝相遇，对下沉的氧化铝起到上托作用，延长了氧化铝的溶解时间，因此减少氧化铝的沉淀。（4）降低阳极效应系数）降低阳极效应系数由于阳极底部有很大一部分面积被气体覆盖，所以阳极底部的实际电流密度要大于阳极的表观电流密度。阳极开槽后，气体的顺利排出，可以增加电解质与阳极的接触面积，降低实际的阳极电流密度，减少阳极效应的发生。（5）提高电流效率）提高电流效率阳极气体从沟槽顺利排出，可以减少阳极底部电解质的含气程度，还可减缓电解质的湍流程度，从而减少铝液
39、被二氧化碳气体氧化的二次反应的发生，从而提高电流效率。（6）降低阳极过电压，减少电能损耗）降低阳极过电压，减少电能损耗由于阳极底部的气体排出顺畅，可以降低阳极的过电压，从而可以起到节省电能的作用。第九、阳极压降第九、阳极压降前言前言电解槽槽电压由阳极压降、母线压降、电解质压降、炉底压降、效应平均升高压降、连接母线均摊压降组成；阳极压降由导杆组压降、阳极炭块压降和阳极与磷生铁的铁炭压降组成（A公司阳极压降见表1），A公司300KA电解槽初步设计电解槽槽电压为4.18V，阳极压降333mv1。2019年A公司槽电压为4.23v、阳极压降为414.4mv，都超过设计值，尤其是阳极压降超过设计值81.
40、4mv，造成了电解能耗的极大浪费，吨铝成本升高80元。一、阳极电阻率对压降的影响一、阳极电阻率对压降的影响 挑选202块焙烧块，电阻率在4990m，进行浇铸组装，在A公司上电解槽使用三天后，进行炭块压降测试（测试结果见表3），测试结果表明，随着焙烧块电阻率的增加，炭块压降随之增加。通过数据回归分析，阳极电阻率与压降存在以下线形关系：U阳极炭块压降阳极炭块压降=3.405阳极电阻率阳极电阻率47.4。对单个电解槽而言，20组阳极并联于阳极母线与槽底阴极之间（电解槽简单电路示意图见图2），可推导出电解槽阳极总电阻与单个阳极电阻存在以下关系：R0电解槽阳极总电阻；R1、R2、R3、R20单个阳极电阻
41、；要使电解槽阳极压降小，必须降低20组阳极总电阻R0，且使R1、R2、R3R20都相等。因此降低阳极电阻率和保持电阻率的均一性，能降低阳极炭因此降低阳极电阻率和保持电阻率的均一性，能降低阳极炭块压降。块压降。1、300KA电解槽阳极压降电解槽阳极压降2、300KA电解槽阳极组压降电解槽阳极组压降对单个阳极组而言，根据图2，依据电解铝工艺技术标准，可推导出阳极压降与阳极电阻率存在以下关系：P阳极电阻率m；L阳极有效通电长度m；S阳极截面积m2；A阳极电流密度A/cm2；315电解槽电流KA；40组每台电解槽上阳极数量；0.623m阳极高度；0.115m阳极炭碗高度；0.15m阳极浸入电解质深度；
42、1.55m阳极长度；0.66m阳极宽度；从式（3）看出，阳极炭块压降不仅与炭块电阻率有关，还与阳极电流密度、阳极有效通电长度有关。要降低阳极炭块压降，应降低阳极电流密度，要降低阳极炭块压降，应降低阳极电流密度，降低阳极有效通电长度即降低阳极高度或增加阳极浸入电解质的深度，这降低阳极有效通电长度即降低阳极高度或增加阳极浸入电解质的深度，这些又与电解槽增产和延长换极周期相抵触。因此要获得较好的电解槽经济些又与电解槽增产和延长换极周期相抵触。因此要获得较好的电解槽经济效益，要处理好电解强化电流增产、增加阳极高度延长换极周期与增加阳效益，要处理好电解强化电流增产、增加阳极高度延长换极周期与增加阳极压降
43、之间的关系。极压降之间的关系。对比阳极炭块压降实测与理论计算关系式（1）、（3）可知，两式都说明了阳极炭块压降与炭块电阻率成正比关系，尽管两式斜率存在一定的差异，这种差异是由于电解铝工艺技术标准与电解槽实际控制值之间的差异造成的；实测关系式（1）由于测量方法的不精确，导致实测值存在系统误差，即关系式（1）截距47.4m。（3）二、磷生铁成份对铁炭压降的影响二、磷生铁成份对铁炭压降的影响铝导杆与炭块是通过浇铸磷生铁连接到一起的，因此磷生铁的理化性能直接影响其连接强度和导电性。通过调整各元素含量可改善磷生铁热膨胀系数和电阻率，从而提高组装阳极浇铸质量，并且降低铁碳压降。（磷生铁成分对铁炭压降的影响
44、见图3）根据有关文献介绍4：通过改善磷生铁成份减少裂纹、降低铁碳压降。增加磷生铁C含量，适当调整Si、P含量，且碳当量充分接近4.3%，可得到磷生铁低热膨胀系数，低电阻率，从而大大降低炭阳极铁碳压降；在相关试验获得了磷生铁电阻率降低85.7%的结果。另外，在磷生铁成份中增加0.51%稀有元素，可降低磷生铁热膨胀系数，提高导电率。三、上电解槽使用时间对铁炭压降的影响三、上电解槽使用时间对铁炭压降的影响通过对阳极上槽使用后不同时期的铁炭压降测试结果表明，随着上槽使用时间的增加，铁炭压降呈下降趋势，初期降幅较为明显，随着上槽时间的增加，铁炭压降逐渐趋于平稳（见图4）。通过大量数据分析结果表明，在上槽
45、使用前10天时间内，铁炭压降约降低2mv/天。四、浇铸温度对铁炭压降的影响四、浇铸温度对铁炭压降的影响磷生铁浇铸温度过高对钢爪冲刷加剧，造成钢爪不平；另外，浇铸温度也影响涂石墨层冲刷和氧化程度，影响磷生铁和钢爪的接触，从而影响铁碳压降。在C公司进行的浇铸温度实验表明，随着浇铸温度的升高，铁炭压降呈升高趋势。五、浇铸方式对铁炭压降的影响五、浇铸方式对铁炭压降的影响投产初期，A公司由于浇铸站设备运行不正常，浇铸质量不稳定，存在着浇铸不饱满、过饱满以及磷铁环浇铸不完整等缺陷。相反土法浇铸由于工人责任心较强，从而避免了以上浇铸缺陷。因此土法浇铸较自动生产线浇铸站浇铸的阳极组铁炭压降低。themegallery
