CN109023423A - 一种500kA铝电解槽生产高品质Al99.90产品的方法 - Google Patents
一种500kA铝电解槽生产高品质Al99.90产品的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及铝电解生产技术领域,特别是一种使用传统电解设备500kA铝电解槽生产高品质Al99.90产品的方法。通过改进电解铝生产的具体工艺步骤,控制铁、硅等杂质含量,增加封阳极与壳面覆盖料氧化铝占比,提升对破碎料的除铁效果,使用优质干法氟化盐,采用抗气温变化的铝电解生产工艺技术条件,稳定保持炉帮厚度和电解质水平,使用无污染氧化铝质阳极钢爪保护环,采用专用出铝、混合炉和铸造设备技术,生产成高品质Al99.90以上产品。无需设备全面升级,使用传统设备500kA铝电解槽便可生产高品质Al99.90产品。
Description
技术领域
本发明涉及铝电解生产技术领域,特别是一种使用传统电解设备500kA铝电解槽生产高品质Al99.90产品的方法。
背景技术
传统500kA铝电解槽仅可产生最高标准Al99.88产品,尚无使用传统500kA铝电解槽生产高品质Al99.90产品的相关文献和公开技术。而高品质Al99.90产品市场价格高出Al99.70约400元/t以上、高出Al99.85约320元/t以上。
高品质Al99.90产品属于原重熔用铝锭国家标准的最高品级牌号,现将高品质Al99.90产品纳入正在修订的重熔用精铝锭行业标准,如能生产高品质Al99.90产品,则使铝电解生产技术水平再上新台阶,对实现技术和产品品质大幅度提升具有重要推动作用。
发明内容
本发明解决现有技术的不足,提供一种成本可控、生产效率高、品质大幅提升的500kA铝电解槽生产高品质Al99.90产品的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案为:
一种500kA铝电解槽生产高品质Al99.90产品的方法,包括如下步骤:
A、氧化铝原料选择
氧化铝化学成分符合冶金级氧化铝行业标准一级品YAO-1要求,其中Fe2O3含量不超过0.01%;
B、炭阳极选择
不添加残阳极所生产的炭阳极,炭阳极应达到一级品标准,炭阳极中的杂质含量Fe≤250PPm、Si≤230PPm、Ca≤70PPm、V≤410PPm、Ni≤270PPm、Na≤200PPm、S≤2.0%、Zn、Pd、Ti等杂质每种≤40PPm;
C、增加封阳极与壳面覆盖料氧化铝占比
增大保温覆盖料中氧化铝含量,减少破碎料比例,破碎料仅用于打底和收边造型,其余使用氧化铝做保温和防止阳极氧化的覆盖料,覆盖料中氧化铝重量占比由0~25%增加至50~65%;
D、使用去除破碎料中金属铁效果更好的磁性除铁器
封阳极与壳面的保温覆盖料的破碎料输送中使用悬挂油冷式电磁除铁器,将破碎料中的金属铁在输送运行过程中吸除;
E、使用优质氟化盐
使用优质氟化盐应达到干法生产的氟化盐特一级标准,减小氟化盐质量波动带来的影响;
F、保持稳定炉帮厚度和电解质水平
将氟化钠与氟化铝的摩尔比由传统2.40~2.55提高至2.50~2.70,以提高初晶温度;将槽电压由传统3.92~3.95V降低至3.87~3.94V,以降低电解温度;电解质水平高度16~18cm,较传统电解槽降低电解质水平高度1~2cm;
G、使用阳极钢爪保护环
使用压力机制作子母扣型氧化铝质阳极钢爪保护环,换阳极时将子母扣型氧化铝质阳极钢爪保护环安装在阳极钢爪根部;
H、成品产出
将上述步骤电解槽产出的Al99.92以上原铝液,经过出铝抬包吸出,在混合炉内均质,在铸锭机上浇铸生产成高品质Al99.90及其以上成品。
所述步骤F中实时监测初晶温度、电解温度,过热度控制在6~9℃,防止发生阳极效应时槽温急剧升高而造成化炉帮和伸腿的不利影响。
所述步骤G电解中阳极钢爪上安装保护环,保护环的材料为一级品氧化铝中加入质量分数1~5%氟化铝,均匀混合后加入质量分数30~35%的水玻璃、质量分数10~20%的纸浆制成混合粘结剂,混合粘结剂在压力机上压制成空心环状保护环。
所述水玻璃的二氧化硅质量分数低于23%。
所述保护环由两半环体组成,环体上设有弧形子母扣,两半环体通过弧形子母扣拼接成空心环形。
所述保护环套装在阳极钢爪上,保护环与炭阳极之间的缝隙使用混合粘结剂填补。
所述步骤F炉帮厚度控制在12~18cm。
所述氧化铝化学成分符合冶金级氧化铝行业标准一级品YAO-1要求,其中Fe2O3含量0.005~0.01%。
所述步骤B中添加质量分数5~15%残阳极所生产的炭阳极,炭阳极应达到一级品标准,并且要求炭阳极中的杂质含量Fe≤820PPm、Si≤230PPm、Ca≤250PPm、V≤410PPm、Ni≤300PPm、Na≤340PPm、S≤2.0%、Zn≤31PPm、Pb≤22PPm。
所述步骤C中仅用于打底和收边造型的破碎料由每组2块阳极600~800kg减少到300~400kg,其余使用做保温和防止阳极氧化的氧化铝覆盖料由每组2块阳极0~200kg增加到400~500kg。
本发明的有益效果为:
通过改进电解铝生产的具体工艺步骤,控制铁、硅等杂质含量,增加封阳极与壳面覆盖料氧化铝占比,提升对破碎料的除铁效果,使用优质干法氟化盐,采用抗气温变化的铝电解生产工艺技术条件,稳定保持炉帮厚度和电解质水平,使用无污染氧化铝质阳极钢爪保护环,采用专用出铝、混合炉和铸造设备技术,生产成高品质Al99.90以上产品。无需设备全面升级,使用传统设备500kA铝电解槽便可生产高品质Al99.90产品。
附图说明
图1为本发明保护环的结构示意图;
图2为本发明保护环的安装示意图。
具体实施方式
一种500kA铝电解槽生产高品质Al99.90产品的方法,包括如下步骤:
A、氧化铝原料选择
氧化铝化学成分符合冶金级氧化铝行业标准一级品YAO-1要求,其中Fe2O3含量不超过0.01%;
B、炭阳极选择
不添加残阳极所生产的炭阳极,炭阳极应达到一级品标准,炭阳极中的杂质含量Fe≤250PPm、Si≤230PPm、Ca≤70PPm、V≤410PPm、Ni≤270PPm、Na≤200PPm、S≤2.0%、Zn、Pd、Ti等杂质每种≤40PPm;
C、增加封阳极与壳面覆盖料氧化铝占比
增大保温覆盖料中氧化铝含量,减少破碎料比例,破碎料仅用于打底和收边造型,其余使用氧化铝做保温和防止阳极氧化的覆盖料,覆盖料中氧化铝重量占比由0~25%增加至50~65%;
D、使用去除破碎料中金属铁效果更好的磁性除铁器
封阳极与壳面的保温覆盖料的破碎料输送中使用悬挂油冷式电磁除铁器,将破碎料中的金属铁在输送运行过程中吸除;
E、使用优质氟化盐
使用优质氟化盐应达到干法生产的氟化盐特一级标准,减小氟化盐质量波动带来的影响;
F、保持稳定炉帮厚度和电解质水平
将氟化钠与氟化铝的摩尔比由传统2.40~2.55提高至2.50~2.70,以提高初晶温度;将槽电压由传统3.92~3.95V降低至3.87~3.94V,以降低电解温度;电解质水平高度16~18cm,较传统电解槽降低电解质水平高度1~2cm;
G、使用阳极钢爪保护环
使用压力机制作子母扣型氧化铝质阳极钢爪保护环,换阳极时将子母扣型氧化铝质阳极钢爪保护环安装在阳极钢爪根部;
H、成品产出
将上述步骤电解槽产出的Al99.92以上原铝液,经过出铝抬包吸出,在混合炉内均质,在铸锭机上浇铸生产成高品质Al99.90及其以上成品。
所述步骤F中实时监测初晶温度、电解温度,过热度控制在6~9℃,防止发生阳极效应时槽温急剧升高而造成化炉帮和伸腿的不利影响。
所述步骤G电解中阳极钢爪上安装保护环,保护环的材料为一级品氧化铝中加入质量分数1~5%氟化铝,均匀混合后加入质量分数30~35%的水玻璃、质量分数10~20%的纸浆制成混合粘结剂,混合粘结剂在压力机上压制成空心环状保护环。
所述水玻璃的二氧化硅质量分数低于23%。
所述保护环由两半环体1组成,环体1上设有弧形子母扣2,两半环体1通过弧形子母扣2拼接成空心环形。
所述保护环套装在阳极钢爪4上,保护环与炭阳极5之间的缝隙3使用混合粘结剂填补。
所述步骤F炉帮厚度控制在12~18cm。
所述氧化铝化学成分符合冶金级氧化铝行业标准一级品YAO-1要求,其中Fe2O3含量0.005~0.01%。
所述步骤B中添加质量分数5~15%残阳极所生产的炭阳极,炭阳极应达到一级品标准,并且要求炭阳极中的杂质含量Fe≤820PPm、Si≤230PPm、Ca≤250PPm、V≤410PPm、Ni≤300PPm、Na≤340PPm、S≤2.0%、Zn≤31PPm、Pb≤22PPm。
所述步骤C中仅用于打底和收边造型的破碎料由每组2块阳极600~800kg减少到300~400kg,其余使用做保温和防止阳极氧化的氧化铝覆盖料由每组2块阳极0~200kg增加到400~500kg。
具体对比效果如下:
1.使用铁含量低的氧化铝
氧化铝化学成分符合冶金级氧化铝行业标准一级品YAO-1要求,其中Fe2O3%要求不超过0.01%。进口氧化铝Fe2O3%平均值为0.00755%,较国产氧化铝Fe2O3%平均值0.014%降低0.00645%,降幅46.07%。按照吨原铝氧化铝单耗1908kg计算,吨原铝消耗氧化铝原料带入的Fe2O3降低1908kg×0.00645%=0.123066kg,相应降低Fe含量带入化学式计算为0.123066kg×(56×2)÷(56×2+16×3)=0.086146kg,(56和16为Fe和O的相对原子质量)相当于降低原铝Fe含量0.086146kg÷1000kg×100%=0.0086%。
2.使用低杂质含量的优质炭阳极
不添加残阳极所生产的炭阳极,炭阳极应达到一级品标准,并且要求炭阳极中的杂质含量Fe≤250PPm、Si≤230PPm、Ca≤70PPm、V≤410PPm、Ni≤270PPm、Na≤200PPm、S≤2.0%、Zn、Pd、Ti等杂质每种≤40PPm。添加残阳极所生产的炭阳极,炭阳极应达到一级品标准,并且要求炭阳极中的杂质含量Fe≤820PPm、Si≤230PPm、Ca≤250PPm、V≤410PPm、Ni≤300PPm、Na≤340PPm、S≤2.0%、Zn≤31PPm、Pb≤22PPm。
3.增加封阳极与壳面覆盖料氧化铝占比
增大保温覆盖料中氧化铝含量,减少破碎料比例,破碎料仅用于打底和收边造型,其余使用氧化铝做保温和防止阳极氧化的覆盖料。封阳极与壳面覆盖料中氧化铝占比由0~25%增加到50~65%。
4.使用优质氟化盐
使用优质氟化盐应达到干法生产的氟化盐特一级标准,减小氟化盐质量波动带来的影响。
5.稳定保持电解质水平16~18cm,较其它电解槽降低电解质水平1~2cm,既满足电解反应充分进行的需要,又防止电解质水平过高而侵蚀阳极钢爪。
6.使用无污染氧化铝质阳极钢爪保护环
使用压力机制作子母扣型氧化铝质阳极钢爪保护环,换阳极时将子母扣型氧化铝质阳极钢爪保护环安装在阳极钢爪根部,用氧化铝加水玻璃粘结剂将保护环下面的缝隙弥合。使用无污染氧化铝质阳极钢爪保护环和降低阳极钢爪与电解质的接触面积,降低杂质成分铁对铝液质量的影响。
本发明专利技术在甘肃东兴铝业有限公司500kA铝电解槽上得以应用。
1.使用低铁含量的进口越南和澳洲氧化铝(Fe2O3%平均0.00755%),较3家常用的国产氧化铝(Fe2O3%平均0.014%)降低Fe2O3含量0.00645%以上,降幅46.07%以上,使原铝液中Fe含量降低0.0086%以上。
2. 使用不添加残极的炭阳极,在一级品炭阳极基础上,阳极中Fe≤250PPm、Si≤230PPm、Ca≤70PPm、V≤410PPm、Ni≤270PPm、Na≤200PPm、S≤2.0%、Zn、Pd、Ti等杂质每种≤40PPm,降低原铝液的铁硅含量0.0238%。使用添加残极的炭阳极,在一级品炭阳极基础上,阳极中Fe≤820PPm、Si≤230PPm、Ca≤250PPm、V≤410PPm、Ni≤300PPm、Na≤340PPm、S≤2.0%、Zn≤31PPm、Pb≤22PPm,对控制原铝液铁硅含量也有一定作用。
3. 抽取阳极和电解槽壳面所用的覆盖破碎料进行检验,Fe2O3超过0.16%,是进口氧化铝平均值0.00755%的21.19倍以上,是国产氧化铝平均值0.014%的11.43倍以上; SiO2为0.15%,是进口氧化铝平均值0.012%的12.5倍,是国产氧化铝平均值0.00953%的15.74倍。因此,尽可能多地使用氧化铝封阳极与壳面,增加保温覆盖料中氧化铝的含量,减少铁硅等杂质含量较高的破碎料比例,破碎料仅用于打底和收边造型(每组2块阳极400kg),其余使用氧化铝做保温和防止阳极氧化的覆盖料(每组2块阳极400kg),降低原铝液铁硅杂质含量0.012%。
4.使用除出破碎料中金属铁效果更好的磁性除铁器
将破碎料输送系统原有除铁能力较小而无法彻底吸干净破碎料中金属铁质(与破碎料分离状态)的除铁器,采用可以满足要求的更大吸力的除铁器,将破碎料中的金属铁(与破碎料分离状态)在输送系统运行过程中加以彻底吸除。
5.使用优质氟化盐
使用干法生产的特一级优质氟化盐,有效防止氟化盐质量波动带来的不利影响。
6.采用抗气温变化的铝电解生产工艺技术条件,稳定保持炉帮厚度和电解质水平
(1)控制适当低的过热度,以稳定保持较厚的炉帮厚度
1)适当提高分子比(氟化钠与氟化铝的摩尔比),由原来的2.40~2.55提高到2.50~2.70,使过热度控制在6~9℃,炉帮厚度控制在15cm±3cm;
2)在槽电压稳定而未出现较大针振和摆动的情况下,槽电压由3.92~3.95V适当降低到3.87~3.94V,降低 10~50mV,稳定降低电解温度,使过热度控制在6~9℃,炉帮厚度控制在15cm±3cm;
3)降低阳极效应系数和持续时间,减少瞬时效应发生,有效防止和避免发生阳极效应时槽温急剧升高而造成化炉帮和伸腿的不利影响;
4)炉帮和伸腿的稳定控制,使电解质水平稳定保持在16~18cm,较其它电解槽降低电解质水平1~2cm。
(2)对于个别技术条件保持正常而电解质水平高于18cm的电解槽,及时取出电解质,灌入电解质水平较低的电解槽,或冷却后存起来。
7.使用压力机制作的子母扣型氧化铝质阳极钢爪保护环,换阳极时将子母扣型氧化铝质阳极钢爪保护环安装在阳极钢爪根部,用氧化铝加水玻璃粘结剂将保护环下面的缝隙弥合,有效防止电解质对钢爪的侵蚀,减少钢爪带入铝液中的铁杂质含量。
8.电解槽产出的Al99.92以上的优质原铝液,经过专用专用出铝抬包吸出,在专用混合炉内均质,在专用铸锭机上浇铸,电解系列所产Al99.92以上的优质原铝液数量较少时直接专门外铸,生产成高品质Al99.90以上产品。
Claims (10)
1.一种500kA铝电解槽生产高品质Al99.90产品的方法,其特征在于包括如下步骤:
A、氧化铝原料选择
氧化铝化学成分符合冶金级氧化铝行业标准一级品YAO-1要求,其中Fe2O3含量不超过0.01%;
B、炭阳极选择
不添加残阳极所生产的炭阳极,炭阳极应达到一级品标准,炭阳极中的杂质含量Fe≤250PPm、Si≤230PPm、Ca≤70PPm、V≤410PPm、Ni≤270PPm、Na≤200PPm、S≤2.0%、Zn、Pd、Ti等杂质每种≤40PPm;
C、增加封阳极与壳面覆盖料氧化铝占比
增大保温覆盖料中氧化铝含量,减少破碎料比例,破碎料仅用于打底和收边造型,其余使用氧化铝做保温和防止阳极氧化的覆盖料,覆盖料中氧化铝重量占比由0~25%增加至50~65%;
D、使用去除破碎料中金属铁效果更好的磁性除铁器
封阳极与壳面的保温覆盖料的破碎料输送中使用悬挂油冷式电磁除铁器,将破碎料中的金属铁在输送运行过程中吸除;
E、使用优质氟化盐
使用优质氟化盐应达到干法生产的氟化盐特一级标准,减小氟化盐质量波动带来的影响;
F、保持稳定炉帮厚度和电解质水平
将氟化钠与氟化铝的摩尔比由传统2.40~2.55提高至2.50~2.70,以提高初晶温度;将槽电压由传统3.92~3.95V降低至3.87~3.94V,以降低电解温度;电解质水平高度16~18cm,较传统电解槽降低电解质水平高度1~2cm;
G、使用阳极钢爪保护环
使用压力机制作子母扣型氧化铝质阳极钢爪保护环,换阳极时将子母扣型氧化铝质阳极钢爪保护环安装在阳极钢爪根部;
H、成品产出
将上述步骤电解槽产出的Al99.92以上原铝液,经过出铝抬包吸出,在混合炉内均质,在铸锭机上浇铸生产成高品质Al99.90及其以上成品。
2.根据权利要求1所述的一种500kA铝电解槽生产高品质Al99.90产品的方法,其特征在于所述步骤F中实时监测初晶温度、电解温度,过热度控制在6~9℃,防止发生阳极效应时槽温急剧升高而造成化炉帮和伸腿的不利影响。
3.根据权利要求1所述的一种500kA铝电解槽生产高品质Al99.90产品的方法,其特征在于所述步骤G电解中阳极钢爪上安装保护环,保护环的材料为一级品氧化铝中加入质量分数1~5%氟化铝,均匀混合后加入质量分数30~35%的水玻璃、质量分数10~20%的纸浆制成混合粘结剂,混合粘结剂在压力机上压制成空心环状保护环。
4.根据权利要求3所述的一种500kA铝电解槽生产高品质Al99.90产品的方法,其特征在于所述水玻璃的二氧化硅质量分数低于23%。
5.根据权利要求3所述的一种500kA铝电解槽生产高品质Al99.90产品的方法,其特征在于所述保护环由两半环体(1)组成,环体(1)上设有弧形子母扣(2),两半环体(1)通过弧形子母扣(2)拼接成空心环形。
6.根据权利要求3所述的一种500kA铝电解槽生产高品质Al99.90产品的方法,其特征在于所述保护环套装在阳极钢爪(4)上,保护环与炭阳极(5)之间的缝隙(3)使用混合粘结剂填补。
7.根据权利要求1所述的一种500kA铝电解槽生产高品质Al99.90产品的方法,其特征在于所述步骤F炉帮厚度控制在12~18cm。
8.根据权利要求1所述的一种500kA铝电解槽生产高品质Al99.90产品的方法,其特征在于所述氧化铝化学成分符合冶金级氧化铝行业标准一级品YAO-1要求,其中Fe2O3含量0.005~0.01%。
9.根据权利要求1所述的一种500kA铝电解槽生产高品质Al99.90产品的方法,其特征在于所述步骤B中添加质量分数5~15%残阳极所生产的炭阳极,炭阳极应达到一级品标准,并且要求炭阳极中的杂质含量Fe≤820PPm、Si≤230PPm、Ca≤250PPm、V≤410PPm、Ni≤300PPm、Na≤340PPm、S≤2.0%、Zn≤31PPm、Pb≤22PPm。
10.根据权利要求1所述的一种500kA铝电解槽生产高品质Al99.90产品的方法,其特征在于所述步骤C中仅用于打底和收边造型的破碎料由每组2块阳极600~800kg减少到300~400kg,其余使用做保温和防止阳极氧化的氧化铝覆盖料由每组2块阳极0~200kg增加到400~500kg。
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