CN114178506B - 一种提高成品阳极浇铸合格率的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高成品阳极浇铸合格率的方法，通过对阳极炭碗和钢爪进行清理，可降低磷生铁与炭块之间的电阻，提高导电性，降低阳极压降，还可以保证后续浇铸的牢固性，防止阳极炭块发生松动；通过湿蘸石墨的方式，可保证电解槽的正常生产的电流效率，保证阳极的消耗部位均匀，延长阳极炭块的正常使用周期，降低阳极炭块的单耗，降低铝电解的生产成本；通过对阳极炭碗进行改进，可加大螺旋槽中浇铸磷生铁与阳极炭块的接触面积，提高与阳极炭块的锁扣作用；通过调整磷生铁水中各元素的含量，可提高磷生铁的导电性能，提高了磷生铁水的流动性，降低铸件的收缩量，提高机械强度，还可抵消硫的有害作用，改善铁水的浇铸性能，提高铸铁的冷脆性。

Description

一种提高成品阳极浇铸合格率的方法
技术领域：
本发明涉及电解领域，尤其涉及一种提高成品阳极浇铸合格率的方法。
背景技术：
阳极组装是将阳极导杆、钢爪和阳极炭块组合为一体的工艺流程。其中，阳极导杆和钢爪之间通过焊接连接，钢爪和阳极炭块之间通过磷生铁水浇铸连接，最后组成的成品阳极炭块组供铝电解车间使用。
阳极浇铸就是指将钢爪和阳极炭块在浇铸站通过磷生铁水浇铸连接的过程，是阳极组装生产的重要环节，因其组装后的成品阳极炭块的铁碳压降高低直接关系到电解槽的稳定运行及铝液交流电单耗，进而影响生产的电耗成本及企业的经济效益；同时，浇铸质量还会影响电解槽的稳定运行，如，当组装车间出现阳极钢爪松动现象时，导致电解生产极为被动、原铝质量下滑、阳极炭耗居高不下，严重影响电解生产指标，所以长期保持稳定的浇铸合格率是确保铝电解生产稳定的必要条件。
为了提高钢爪和阳极炭块连接的牢固性，在阳极炭块上设置了具有螺旋槽的阳极炭碗结构，通过在螺旋槽的阳极炭碗内浇铸磷生铁水，可提高二者的接触面积，进而提高连接效果。但是，目前的阳极浇铸过程存在以下问题：
1、在浇铸时，阳极炭碗内存在的灰尘和杂质使浇铸磷生铁过程中形成夹渣，造成冷凝后磷生铁与炭块之间的电阻增大，从而造成阳极压降的升高；
2、钢爪在插入阳极炭碗内之前，需要蘸取石墨以提高钢爪与阳极炭碗之间的磷生铁的导电性能，目前均是通过干蘸石墨的方式进行，但是，钢爪上蘸取的石墨经常会出现脱落的现象，且存在钢爪上蘸取石墨不均的现象，进一步造成阳极钢爪与阳极炭碗之间的磷生铁在装入电解槽后导电不均，一方面使电解槽电流分布不均，造成电解槽电压摆动，影响电解槽的正常生产的电流效率；另一方面由于阳极导电的不均，致使阳极的消耗部位也不均匀，导电偏大的部位消耗量较大，致使缩短阳极炭块的正常使用周期，增加了阳极炭块的单耗和铝电解的生产成本；同时造成钢爪粘连压铁环，钢爪与磷生环压脱不掉，影响阳极导杆的正常周转周期，甚至造成大量钢爪报废，增加了生产成本，甚至发生损坏残极压脱设备的事故；
3、阳极炭碗的螺旋槽宽度较宽，为23mm，由于磷生铁冷凝后易形成间隙，造成阳极压降的增高及阳极炭块松动的问题，导致装入电解槽后出现脱极现象；
以上问题严重影响了成品阳极浇铸合格率，目前，成品阳极浇铸合格率仅有76％。
发明内容：
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种提高成品阳极浇铸合格率的方法，可有效提高成品阳极浇铸的合格率。
本发明由如下技术方案实施：
一种提高成品阳极浇铸合格率的方法，包括以下步骤：
(1)清理灰尘和杂物：利用压缩空气将阳极炭碗内的灰尘和杂物吹扫干净，并将钢爪底部大于20cm的部位上附着的氧化铁皮去除；
(2)蘸取石墨：将钢爪底部大于20cm的部位深入到石墨和煤油的混合液中进行蘸取石墨；
(3)插入钢爪：将钢爪插入阳极炭碗底部；
(4)注入铁水：将温度为1350℃±20℃的磷生铁水注入阳极炭碗内，直到磷生铁水液面上升至与阳极炭碗的顶端高度齐平；
(5)冷却固定：将阳极炭碗内浇铸好的磷生铁水进行自然冷却10～20min。
进一步的，所述步骤(2)蘸取石墨中，在石墨和煤油的混合液中，石墨和煤油的重量比例为1:1.4。
进一步的，所述步骤(3)插入钢爪中，阳极炭碗的螺旋槽的螺旋宽度a为18mm，阳极炭碗的螺旋槽的螺旋深度b为10mm，阳极炭碗的螺旋槽的倾斜角α为15°，阳极炭碗的螺旋槽的始端和末端均为直角结构。
进一步的，所述步骤(4)注入铁水中，所述磷生铁水中的碳含量为2.5～3.5％，硅含量为2.5～3.5％，锰含量为0.3～0.9％，磷含量为0.6～1.2％，硫含量为小于0.15％。
本发明的优点：
1、通过对阳极炭碗和钢爪进行清理，可降低磷生铁与炭块之间的电阻，提高导电性，进而降低阳极压降，还可以保证后续浇铸的牢固性，防止阳极炭块发生松动；
2、通过湿蘸石墨的方式可使石墨均匀的覆盖在钢爪的表面，可保证电解槽的正常生产的电流效率，还可保证阳极的消耗部位均匀，延长阳极炭块的正常使用周期，降低阳极炭块的单耗，降低铝电解的生产成本；同时，浇铸后的阳极炭块不易脱落，保证了阳极导杆正常周转周期，降低生产成本；
3、通过将阳极炭碗螺旋槽的螺旋宽度缩小、螺旋深度加大、以及螺旋槽的倾斜角加大、并将螺旋槽的始端和末端均为圆弧倒角结构改为直角结构，可加大螺旋槽中浇铸磷生铁与阳极炭块的接触面积，进而可提高与阳极炭块的锁扣作用，确保阳极炭块不会从阳极钢爪上掉落，同时还可确保电流从阳极炭碗流入阳极炭块，铁碳压降得到了有效的降低；
4、通过调整磷生铁水中的碳含量，可提高磷生铁的导电性能，进而可以抵消铁的膨胀；通过调整磷生铁水中的硅含量，提高了磷生铁水的流动性，减少铸件的气眼，同时可提高磷生铁的抗收缩性能和去氧性能，降低铸件的收缩量；通过调整磷生铁水中的锰含量由改进前的0.2～0.7％调整到改进后的0.8％，可增加铁原子之间的结合力，使金属基体强度上升，提高机械强度，还可抵消硫的有害作用；通过调整磷生铁水中的磷含量，可提高磷生铁水的流动性，从而改善铁水的浇铸性能，并提高铸铁的冷脆性。
附图说明：
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中阳极炭块的局部结构示意图；
图2为图1的A-A剖面示意图。
图中：阳极炭块1、阳极炭碗2。
具体实施方式：
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种提高成品阳极浇铸合格率的方法，包括以下步骤：
(1)清理灰尘和杂物：通过申请号为：CN201922191563.4、名称为：一种炭块清碗系统的中国专利中公开了的结构，利用压缩空气将阳极炭碗2内的灰尘和杂物吹扫干净；同时电解槽更换的残极，经残极压脱机、磷铁环压脱机压脱后，可将钢爪上的残极炭块和磷铁环基本去除，钢爪上残留的炭块和磷铁环可在经甩链机通过链条敲击，可将钢爪底部大于20cm的部位上附着的氧化铁皮而去除；
(2)蘸取石墨：将清理后的钢爪底部22cm的部位深入到石墨和煤油的重量比例为1:1.4的混合液中进行蘸取石墨；
(3)插入钢爪：将蘸有石墨的钢爪插入清理后的阳极炭碗2底部；如图1所示，阳极炭碗2的螺旋槽的螺旋宽度a为18mm，阳极炭碗2的螺旋槽的螺旋深度b为10mm，阳极炭碗2的螺旋槽的倾斜角α为15°，阳极炭碗2的螺旋槽的始端和末端均为直角结构。
(4)注入铁水：将温度为1350℃的磷生铁水注入阳极炭碗2内，直到磷生铁水液面上升至与阳极炭碗2的顶端高度齐平；
磷生铁水中的碳含量为3％，硅含量为3.5％，锰含量为0.8％，磷含量为0.7％，硫含量为0.08％。
(5)冷却固定：将阳极炭碗2内浇铸好的磷生铁水进行自然冷却15min。
工作原理：
首先，在将阳极炭块1通过悬链转运至浇铸站的过程中，申请号为：CN201922191563.4、名称为：一种炭块清碗系统的中国专利中公开了的结构对阳极炭碗2内进行吹扫5s，使阳极炭碗2内存在灰尘和杂质被吹走，进而避免因阳极炭碗2内存在灰尘和杂质使浇铸磷生铁过程中形成夹渣，可降低磷生铁与炭块之间的电阻，提高导电性，进而降低阳极压降。
电解槽更换的残极经残极压脱机、磷铁环压脱机压脱后，可将钢爪上的残极炭块和磷铁环基本去除，钢爪上残留的炭块和磷铁环可在经甩链机通过链条敲击而去除，确保钢爪上杂质去除的较为充分，如此，不仅可以提高导电性，降低阳极压降，还可以保证后续浇铸的牢固性，防止阳极炭块1发生松动。
然后，将钢爪底部蘸取石墨和煤油的混合液，通过湿蘸石墨的方式可使石墨均匀的覆盖在钢爪的表面，克服了传统工艺中钢爪上蘸取石墨不均的现象，避免阳极钢爪与阳极炭碗2之间的磷生铁在装入电解槽后导电不均造成的电解槽电流分布不均、电解槽电压摆动等问题，可保证电解槽的正常生产的电流效率，还可保证阳极的消耗部位均匀，延长阳极炭块1的正常使用周期，降低阳极炭块1的单耗，降低铝电解的生产成本；同时，浇铸后的阳极炭块1不易脱落，保证了阳极导杆正常周转周期，降低生产成本。
其次，将钢爪插入炭碗的螺旋槽内，通过向炭碗内浇铸磷生铁水，熔化的磷生铁水在钢爪周围会凝成螺旋形磷生铁，由此将钢爪紧紧镶嵌于阳极炭块1的炭碗内，实现了钢爪与阳极炭块1间的紧固连接。
通过将阳极炭碗2螺旋槽的螺旋宽度缩小、螺旋深度加大、以及螺旋槽的倾斜角加大、并将螺旋槽的始端和末端均为圆弧倒角结构改为直角结构，可加大螺旋槽中浇铸磷生铁与阳极炭块1的接触面积，进而可提高与阳极炭块1的锁扣作用，确保阳极炭块1不会从阳极钢爪上掉落，同时还可确保电流从阳极炭碗2流入阳极炭块1。本实施例中，磷生铁与阳极炭块1的有效接触面积是阳极炭碗2改进前的6倍，铁碳压降得到了有效的降低。
同时，通过将磷生铁水中的碳含量由改进前的小于2.6％调整到改进后的3％；通过将碳含量适当增大，可提高磷生铁的导电性能，进而可以抵消铁的膨胀。
通过将磷生铁水中的硅含量由改进前的2.2～3.3％调整到改进后的3.5％，提高了磷生铁水的流动性，减少铸件的气眼，同时可提高磷生铁的抗收缩性能和去氧性能，降低铸件的收缩量；但含硅太多，会使磷生铁变硬变脆，影响连接的牢固性，因此，本实施例选用了较佳的硅含量。
锰是阻碍石墨化的元素，通过将磷生铁水中的锰含量由改进前的0.2～0.7％调整到改进后的0.8％，可增加铁原子之间的结合力，使金属基体强度上升，提高机械强度。而且，锰具有脱硫作用，与硫结合可形成硫化锰渣(FeS+Mn2+→MnS+Fe2+)，可抵消硫的有害作用；同时，由于MnS熔点高达1620℃，密度小，可以从铁水中浮出，进而排入渣中，影响磷生铁水的流动性，增加铸铁的收缩，磷铁环不宜压脱，对磷铁环压脱设备造成损伤，增加人工压脱得难度，所以，含锰量不宜超过0.9％。
通过将磷生铁水中的磷含量由改进前的0.4～0.6％调整到改进后的0.7％，由于磷在铸铁中能形成低熔点共晶并压低液相线的温度，使铁水黏度降低，增加铁水对铸型的润湿能力，提高磷生铁水的流动性，从而改善铁水的浇铸性能；而且，由于磷在固溶体的溶解度很小，并随含碳量的增加而降低，当含磷量超过溶解度极限时，会出现Fe3P，它一般以磷共晶形式存在，磷共晶硬而脆，可提高铸铁的冷脆性。
通过上述改进，本实施例成品阳极浇铸合格率可达到99.98％。
实施例2：
一种提高成品阳极浇铸合格率的方法，包括以下步骤：
(1)清理灰尘和杂物：通过申请号为：CN201922191563.4、名称为：一种炭块清碗系统的中国专利中公开了的结构，利用压缩空气将阳极炭碗2内的灰尘和杂物吹扫干净；同时电解槽更换的残极，经残极压脱机、磷铁环压脱机压脱后，可将钢爪上的残极炭块和磷铁环基本去除，钢爪上残留的炭块和磷铁环可在经甩链机通过链条敲击，可将钢爪底部大于20cm的部位上附着的氧化铁皮而去除；
(2)蘸取石墨：将清理后的钢爪底部21cm的部位深入到石墨和煤油的重量比例为1:1.4的混合液中进行蘸取石墨；
(3)插入钢爪：将蘸有石墨的钢爪插入清理后的阳极炭碗2底部；
如图1所示，阳极炭碗2的螺旋槽的螺旋宽度a为18mm，阳极炭碗2的螺旋槽的螺旋深度b为10mm，阳极炭碗2的螺旋槽的倾斜角α为15°，阳极炭碗2的螺旋槽的始端和末端均为直角结构。
(4)注入铁水：将温度为1360℃的磷生铁水注入阳极炭碗2内，直到磷生铁水液面上升至与阳极炭碗2的顶端高度齐平；
磷生铁水中的碳含量为3.2％，硅含量为3.0％，锰含量为0.9％，磷含量为1.1％，硫含量为0.07％。
(5)冷却固定：将阳极炭碗2内浇铸好的磷生铁水进行自然冷却15min。
本实施例成品阳极浇铸合格率可达到99.86％。
实施例3：
一种提高成品阳极浇铸合格率的方法，包括以下步骤：
(1)清理灰尘和杂物：通过申请号为：CN201922191563.4、名称为：一种炭块清碗系统的中国专利中公开了的结构，利用压缩空气将阳极炭碗2内的灰尘和杂物吹扫干净；同时电解槽更换的残极，经残极压脱机、磷铁环压脱机压脱后，可将钢爪上的残极炭块和磷铁环基本去除，钢爪上残留的炭块和磷铁环可在经甩链机通过链条敲击，可将钢爪底部大于20cm的部位上附着的氧化铁皮而去除；
(2)蘸取石墨：将清理后的钢爪底部22cm的部位深入到石墨和煤油的重量比例为1:1.4的混合液中进行蘸取石墨；
(3)插入钢爪：将蘸有石墨的钢爪插入清理后的阳极炭碗2底部；
如图1所示，阳极炭碗2的螺旋槽的螺旋宽度a为18mm，阳极炭碗2的螺旋槽的螺旋深度b为10mm，阳极炭碗2的螺旋槽的倾斜角α为15°，阳极炭碗2的螺旋槽的始端和末端均为直角结构。
(4)注入铁水：将温度为1370℃的磷生铁水注入阳极炭碗2内，直到磷生铁水液面上升至与阳极炭碗2的顶端高度齐平；
磷生铁水中的碳含量为3.1％，硅含量为3.3％，锰含量为0.8％，磷含量为1.2％，硫含量为0.08％。
(5)冷却固定：将阳极炭碗2内浇铸好的磷生铁水进行自然冷却10min。
本实施例成品阳极浇铸合格率可达到99.93％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种提高成品阳极浇铸合格率的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)清理灰尘和杂物：利用压缩空气将阳极炭碗内的灰尘和杂物吹扫干净，并将钢爪底部大于20cm的部位上附着的氧化铁皮去除；
(2)蘸取石墨：将钢爪底部大于20cm的部位深入到石墨和煤油的混合液中进行蘸取石墨；在石墨和煤油的混合液中，石墨和煤油的重量比例为1:1.4；
(3)插入钢爪：将钢爪插入阳极炭碗底部；阳极炭碗的螺旋槽的螺旋宽度a为18mm，阳极炭碗的螺旋槽的螺旋深度b为10mm，阳极炭碗的螺旋槽的倾斜角α为15°，阳极炭碗的螺旋槽的始端和末端均为直角结构；
(4)注入铁水：将温度为1350℃±20℃的磷生铁水注入阳极炭碗内，直到磷生铁水液面上升至与阳极炭碗的顶端高度齐平；
(5)冷却固定：将阳极炭碗内浇铸好的磷生铁水进行自然冷却10～20min。
2.根据权利要求1所述的一种提高成品阳极浇铸合格率的方法，其特征在于，所述步骤(4)注入铁水中，所述磷生铁水中的碳含量为2.5～3.5％，硅含量为2.5～3.5％，锰含量为0.3～0.9％，磷含量为0.6～1.2％，硫含量为小于0.15％。
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