铝电解预焙阳极生块裂纹问题的探讨

铝电解预焙阳极生块裂纹问题的探讨
丁邦平
摘要:根据四川启明星铝业公司铝用阳极生产新线特点,对阳极生块生产中经常出现的几种裂纹以及阳极焙烧后较大的抗压强度进行了原因分析,并
提出了一些具体措施,以期对生块生产有所指导。
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关键词:预焙阳极、生块、裂纹、抗压强度
1、前言
目前世界铝产量3500万吨,国内产量已达900万吨以上,产能已超过1000万吨。预焙阳极的需求将达600万t。生块经焙烧而成预焙阳极,因而生块质量对预焙阳极的质量至关重要。就四川启明星铝业有限责任公司阳极生产而言,生块经常出现的质量缺陷主要缺损、掉棱、尺寸超标、裂纹、表面粗糙等,其中裂纹出现最多,也最难解决。本文就生块裂纹以及阳极焙烧后较大的抗压强度产生的原因进行探讨,并提出一些措施,供参考。
2、铝用阳极生产新线简介
2.1生产工艺流程新配置
中碎系统生产的四种不同粒级通过七台配料秤配料形成骨料,由集合螺旋、斗式提升机及过渡螺旋输送到四周预热螺旋加热到180—190℃,热骨料与180—190℃液体沥青连续进入到强力混捏机混捏4-5分钟,一般混捏温度在200—210℃,高温混捏后的糊料进入强力冷却机由喷入的冷却水均匀冷却到160—165℃,冷却后糊料通过振动给料机送到真空型成型机振动成型,成型制品由悬链带入冷却水池经过两小时左右水浴冷却,制品继续被悬链带入到输送辊道处,再由推进器推到辊道上输送到制品库。
2.2生产工艺新线特点
该新线特点较多,这里仅列出可能产生裂纹有关系的工艺新线特点:
●选用EIRICH立式高速混捏机作为糊料混捏设备,替代传统的低速单
轴或双轴卧式混捏机。
●采用真空型振型机,振型温度可达160±5℃,高于非真空型温度混捏
温度(145±5℃),高温振型要求高温混捏,因此混捏温度远高于非真空
型混捏温度。
●混捏机虽无加热装置,但因混捏机高速运行发热,由此带来混捏温度高
于热骨料和沥青的混合温度。
●强力冷却机不仅起到冷却作用,还对混捏后的糊料在冷却过程中再混捏。
●真空成型机的真空度能达到730—745mmHg。
●真空成型机的预压气囊可以在振动前充进3—5kg压力的压缩空气对糊
料提前预压实。
3、问题的由来
烟雾过滤器启明星自2005年1月28日投产以来生产近两年半的时间,产量已达25万吨,期间除生产自用产品以外,还生产有不同规格的国内铝电解需求的产品以及国外俄罗斯铝电解需求的产品,各类产品都出现过不同类型的裂纹,以下列出不同阶段一些典型裂纹案例,包括焙烧后出现的可能是上工序引起的生块暗裂纹。
(1)生产初期,成型后的生块经冷却水池冷却后出现较多的裂纹,并伴有爆裂声,一般出现在长侧面的垂直裂纹,严重时出现生块断裂。
(2)2006年年初,焙烧制品出现大面积的裂纹,焙烧废品率超过30%,同时这批制品在组装过程中也产生裂纹,进入电解槽出现较多的阳极
垂直断裂而化爪现象,导致电解槽生产不正常。
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(3)2007年年初,生产外销制品时,生块出冷却水池放置几天后出现数量较多的炭碗内部各向裂纹,并伴有爆裂声。
(4)生产过程中有时发生长侧面横向裂纹,裂纹处非常光洁。
4、预焙阳极生块裂纹种类
预焙阳极生块经振动成型、脱模后,裂纹出现的位置、粗细(宽窄)、深度各不相同,按出现的部位大致可分为碗裂、侧面裂纹和不规则裂纹,其中碗裂又分为碗边缘裂纹、碗间裂纹和碗底部裂纹,侧面裂纹分为水平和垂直两种裂纹,见表1。
表1 预焙阳极生块裂纹种类
5、生块裂纹产生原因及采取的措施
不同类型的裂纹,其产生的原因不同,所采取的措施也不尽相同,下面分别探讨。
5.1炭碗裂纹
5.1.1碗边缘裂纹
预焙阳极生块在成型过程中,受到振动力、摩擦力以及其他力的作用,在生块内部的某些部位残余一些相互作用的力,这些应力使生块内部存在细微的松裂和外胀,生块脱模后由于弹性后效作用而出现裂纹。根据经验,这种力的作用主要来源于两方面:
(1)一方面与成型机的模头是否转动灵活有关,如模头转动灵活,模头很容易从生块的炭碗中脱出;若模头转动失灵,脱模时模头将对炭碗施加力的作用,
从而造成碗边缘裂纹;
(2)另一方面与成型机重锤是否处于水平状态有关,当重锤水平偏差过大时,模头对炭碗的作用力不均匀,某处作用力超出糊料的粘结力时,产生碗边
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针对这种裂纹,采取的措施:成型工在生块成型前必须认真检查每个模头,保证模头转动灵活;经常检查并调整成型机的重锤,使之处于水平状态。
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5.1.2碗间裂纹及碗底部裂纹
形成碗间裂纹和碗底部裂纹的因素基本相同,可以归到一起来讨论。
(1)与生块外形尺寸和炭碗分布有关
碗间裂纹根据制品形状不同和碳碗排布方式不同,其造成废品量明显有差异。一般来讲:炭阳极窄而长;碳碗(棒孔)呈一条直线分布,有较多的碗间裂纹,相对较宽类型的炭阳极;碳碗呈对称分布,碳碗间距较大,则极少有碗间裂纹出现。碳碗间距小,强度低,在弹性后效作用下易形成中间开裂。
(2)台阶高度
炭阳极外型因为要减少电解残极量和工艺上考虑,一般将其外型上部设计为

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