2020年第10期轻金属-21-•铝冶炼・
bbzs王博一
(湖南博溥立材料科技有限公司，湖南常德41900)
摘要：本文主要通过在预焙阳极表面喷涂纳米陶瓷基高温防氧化涂层材料的方法进行阳极防氧化试验，并对试验结 果进行分析。试验结果表明：阳极防氧化涂层材料的使用可延长阳极换极周期〜32/涂层材料在保持阳极几何外
形规整性方面有较好的作用；涂层阳极的使用可有效降低电解槽炭渣量，防氧化防掉渣效果明显；涂层材料的使用对
原铝质量基本无影响。
关键词：铝电解；阳极防氧化；纳米陶瓷基；涂层材料；节能减排
中图分类号：TFF21文献标识码：A文章编号：1022-1752(2222)17-0221-0.
DOI：12.13642//ch/n qjs.2224.12.225
Applicction resevrch on protection technology of an/t-oxita/on
ccoting for aluminum preVakeV anodr
Wa/g Boyi
(Hunan Bagla Material Technologa Co.,Ltd.,Changde415900,China)
羊角钩Abstract:：/this戸玄//,the a/oyv oxinatioy preve/Poy test is ca/ie/out b-spraying nano-ceramic-base/high-temperature oxinatioy preve/Poy coating materialthe pre/areV a/oyv ruUace,the test results of which are analyze/.The test results show that the use of anoye oxinatioy preve/Poy coating mateUais can exte/k the a/oyv uy changina cycle by2〜32h；the coating mateial pla-s a positive rcOe in maintaining he0x18—0of he a/oyv geom-etra;the use of the coate/a/oyos can eVectively re/uce the amount of carUoy slag in the aluminum pot,wiP an oyvious eVect to prevent a/ainst oxinatioy an/slag；an/the use of coating mateuats has basically no eVect(m the aluminum quality.
Key worOs：aluminum00x01:10/；a/oyo anti-oxinatioy；nano-ceramic-
铝电解用阳极炭块在电解槽中起着导电和参与电化学反应的双重作用，在铝电解的正常生产过程中直接影响原铝质量、电流效率及能耗等技术经济指标。
据统计，阳极成本约占电解铝生产成本的10% -17%，同时炭阳极在铝电解过程中会产生大量温室气体（C02），对大气产生污染［］。炭阳极的消耗主要由电解消耗、额外消耗（包括化学消耗和机械消耗）和残极炭耗组成［］。炭阳极的额外消耗主要是生产过程中的化学氧化和机械脱落所造成的，其中氧化主要有两种形式：一种是碳与CO?的反应；第二种形式是碳与空气的反应［］，而机械脱落也主要是优先选择氧化后的结果［一"打 目前，提高预焙阳极防氧化性的措施主要集中在阳极原料及添加剂的控制、加强阳极成品的检测、阳极生产工艺的优化、车间防氧化管理制度的建立等方面A.，而通过采取在阳极表面涂覆一种保护材料的措施来对阳极进行防氧化保护的研究较少。林萍1］等通过采用过渡层、阻挡层、封填层相结合的复合涂层结构对阳极防氧化进行实验取得了较好base/；coa/ng matekal；e/eray ccpserva/oy
的实验效果，但其制备的涂层材料需要涂覆三层，工艺过程复杂。而本文中所采用的涂层材料［0］只需在阳极表面喷涂一层即可达到较好的阳极防氧化效果，工艺操作简单。现就阳极防氧化涂层材料对提高预焙阳极的防氧化性能进行应用研究，以期通过降低阳极的额外消耗（包括化学消耗和机械消耗）达到节能减排的目的。
1阳极防氧化机理
在铝电解过程中阳极理论炭耗334怎//-小，而实际炭耗一般为466~500kg/t-A1，个别企业炭耗更是高达514-522^//-小，铝电解炭阳极的消耗组成如图1所示［2］。
本文所采用的阳极防氧化涂层材料是一种涂覆在阳极表面的防腐涂料，具有可常温固化、干燥迅速、施工方便、无毒、耐高温、防腐性能优异，硬度高、附着力好、不粘等优点，随着温度的逐渐升高，晶粒收缩晶缝降低，最终形成致密的网状结构，在阳极周围形成一个完整的高强度的烧结体,440~420C完成预烧结，长期耐受900C以上高温，抵御空气、氟
作者简介：王博一（1975-），男，高级工程师，研究生，从事铝电解节能及铝用阳极涂层保护技术的研究工作收稿日期：2224-26-29
・22・王博一：铝电解预焙阳极防氧化涂层保护技术的应用研究2020年第1期
化氢气体及高浓度CO2的侵蚀，最终达到防止阳极
被氧化腐蚀的目的口1。
图1铝电解炭阳极的消耗组成
2试验过程
2・2试验过程简介
（1）本试验在青海某铝厂进行，试验分为4台试验槽（3230#、3231#、3232#、3233#）和4台对比槽（3234#、3235#、3236#、3237#），持续跟踪试验效果。 （2）试验第一周期（9月13日-10月16日，共34天）：在新阳极入槽前，测量试验槽涂层新极高度和对比槽无涂层新极高度。此周期的主要试验目的是用涂层新极逐渐替换试验槽中的无涂层阳极。
（3）试验第二周期（6）月12日-11月20日，共35天）：换极周期均为33天，每天测量第一周期中入极的试验槽和对比槽的阳极残极尺寸（长、宽、高）。此周期的主要试验目的是通过测量试验槽和对比槽残极尺寸，为第三周期中是否延长涂层阳极的使用周期提供数据依据。
（4）试验第三周期（11月21日-12月24日，共34天）：试验槽换极周期34天、对比槽换极周期33天，每天测量第二周期中入极的试验槽和对比槽的阳极残极尺寸（长、宽、高）。此周期的主要试验目的是通过测量试验槽和对比槽残极尺寸，为延长涂层阳极的使用周期提供试验数据结果；同时，就涂层材料在使用期间对槽况的影响做出判断。
（5）在第二周期中对炭渣打捞情况进行抽查跟踪；在三个周期中，均对原铝质量进行跟踪。
2・2涂层材料用量
每块阳极平均喷涂用量3.20g，涂层材料喷涂厚度约为1mm左右。
2・3试验过程照片
图2涂层阳极新极入槽前
图3涂层阳极新极入槽时
图4对比槽33天出槽时的残极
图5试验槽34天出槽时的残极
3试验结果与分析
3.1残极尺寸
3.61第二周期试验结果
（1）第二周期残极尺寸对比：如表1所示，试验极数据数量为226块、对比极数据数量为208块
。
2222年第10期
轻金属・03 •
表1第二周期残极尺寸统计表
一、残极长宽髙对比表（表中数据均为周期内的平均值）残极长项目
mm
残极宽 残极高mm mm
新极高mm 实际消耗高度
mm A 试验极 197• 3625. 0 545. 2
956. 2H. 1
B 对比极
130 2611.2
525.2985. 2
455. 2A-B 15.2
13. 2 19. 2
-221
-1. 2
二、残极其他指标数据对比表
项目A 试验极
B 对比极
差距A-B
0角部氧化率/%3
19
-16
2-角部严氧率/%01-13髙度离散度/mm 19. 3
2022
-029
9.髙度最小10%/mm
16. 215.413. 5
5 -透底数量/块0006阴影数量/块
说明：1.表中的A 表示试验槽,B 表示对比槽；
2•为测量方便，所测新极与残极髙度均为炭块底掌到钢爪横梁上 表面的距离；
3•角部氧化率：残极四个角部氧化的概率，体现残极几何形状的完 整性；
4•角部严氧率：残极四个角部严重氧化到漏出侧部钢爪的概率，体
现残极几何形状严重变形；
5-髙度离散度：是基于残极实际消耗髙度估算标准偏差，标准偏差 反映数值相对于平均值的离散程度。是描述残极消耗髙度稳定 性的数据，离散度值越大残极消耗高度分布越宽，残极厚薄不均
的情况越严重；
6.高度最小1% ：所有测量残极高度最薄的1%的残极的平均高 度；
7-透底数量：从底部看残极氧化到漏出钢爪；
5-阴影数量：从底部看残极氧化到快要漏出钢爪但还没有漏出钢 爪。
（2） 第二周期每块阳极消耗折线对比：如图6 和图7所示。
（3） 对比槽消耗高度超过mm 的残极数量
占比及试验槽消耗高度超过厶.。mm 和466 mm 的
残极数量占比:
试验结果如表2所示，其中：①消耗高度45
mm 的数据由来：第二周期对比极平均实际消耗高 度（455.2 mm ） +对比极日均最大消耗经验值（22
mm ）〜厶..mm;②消耗高度厶.。mm ：为电解槽透底
的安全消耗高度，其数量占比不宜超过残极总数的
1% ;③消耗高度466 mm 的数据由来：第二周期对
比极透底的安全消耗高度（45 mm ）-对比极日均
消耗高度（1. 9 mm ）〜466 mm ；④ 消耗高度466
mm ：为电解槽延长一天周期时透底的安全消耗高 度，其数量占比不宜超过残极总数的1%o
昌8
、鰹W
眾螺
隍竦540520500480460
440
420400380
360340320
阳极序号
图6第二周期每块阳极消耗高度图（按出极日期）
E m 、鏗施案寥匠逖
图7第二周期每块阳极消耗高度图（按高低排序
）
-24-王博一：铝电解预焙阳极防氧化涂层保护技术的应用研究202。年第10期表2第二周期残极消耗高度统计对比表
槽号测量残极数量
消耗髙度
超过430mm数量
消耗髙度
超过464mm数量
试32305924 32315204
验
槽
32325224 32335205
对3234520-32375013一
比
槽
3237528-
3237525-
3.1.2第二周期试验结果分析
（1）由表1数据得出：①试验极日均消耗高度为441.6mm/33天=1.4mm/天，对比极日均消耗高度为45&0mm/33天=13.9mm/天，整个第二周期33天内试验极较对比极实际消耗高度可节约出1.5mm（大于试验极1.4mm/天的消耗高度），故试验极已达到延长一天周期的要求。②残极的长度和宽度方面：试验极长度较对比极长17.6mm，宽度较对比极宽1.5mm，试验极均较对比极有明显优势。③残极角部氧化率方面：试验极（3%）较对比极（19%）低16%。④残极角部严氧率方面：试验极（0%）较对比极（1%）低1%。⑤残极的几何外形规整性（残极的长度、宽度、角部氧化率）方面：综合②③④的数据分析可得出，试验极几何外形保持的更加规整，这对保持电解槽槽况（阳极电压降降低，阳极电流密度降低，槽壳温度降低，炉帮增厚，碳渣量减少，降低了效应系数，减少了槽壳发红
现象，减少了侧部漏炉事故的概率）有一定的促进作用。⑥残极高度离散度方面：试验极（19.3mm）高度离散度较对比槽（20.2mm）小0.9mm。说明试验极较对比极在残极厚度的稳定性方面有优势。
⑦残极高度最小17%方面：试验极（166.9mm）高度最小17%较对比槽（1424mm）厚1.5mm。说明在残极最薄的数据方面，试验极残极厚度比对比极厚了超过一天周期的消耗高度，也就是说在残极最薄的数据方面，试验极残极厚度的“短板效应”没有对比极明显，涂层材料的使用对透底安全性有较大的提高，这也为试验槽可延长一天换极周期提供了最有力的支持。
（2）由图4和图7可看出：试验极平均消耗高度曲线明显处在对比极曲线下方，试验极阳极消耗较对比极低，降耗效果明显。
（3）由表2得出：①对比槽消耗高度超过480 mm数量总数35块，占比14.5%，超过残极总数14%这一警戒值，说明如若在第三周期中对比槽延长一天换极周期将存在极大的透底风险。②试验槽消耗高度超过480mm数量总数3块，占比65%，远低于残极总数10%这一警戒值，说明在第三周期中试验槽延长一天换极周期存在透底风险的概率极低。③试验槽消耗高度超过446mm数量总数2块，占比0.2%，接近残极总数10%这一警戒值，说明存在延长两天换极周期的可能，可以进行尝试性试验。
3.1.3第三周期试验结果
（1）第三周期起残极尺寸对比：如表3所示，试验极数据数量为163块、对比极数据数量为12块。
表3第三周期残极尺寸统计表
一、残极长宽髙对比表（表中数据均为周期内的平均值）
残极长残极宽
项目
mm mm
残极髙
mm
新极髙
mm
实际消耗髙度
mm A试验极127.6604.5534.5990.2455.4
B对比极1622.2594.5529.2987.5443.4
A-B 4.519.28.4 2.6-4.0
电磁线圈二、残极其他指标数据对比表
项目A试验极B对比极差距A-B 2•角部氧化率/%725-18
2•角部严氧率/%000
3•髙度离散度/mm152120.0—4.9
4.髙度最小10%/mm14.4144.010.6
5-透底数量/块000
4.阴影数量/块14-3
7.消耗髙度大于430mm块1237_24
防喷器试压
（2）第三周期每块阳极消耗折线对比：如图8和图0所示。
（3）试验槽3231#和3232#延长两天换极周期后残极尺寸对比（12月19日-12月240,6天）：由表2分析结果得出，消耗高度未超过466mm 的试验极可尝试延长两天的换极周期，故在第三周期延长一天换极周期的基础上选择3231#和3232#试验槽进行部分试验，试验槽3231#和3232#延长至35天，对比槽3232#-3237#维持33天周期不变，试验极数据数量为16块、对比极数据数量为24块，试验结果如表4所示（由于试验数据较少，试验结果仅供参考）。
2 2 年第 0 期
轻金属-25 •
540360
400380520500480460440420阳极序号
寸 Wi9r->D0006OiZZm 寸
S9
6 E S E I 2 E
应变测量图8第三周期每块阳极消耗高度图（按出极日期）
E 日
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趣
恤试观匠怵
图9第三周期每块阳极消耗高度图（按高低排序）
表4第三周期中延长两天换极周期后残极尺寸统计表
一、残极长宽髙对比表（表中数据均为周期内的平均值）残极长
残极宽项目
mm mm 残极高mm
新极高mm 实际消耗高度
mm
A 试验极 15124 6062.51.2499125 4.421
B 对比极 152422
60221
525. 3993. 5
465.3A-B -42. 426-14. 5-220
5. 3
二、残极其他指标数据对比表
项目
A 试验极
B 对比极
差距 A-B
0角部氧化率/%5
21
-132-角部严氧率/%
0003 •髙度离散度/mm
1.20
2021-3. 1
4.髙度最小10%/mm 1442014920
-520
5-透底数量/块
0006.阴影数量/块
0007 •消耗髙度大于454 mm 块
.
4
3
3.1.4第三周期试验结果分析
（1由表3数据得出：①延长一天换极周期的
试验槽（34天周期）比未延周期的对比槽（33天周
期）实际消耗高度低6 mm，且试验极的长、宽分别较 对比极长6. 2 mm 、宽19. 2 mm 。延长一天换极周期
后的试验极残极尺寸较对比极依然略有优势。② 残极角部氧化率方面：试验极力％）较对比极
（25%）少1%o 说明试验极在延长一天周期后的 角部氧化率较对比极少，试验极在保持几何外形规
整性方面依然有优势。③残极高度离散度方面：试 验极（1.1 mm ）高度离散度较对比槽（22 mm ）小
4. 9 mm 。a.结合试验极与对比极在第二周期中高
度离散度数据（试验极较对比极小0.9 mm ），说明
第三周期中涂层材料在保持残极厚度稳定性方面比
第二周期效果要好。产生这种现象的原因主要是: 在第一周期中试验槽存在涂层阳极和无涂层阳极混
医用拉链用的情况，由于试验极（几何外形较对比极规整，底
掌截面积大）电流密度低于对比极，故而从对比极
“抢走”了部分电流，导致在第二周期出极时两者在 残极厚度不均方面没有这么明显差别；而从第二周
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