探讨电解铝用预焙阳极钢爪沾石墨液工艺的改进方式

刘二宁

（陕西有色榆林新材料集团有限责任公司，陕西 榆林 719000）

新时代背景下，我国铝电解技术受到了广泛应用，同时，电解铝中的阳极也在逐渐完善，从自备阳极转化为预焙阳极，在预焙阳极炭块组中，主要具备三种材料，铝导电性棒、铸钢爪头和烤阳极碳块。它通过焊接（在导杆和铸钢钩之间）和生铁铸件整体连接。为了促进铁环和铁钳的分离并改善它们之间的接触状态，国内外同类行业普遍采用铸造前将铁钳浸入石墨液的方法，但实际生产工艺存在许多弊端。本文结合实际生产分析了石墨溶液浸渍工艺的缺点，将干法浸渍石墨粉改为干法浸渍石墨粉，并分析了干法浸渍石墨粉的原理，取得了较好的效果[1]。

1 电解铝概述

电解铝主要指的是利用电解方式取得铅，现阶段，我国电解铝工业主要应用冰晶石-氧化铝溶盐电解，将熔融的冰晶石作为主要溶剂，将氧化铝作为主要溶质，使电解铝能够发挥出最大作用。此外，在对电解铝进行直流电处理后，电解器的两极会发生强烈化学反应，这也被称之为电解。近几年来，我国电解铝行业获得较大经济收益，同时，还行，业还会受到下游行业需求下降的直接影响，在2008年，我国电解铝已高达50万吨[2]。

根据电解铝的生产工艺，电解铝的生产成本大致由以下部分组成。

（1）原材料：氧化铝、冰晶石、氟化铝、添加剂（氟化钙，氟化镁等），负极材料。

（2）能源成本：电费（直流电和交流电）、燃料油。

（3）人工成本：工资和其他管理费用。

（4）其他费用：设备损失和折旧、财务费用、运输费用、税金等。

出现了用于电解铝的新型节能技术，每年可节省275亿度电。

2012年3月17日，我国电解铝领域取得了新的发展成就。功耗从2008年的13235度下降了10.7%，降至11819度，许多技术已达到国际领先水平。如果促进整个行业发展，中国的电解铝行业每年可以节省275亿千瓦时的电力。

经过30多年的发展，电解铝行业已逐渐成为中国重要的基础产业，但由于其生产过程中的高能耗，一直被称为高能耗行业，也是全球铝工业面临的重大技术问题。相关学者梁学敏和其他项目团队专家不懈努力，开发了中孚实业临丰铝电公司率先开发的世界首创的电磁流体稳定技术、低温低压电解槽结构、低温低压工艺操作技术。

据介绍，基于2012年国内电解铝产量2000万吨的估算，将这项技术推广到整个行业后，这有效促进了铝工业的发展。节能减排工作将对促进中国起到很好的示范作用[3]。

2 碳石墨材料生产程序

碳石墨材料可以使用普通机床进行湿式和干式处理。但是，为了保持纯度，通常对高纯度石墨进行干式处理。普通石墨的研磨通常使用湿法工艺。不建议在同一台机器上的干式和湿式加工之间切换。

2.1 除尘

使用干法处理时，除大型石墨处理车间外，所有机器上均应安装除尘设备，并且不需要中央除尘设备。如果车间主要用于金属加工，则每台机器都应配备工具真空吸尘器（真空度为300mm头或气流为18m/s）。

2.2 切割

可以用青铜基金刚石砂轮切割碳，砂轮的厚度为200mm～300mm，线速度为50m/s～60 m/s。可以使用工具钢粗齿带锯（5片/英寸）以300m/min～600 m/min的切割速度切割石墨。

2.3 架子

工件最好放在弹簧外套或延长环上。考虑到石墨的陶瓷特性，夹紧压力应分布在最大可能的区域上。原则上，可以使用KO1、K05和K10硬质合金刀片，如果要求的公差接近于标准，则建议使用金刚石工具，其采用圆角或刀刃倒角，以减少接头结构的切角。低数据主要用于碳材料加工，高数据用于石墨材料加工。

2.4 铣削

铣削通常使用硬质合金和金刚石工具。使用金刚石工具加工时，可以将切削速度提高50%。低数据用于碳材料处理，高数据用于石墨处理[4]。

2.5 研磨

碳石墨材料可以被粉碎。砂轮的密度应在6-9之间。如果需要高精度的表面处理，则应采用抛光工艺。石墨是一种粘结材料，可用作高温条件下使用的聚酯、过氧化氢树脂、氧化铝粘结、氧化铝、氧化锆的基质陶瓷粘合剂。

3 石墨材料的选择

新瑞达石墨是一种可以满足不同类型模具需求的电极材料。您可以根据实际需要选择和使用任何材料。选择石墨电极材料有多个标准，但有四个主要标准。

3.1 材料的平均粒径

材料的平均粒径直接影响材料的应用效果。材料的平均粒径越小，材料的排出越均匀，排出越稳定，并且表面质量越好。对于具有低表面精度要求的锻造和压铸模具，通常建议使用粗颗粒，例如ISEM-3。对于具有高表面精度要求的电子模具，建议使用的平均粒径小于4μm。但是，放电后的表面光洁度还取决于颗粒的变化[5]。

3.2 材料的弯曲强度

材料的抗弯强度直接表示材料的强度，并显示材料内部结构的刚性。高强度材料具有相对较好的抗放电性能，高精度的电极应选择强度更高的材料。对于某些具有特殊精度要求的电子连接器模具，可以使用晶粒尺寸相同但强度稍高的材料TTK-5。

3.3 材料的肖氏硬度

在特殊的石墨行业中，通用硬度测试标准是肖氏硬度测量方法，由于石墨的层状结构，在切割过程中表现出出色的切割性能，切割力仅为铜材料的1/3，并且加工后的表面处理非常容易。但是，由于其高硬度，切削过程中的刀具磨损比金属切削刀具的磨损稍大。同时，在放电损失方面，对高硬度材料进行了对照比较。在EDM材料系统中，对于经常使用的相同粒径的材料，有两种材料可供选择。一种具有略高的硬度，另一种具有略低的硬度，可以满足具有不同要求的客户的需求。示例：平均粒径为5μm的材料包含ISO-63和TTK-50，平均粒径为4μm的材料包含TTK-4和TTK-5，平均粒径为2μm的材料包含TTK-包括8和TTK。 它主要考虑不同类型的客户对放电和加工的偏好。

3.4 材料的固有电阻率

根据对材料性能的统计，如果材料的平均粒径相同，则高电阻率的放电速度会比低电阻率的放电速率慢[6]。

4 将浸有石墨溶液的预焙阳极钢爪浸入电解铝中的条件和问题

4.1 钢爪浸入石墨溶液的加工状态

为了容易剥离钢钩的铁环，在铸造前应将120mm高的石墨液体浸入钢钩头中。在石墨储液罐中准备和混合压缩空气，当阳极导杆和钢钩直接位于石墨储液罐上方时，石墨储液罐根据气缸的作用向上移动，以便钢钩将其浸入石墨储液中。最初的设计需要用气体作为燃料来干燥钢爪，但是由于用气和能源消耗存在安全隐患，许多国内制造商在用石墨液体对钢爪进行染色而不干燥后直接进入铸件。投在车站。

4.2 存在的问题

4.2.1 降低铸造速度和铸造质量

通过与煤油和液压油混合，水分长期存在于压缩空气中，因此合并的水变为游离水，并且石墨液体中存在水分。它是在含有石墨液体的钢钳与热铁水相遇时产生的。气体无法去除。一部分气体存在于铁环中，通过形成孔来增加铁环的阻力。

4.2.2 操作环境较差，安全隐患迟迟无法解决

碳杯中的热熔融金属很容易爆炸，因为生成的气体无法及时从碳杯中清除。很容易相关操作人员的人身安全造成威胁，经常出现操作人员受热熔胶烧伤的情况[7]。

5 使用干石墨粉工艺改进石墨液体的浸入工艺

5.1 干石墨粉工艺说明改进

原始石墨液体罐，取消空气搅拌，阻塞原始压缩空气喷嘴，使用石墨液体罐的长度，将气缸安装在方向和活塞上棒尖设计有搅拌装置，将带有钢爪的导杆转移到石墨罐顶部时，石墨罐上升，因此在浸入数个钢钳后，石墨粉很容易结块，因此需要搅拌石墨粉，因此在程序中设置5个钢钳后，它将自动来回搅拌。

5.2 干浸石墨粉的原理

通过称量200g进行比电阻的筛选和测试的结果，可以从分析数据中确认，石墨粉的比电阻为90.18，并且比电阻小，这对于电解生产是有利的。

粉尘颗粒通过相互粘附而团聚，并且颗粒与钢钳表面之间具有粘附作用。颗粒越细，钢钳表面越多。干燥石墨粉非常有利，因为它易于粘附，粘附主要如下。

5.2.1 分子力

分析力用作分子或原子之间的力，也称为范德华力，实际上是吸附力。由于钢制爪形头的底部是平坦的，而侧面是圆柱形的，因此在电解循环之后，当按下铁环时，爪形头会粘附在爪形头的表面，并且爪形头的表面不仅粗糙，而且石墨附着在爪形头的表面。石墨槽中的粉末和石墨粉形成分子力，爪头表面上的铁原子和石墨槽中的石墨粉也产生分子力。

5.2.2 库伦力

这是充电后颗粒产生的静电引力。这主要是由于以下事实：将钢爪头插入到石墨粉末中，并且爪头与石墨粉末颗粒之间发生摩擦，并且颗粒获得静电吸引。石墨粉的粒径小，静电引力大于粒径，因此可以吸附在钢钳上[8]。

6 结语

使用干浸石墨粉时，有几个缺点。由于石墨粉是亲水性粉尘，因此随着时间的推移，它很容易吸收空气中的水分。对于石墨罐中的钢钳的粘附是有利的，但是粉末结块增加了圆筒上的负荷。另外，如果不清洁附着在钢钩上的电解液，则在将钢钩插入石墨粉的过程中，一部分电解液会掉入石墨粉中，同时，在碳生产过程中用从集尘器中除去的碳粉代替石墨粉。