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摘要：电解铝厂主要的竞争力来源于成本，成本主要是由原料成本、电力成本和管理成本组成。而其中影响较大的是电力成本，电力成本主要是降低阳极压降。电解生产车间，阳极的压降主要是受阳极组装块的影响，阳极组装块的压降取决于阳极组装过程，碳碗的清理、钢爪的清理和矫正、蘸石墨、高磷生铁成分的调整、浇铸温度等都直接影响阳极组装碳块的压降。文章主要是分析阳极组装过程对阳极组装块的压降的影响，提出相应的降低压降的措施，以此来降低电力成本。
关键词：稀土；高磷生铁；阳极组装块
1电解铝厂成本分析
企业生产，成本至关重要，市场竞争力主要来源于成本。在电解铝厂，吨铝的总成本主要由固定成本和可变成本两部分组成。其中，固定成本主要包含制造成本、人力资源成本和管理成本，这部分成本与企业建设时建厂选址地理位置、产业链配套等因素有关，进入时间生产后该部分成本基本不变。可变成本含原材料成本、辅料成本、电力成本、物流成本，这部分成本与原辅材料、电力的市场价格直接相关。
2槽平均电压对成本的影响
某企业2023年每吨电解铝的氧化铝成本约为4879.2元，占到总成本的30%左右，辅料成本占到15%左右，原辅材料与其物流成本（一般电解铝厂选址相对较为偏远，其物流成本较高）的比值约为3.5:1，所以物流成本占总成本的13%。原辅材料及物流成本占到总成本的58%左右。在实际生产中，对于原辅材料及物流成本节约，主要表现在电流效率上[1]。
式中：Q理论为24h电解槽的理论产铝量，Q实际为24小时电解槽的实际产铝量。而Q实际=0.3356×I×子×10-3kg，其中，I为电流强度，A；子为时间，24h。实际铝量的值越大，原辅材料及物流成本越低。
电力成本占总成本的25%~50%，根据地区电力费用的区别而不同，能源汇聚的地区，电价相对较低，电力成本相对较低。70%的电解铝企业具有自备电厂，实现铝电联营，在电力成本上占了非常大的优势，直接拉低了电力成本的区间范围。实际生产中，电力成本主要表现在电能效率上。电能效率是铝电解槽生产的重要值，是理论能耗与实际能耗的比值，如公式（2）：
式中：W理论为吨铝的理论耗电量，每吨铝消耗电能的理论值为6500kW·h；W实际为吨铝的实际耗电量，实际能耗越低，电能损失越少，经济效益越高[2]。其中，吨铝实际能耗的一般为13000kW·h左右，对于铝电联营的企业，电价控制在0.1元/kW·h，实际能耗每降低100kW·h，成本降低10元/t。
吨铝的实际能耗取决于平均电压和电流效率，如公式（3）：
式中：V平均为槽平均电压，浊电流为电流效率。
由式（3）可知，平均电压的降低和电流效率的提高，对实际能耗的影响较大。
某铝厂，年产20万吨原铝，其电流效率为91%，平均电压为4.2V，电价为0.1元/kW·h，当铝厂的平均电压降低0.1V，每年铝厂将节约成本6549万元人民币。由此可以看出，槽平均电压对成本的影响非常大，行业中人也在努力降低槽平均电压。
3槽平均电压的组成
槽平均电压主要由工作电压、分摊电压和效应电压三部分组成。实际生产中，分摊电压是由电解槽外的线路产生的压降分摊到每台电解槽的电压值，槽外线路一经铺设不会发生改变，电压也不会发生变化；效应电压是受效应系数（每槽每天应发生阳极效应次数）决定，基本不会有太大的变化；只有工作电压是可以降低的，所以降低槽工作电压是降低槽平均电压的唯一途径。槽工作电压主要由阳极电压、阴极电压、氧化铝分解电压和电解质压降四部分。阳极电压包括阳极母线压降和阳极组装块压降咱3暂，阳极母线压降由母体压降、焊接点压降。母线本体压降和焊接点压降受母线配置和母线焊接质量的影响，在电解槽生产期间，阳极母线的安装已完成，压降基本不会改变，所以，阳极组装快压降是大家研究的主要方向。
4阳极炭块压降的组成及影响因素
如图1所示，阳极组装块主要是由铝导杆、高磷生铁钢爪、阳极炭块组成。铝导杆和高磷生铁钢爪采用爆炸焊连接，高磷生铁与碳块之间采用高磷生铁浇铸连接。
4.1阳极组装块压降的组成
阳极组装块压降则由铝导杆压降、钢爪压降、碳块压降、铝钢爆炸焊片压降、钢爪-浇铸块-碳块压降组成。铝导杆压降主要是受材料的影响，通常采用纯铝和铝合金两种材质制作。铝导杆压降的大小除了受本身材料影响以外，还要受到工作温度、横截面积和电解槽生产时间的影响，但这些值基本是在建设初期已经定下来的，变化不大。钢爪压降受到本身材料、形状、表面（气孔、砂眼）和内部缺陷（如夹杂、缩松等）的影响以外，还要受生产环境（温度和熔盐电解质）的影响。钢爪-浇铸块-碳块压降主要由钢爪质量、炭块质量、磷生铁质量和磷生铁浇铸质量共同决定，是影响阳极炭块组压降过高的因素之一咱4暂。碳块主要是由沥青骨料（为节省成本，硬残极也作为原料加入）混合石油焦、沥青焦、经高温煅烧形成的。其压降主要取决于原料的配比和生产过程挤压工艺和煅烧工艺决定，而硬残极在加入前要进行电解质清理工作。生产过程中阳极换极周期、残极率、电解生产温度、阳极电流密度等因素也影响阳极炭块组压降。
4.2阳极组装过程对压降的影响
预焙阳极电解槽在生产过程中，28组阳极的电解槽一般每天更换一组阳极，更换下来的残极返回到阳极组装车间完成再次组装生产。
预焙阳极上铝导杆-钢爪是重复使用的，高磷生铁熔化后重新进入浇铸环节。残极进入阳极组装车间，经残极碳块和磷生铁的压脱后的铝导杆-钢爪，矫正后进入浇铸站，经高磷生铁浇铸后与新鲜阳极组装在一起，组成阳极炭块组。阳极组装生产过程造成阳极组装碳块压降如下：
4.2.1钢爪的变形和脏污对压降的影响
钢爪由于长期服役于电解槽上，长时间高温环境致使其发生热胀冷缩，此过程中易发生钢爪爪头向内弯曲、钢爪头部缺损等损害，造成钢爪与碳碗形状和尺寸不匹配的现象，组装后容易发生配合不紧密的现象，造成压降变大。残极经残极压脱和磷铁环压脱后要进行钢爪的矫正或者报废钢爪下线更换，以保证正常组装生产。钢爪与碳碗的连接方式采用高磷生铁浇铸，既要考虑降低钢爪与磷生铁块的欧姆电阻又要考虑下次重新组装过程易压脱，在钢爪上均匀沾取石墨。有助于钢爪与铸铁块良好接触，降低压降，也便于残极铸环压脱。钢爪要保证绝对清洁，不能黏附电解质和生铁，防止钢爪与高磷生铁块接触不良，浇铸过程中发生铁渣掉进碳碗中，这都会导致阳极组装块压降升高。
4.2.2碳碗积灰对压降的影响
阳极炭块碳碗积灰会导致钢爪安插不到位，导致钢爪与磷生铁块接触不良，导致压降增大。而且已发生阳极碳块脱落的情况。在新阳极输送链上加装自动喷吹装置，清楚碳碗积灰和杂物对组装块的铁碳压降的影响。
4.3浇铸工艺对压降的影响
浇铸过程中，铁水温度控制在1400~1450℃,要保证铁水良好的流动性和较低的凝固收缩率。浇铸温度对铁水流动性、凝固收缩率影响较为明显。铁水温度越高铁水流动性越好，但同时凝固收缩率越大。浇铸温度较高，良好的铁水流动性可以使浇铸生铁块饱满，与碳碗接触紧密，进而降低阳极组装块的压降。浇铸温度较低，铁水的凝固收缩率较大，当铁水凝固时，生铁块收缩较大甚至出现裂纹等浇铸缺陷，导致导杆松动。
铁水浇铸时间，浇铸时间越长，铁水温度越低，容易造成低温浇铸，此时要保证铁水在浇铸一段时间后，进行回炉提高铁水温度。
4.4磷生铁水成分对压降的影响
高磷生铁的主要成分包括铁（Fe）和磷（P），其中磷含量较高，通常在2%以上，甚至可以达到3%~4%。此外，高磷生铁还可能含有其他元素，如碳（C）、硫（S）、硅（Si）和锰（Mn）等，这些元素在高磷生铁中也有一定的含量和控制范围。
磷是高磷生铁的主要成分之一，其含量较高，通常在2%以上，甚至可以达到3%~4%。磷的加入可以改善铁的物理性能，如提高硬度和耐磨性，但在过高含量下会增加生铁的脆性。碳在高磷生铁中影响铁的基体强度、硬度和流动性，可以通过调整碳含量来控制铁水的浇铸温度和导电性。硫在高含量下会使铁水产生热烈现象，降低流动性，并可能导致气孔和收缩缺陷。硅可以促进铸铁石墨化，提高铁水的流动性，并减少铸铁收缩。锰可以阻碍铸铁石墨化，起到脱硫作用，但含量过高时会降低铁水的流动性并增加铸铁收缩。
4.5稀土元素对压降的影响
在高磷生铁成分中加入稀土元素，使铁-碳明显降低。高磷生铁中加入稀土元素Ce为0.012%时，铁碳压降最低，并且依然保持着良好的脆性，回收利用时易压脱。究其原因，稀土对高磷生铁起到脱硫的作用，使碳石墨化。稀土元素的加入量越多，石墨析出数量越多，膨胀率变大，铁碳间的接触变好，导电性升高。但是随着稀土元素Ce的含量的增加，晶粒变细小，晶界数量变多，晶界对电流的通过具有阻碍作用，使铁碳间的导电性变差。
5结论
通过控制阳极组装过程、调整浇铸材料，可以有效的降低铁碳连接块的压降，进而降低整体压降，提高电能效率。控制阳极组装过程降低连接块的压降，主要是通过碳碗清理、钢爪矫正和清理、蘸石墨等过程的操作标准化和清理到位情况来控制连接块与碳块和生铁之间的压降。浇铸材料成分的调整主要是通过调整磷生铁的成分和加入稀土元素，以降低硫磷的含量，提高浇铸生铁的膨胀率，降低铁-碳间的压降，提高电能效率。
参考文献
［1］文提.浅析电解铝的成本控制［J］.中外企业家，2019（12）：123-124.
［2］朱博，万文.关于槽电压与电流效率的思考［J］.中国金属通报，2022（2）：165-167.
［3］张报清，雷霆，余宇楠.预焙槽阳极压降影响因素研究［J］.矿冶，2015，24（1）：50-53.
［4］高东，杜启卫，郭东成，等.阳极铁碳压降的研究与应用［C］//第十届全国采矿学术会议论文集—专题六：煤炭经济、管理、非煤、其它，2015：5.后台-系统设置-扩展变量-手机广告位-内容正文底部 -
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浅谈铝电解厂阳极组装碳块的压降论文
人参与 2025-04-25 10:36:16 分类 : 理学 点这评论 作者：团论文网 来源：https://www.tuanlunwen.com/
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