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正确选择冷捣糊——兼论冷捣糊的特点

作者: 发布时间:2014-12-29 浏览次数:1446
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一、铝电解用阴极糊的分类和性能

    铝电解槽糊料的作用是将平铺于槽底的单个阴极炭块之间以及阴极炭块和侧部炭块之间的空间填充起来,经过焙烧使槽底和侧部形成一个完整密封的槽体,在焙烧和运行阶段避免电解质和铝液的渗漏;同时作为槽邦的一部分,使电解过程产生和侧部散失的热量维持平衡,从而达到提高电效、延长寿命之目的。

    当前电解槽容量已进入400KA-600KA的超大型时代,单系列年产能达40万吨以上,投资巨大,对电解槽的筑炉、运行管理要求更高。而糊料是电解槽的致命材料,其性能优劣直接影响到电解槽启动的成功与否和寿命的长短。根据设计要求或阴极炭块的特性正确选择糊料是铝电解槽筑炉技术的基本要求。根据我国2007年发布的《铝电解用阴极糊》产品标准(YS/T65-2007)和2011年发布的修改征求意见稿,铝电解用阴极糊按其理化性能、产品适用部位、施工温度的不同分为三类、11个牌号。各种糊料的分类和用途见表1。


表1:电解铝用阴极糊的产品分类


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   可以看出,阴极糊按其使用部位不同分为钢棒糊、炭间糊、周围糊3种(半石墨炭胶泥除外)。

   在表1中,第Ⅰ、Ⅱ类糊料的施工温度都在110℃左右,也被称为热捣糊;第 Ⅲ 类糊料的施工温度在25~55℃度范围内,通称为冷捣糊。当前市场上的冷捣糊按施工温度的不同又可分为2类,即施工温度在15~35℃左右的的被称为冷捣糊,施工温度在40~60℃之间的被称为温捣糊。各类糊料的性能如表2所示。


表2:铝电解用阴极糊的性能

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   表2未给出后4种冷捣糊的焙烧收缩率,实际上,现阶段市场上合格的冷捣糊焙烧收缩率即线收缩率(500~950℃),指标为 ≤0.15%;热膨胀率(950~20℃),指标为 ≤4.5×10ˉ6/K。除此之外,导热率也是冷捣糊的重要指标,指标值为≧6 W/mK。


二、正确使用冷捣糊

   在我国,阴极糊的骨料同阴极炭块一样,主要使用优质电煅无烟煤为原料。当前主要使用产地宁夏石嘴山市汝萁沟太西镇品质优良的无烟煤,被称为太西煤。太西煤具有“三底六高”的特点(底灰、底硫、底磷,高发热量、高比电阻、高块煤率、高化学活性、高精煤回收率、搞机械强度),是国内优质煤之冠。也有使用其他地区的优质电煅(一般不使用气煅)无烟煤作骨料的,但首推太西煤做骨料。

   表1中,糊料又根据含石墨量的不同分为半石墨和高石墨2类(在有的资料报道中,高石墨冷捣糊是含25%的石墨制成的)。实际在生产和使用中,钢棒糊、炭间糊含有石墨是有必要的,周围糊含石墨就没有必要了。国际标准冷捣糊之周围糊是不掺加石墨材料的。

   不同糊料除使用的原料有区别外,***重要的是使用的粘结剂不同。一般情况下,热捣糊使用煤沥青作为粘结剂,这种糊料只要在施工时按照规程正确操作,即可以满足电解槽的要求。冷捣糊使用专门炼制的优质煤沥青为粘结剂,但国内大部分企业制造冷捣糊使用的粘结剂是在煤沥青中加入蒽油或煤焦油,将煤沥青的软化点分别调整到冷捣糊或温捣糊所需要的温度。这种制备粘结剂的方法是因为这些生产企业没有掌握冷捣糊粘结剂的技术所致。因为依靠掺入蒽油或煤焦油降低煤沥青的软化点,不但环保指标达不到要求,糊料在焙烧时因为蒽油和煤焦油的蒸发使得糊料的收缩率增大,加大了电解槽铝液渗漏的风险。笔者认为,电解槽的糊料要么选择热捣糊,要么使用未掺入蒽油和煤焦油的粘结剂生产的冷捣糊。所谓的“温捣糊”也是不可取的。



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图1 使用冷捣糊停槽后阴极炭块之间的缝隙

   图1为某铝厂使用冷捣糊筑炉的电解槽,在经过2041天的运行后停炉,刨槽30天冷却至室温下看到的两块阴极之间的缝隙,而在炭块表面之下(踢出表面),几乎看不到缝隙,这是电解槽期望的结果。而相同条件下使用热捣糊筑炉的缝隙有时可达 0.5-1cm的宽度。


三、冷捣糊的特点

   1、施工方便,质量可控。

   同热捣糊相比,冷捣糊在施工时***大的特点便是施工方便、质量可控。热捣糊在施工时,要先将糊料提前2-3小时放在混捏锅内加热到110℃以上,使糊料软化,同时也要将放置在电解槽内的炭块组和侧部炭块都加热到大约相同的温度才能施工。由于糊料对温度的敏感性,每层轧糊要求在短时间内完成,同时糊料的轧制压缩比也只能通过固定的工艺和经验来确定,可控性差,造成槽漏槽隐患。

   而冷捣糊由于可以在15-35℃的常温下施工,在我国即使在北方地区大部分时间电解厂房内都在这个温度范围内,而一般新建铝厂都会选在这个温度下的季节来筑炉,基本不需要对糊料和阴极炭块组、侧部炭块采取加温措施。在大修时,由于大修槽两旁都是运行的电解槽,温度也都在这个范围之内,十分有利于冷岛糊的施工。即使个别地区处于寒冷季节,也只需提前将糊料整袋放在有暖气的房间内,使糊料均衡的保持15度以上温度,炭块组、侧部炭块也仅仅加热到20℃左右的温度就可以顺利施工了。

   一般情况下,冷捣糊在施工时因对施工时间的长短要求不高,工人可以从容的施工,每层轧糊结束后,特别是在施工伸腿时,可以使用针形密度计检验是否有过轧或欠轧的问题,以便采取相应的补救措施,确保施工达到设计质量。另外,只有冷捣糊可以实现机械轧糊,为提高电解槽施工质量和效率创造了前提条件。

   2、环保、安全

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图2 热捣糊施工环境

铝电解槽用捣固糊使用的健康、安全、环境问题越来越受到人们的关注。目前,国内生产的大部分热捣糊,由于使用的煤沥青中含有较高的PAH成分(多环芳香族烃类化合物),在电解槽砌筑过程中,工作人员不但要在高温气氛中劳动,而且捣固过程还要暴露在非常强烈的挥发性烟气之中,烟气中含有的苯并芘等致癌物质以及其他有害成分对施工者的健康会直接造成损害。


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图3 冷捣糊施工环境

   随着国家对糊料产品健康制度要求的提高,使用低PAH或不含有害成分的糊料替代当前的产品,成为至关重要的问题。降低PAH对工人伤害的途径一是粘结剂中少含或不含PAH,另一种途径是降低糊料的施工温度,在施工时,使其得不到挥发,焙烧阶段通过除尘器予以高空排放。


   冷捣糊就是现阶段一种低有害物的糊料,以上两个要求在这里都得到了实现。这是由于冷捣糊的粘结剂中有害物质得到了很大的改善,其中的致癌物质降低了30倍以上,且粘度得到了降低,使得捣固工作可以在常温下进行,微量的有害物质基本上不会挥发出来, 所以,大大降低了对施工者健康的损害。

   3、节省设备和厂房投资

   使用热捣糊、温捣糊施工时,一般需要配置3台混捏锅(其中1台供组装阴极钢棒专用),在轧糊前需要电加热片(加热槽内阴极组)、喷灯、糊料运输保温等工具,混捏锅需要安装在厂房内。冷捣糊因为可以在常温下施工,将糊料运到电解槽旁边、使用***少的工具即可完成轧糊工作。对于一个50万吨的电解铝厂,使用冷捣糊至少可以节省设备、厂房投资300万余元。

   4、节约电能和人工,减少糊料的抛撒浪费。

   据某电解铝厂的统计,热捣糊从阴极组装开始到电解槽轧糊结束,大约耗电4200KW。其中混捏锅耗电约950KW,阴极加热耗电约3250KW ,若电费以0.6元/KW计,每台槽电费约2520元。

   在对糊料和阴极进行加热、施工时,还要使用部分辅助人工和工具。使用冷捣糊筑炉每台节省的人工工资和工具费用大约500元。

   在使用热捣糊施工、特别是冬季施工中对温度的要求比较敏感,造成糊料在各个环节中的浪费较大,对使用两种糊料进行统计对比分析的结论是,在300KA以上电解槽上使用冷捣糊,平均每台槽比使用热捣糊少用1吨左右的糊料,约1500元。

   以上合计大约每台槽节约5000余元。

   由于冷捣糊的成本和售价高于热捣糊,综合算下来,施工1台电解槽,使用冷捣糊(纯煤沥青型)比热捣糊增加费用约4000余元。虽然物有所值,但生产企业也要努力降低生产成本,为电解铝企业能够优先选择使用冷捣糊提供条件。


四、使用冷捣糊的注意事项

   1. 装车运输过程不能挤压,避免提前捣固。

   2. 存放条件要求常温、避光、避风。

   3. 冷捣糊存放时间不能过长,保质期一般为一年之内,避免粘结剂蒸发导致糊料变干。使用过期或较干的冷捣糊,在施工时可能会产生分层和质量不均匀等现象,增加焙烧和运行时的漏槽风险。


   结论:冷捣糊以其施工方便、质量优良可控、对工人的健康损害小、减小了设备厂房的投资和施工中节省人工等优越的条件受到铝电解企业的重视和应用。在生产冷捣糊时,首推使用优质的太西电煅无烟煤和专门精炼的优质粘结剂为原料,区别施工部位使用原料配比,要正确选择冷捣糊,以减少电解槽启动和运行中漏槽现象的发生,提高电解槽的运行寿命。


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