【铝合金型材,结构管对质量负责】

         当电解槽实际电解温度高于正常控制的电解温度上限时，我们称该电解槽为热槽或进入了热行程。从能量平衡的角度，形成热槽的原因为热收入增加，或因热支出减少，或二者同时存在。决定电解槽热收入的主要因素有槽工作电压、阳极效应、系列电流、电解质电阻等。影响电解槽热支出的主要因素有保温料厚度、铝水平等。因热收入和热支出的某项或几项因素发生改变而导致电解槽温度上升的热槽，常称做普通热槽。而由于各项技术条件匹配不合理、槽膛严重畸形等多重深层次诱因引起的病槽，水平电流增加，二次反应加剧，电流效率明显下降，本该转变为化学能的电能大量以热能释放出来，使槽温上升，形成热槽，我们把这种热槽称做异常热槽。具体分析，可能形成热槽的原因主要有以下几种：(1)极距保持过高，电解质电阻压降增加，槽电压偏高，槽内热收入过多。造成极距过高有两种可能原因，一种是电压测量仪表有误差，测量值低于实际电压值，计算机按测量值调整极距，使极距控制偏高；另一种是人为地提高槽电压没有及时降下来。(2)极距过低，引起二次反应加剧。二次反应放出大量热量，使电解槽温度上升。(3)电解槽内铝水平过低，铝量少，槽底散热量减少形成热槽；或因电解质水平过低，液体电解质量少，氧化铝溶解能力下降，槽底产生大量沉淀，引起槽底发热；电解质水平过低，电解槽热稳定性也变差，这也容易引起热槽。(4)电流分布不均匀，局部电流集中，形成局部过热现象。(5)阳极效应处理不及时，或处理方法不当，效应持续时间过长，造成槽温上升。(6)由于冷槽处理不及时或处理不得法而转变成热槽。因为冷槽因温度低而电解质萎缩，氧化铝溶解能力降低，如果得不到及时处理，会形成大量沉淀，导致槽底发热，加之效应频发，效应电压高，槽温上升，进而转化成热槽。电解槽进入热行程会有以下外观特征：(1)火苗黄而无力，电解质物理化学性质发生明显改变，流动性极好，颜色发亮，挥发厉害，阳极周围电解质沸腾激烈，电流效率很低；(2)炭渣与电解质分离不清，在相对静止的液体电解质表面有细粉状炭渣漂浮，用漏勺捞时炭渣不上勺；(3)阳极着火，氧化严重；伸腿变小，槽底沉淀增多；(4)壳面上电解质结壳变薄，下料口结不上壳，多处穿孔冒火，冒“白烟”；(5)槽膛遭到破坏，部分被熔化，电解质温度升高，电解质水平上涨，铝水平下降，电解质摩尔比升高；测两水平时，电解质与铝液之间的界线不清，而且铁钎下端变成白热状，甚至冒白烟；(6)电解质对阳极润湿性很差，槽电压自动上升，阳极效应滞后发生，效应电压较低，不易熄灭；(7)严重热槽时，电解质温度很高，整个槽无槽帮，无表面结壳，白烟升腾，红光耀眼；电解质黏度很大，流动性极差，阳极基本处于停止工作状态，电解质不沸腾，只出现蠕动。这种状态在生产中称之为“开锅”现象。电解槽进入热行程，要及早发现，及时处理。首先要分析属于普通热槽还是异常热槽。对于普通热槽的处理，要分析热槽产生的原因，针对不同诱因采取不同措施：(1)因设定电压过高产生的热槽，将电压适当降低即可减少电解槽体系中的热收入；(2)因槽内铝水平过低引起的热槽，可采取减少出铝或向槽内加入固体铝的方法提高在产铝量，增加热的传导和散失；(3)摩尔比高引起的热槽，适当多添加氟化铝，降低摩尔比；(4)保温料厚的要适当减薄保温料；(5)槽内炭渣量大的要做好捞炭渣工作，始终保持电解质清洁；(6)还要适当保持较高的电解质水平，增加电解槽的热稳定性。对于异常热槽的处理，关键仍然是要认真检查槽况，正确判断产生热槽的原因，对症实施处理措施，否则不但不能使热槽恢复正常，反而能引起更多严重后果。一般检查的项目包括：首先校对电压测量仪表是否存在误差，然后检查电解质水平、铝水平、槽底沉淀和槽膛情况、槽电压保持情况、阳极电流分布情况；查看工作记录，了解该槽加工和效应情况。根据收集到的息做出判断，拟定并实施对症处理办法：(1)因极距过低，二次反应增加引起的热槽，首先要将极距调至正常，减少二次反应，增加发热量的因素。(2)槽内沉淀多，或因槽底结壳造成槽底压降大，引起槽底发热而产生的热槽，要先处理沉淀，如通过扒沉淀，或调整技术条件逐步槽底沉淀。(3)因电流分布不均匀形成的热槽，要查找电流分布不均匀的原因并采取措施。如因阳极某部位与沉淀接触引起的偏流，要处理该部位的沉淀；如因阳极长包或掉块引起的偏流，要尽快处理异常阳极。(4)由于电解质电阻大引起电解质过热而形成的热槽，可以短时间打开大面结壳，使阳极和电解质裸露，加强电解槽上部散热；同时向槽内添加氟化铝和冰晶石粉的混合料。混合料的熔化将吸收大量热量，降低槽温；添加的氟化铝则降低摩尔比，降低初晶温度并改善电解质的导电性能。(5)严重的热槽可以采取倒换电解质的方法来降低槽温；需要注意的是，绝不能用添加氧化铝来降低槽温。(6)因病槽引起的热槽，要先采取措施使电解槽槽况稳定后，再处理槽温高的问题；由冷槽恶化转变成的热槽，要分析判断原因，参照以上所述方法及时处理。热槽好转的标志是阳极工作正常、电解质沸腾有力、表面结壳均匀完整、炭渣分离良好。这时再逐渐降低槽工作电压，并配合恢复极上保温料，根据具体情况，缓缓撤出铝液，槽底沉淀，使电解槽稳步恢复正常运行。热槽好转后，往往槽底仍存在较多沉淀，尤其是严重热槽，沉淀层厚度大。但这种沉淀与冷行程的沉淀不同，因其槽底温度高，沉淀疏松不硬，容易熔化。在恢复阶段，只要严格控制电压下降程度，合理掌握出铝量，适当保持效应系数，沉淀即可，电解槽很快就能转入正常，但若控制不好，也很容易反复。因此，恢复阶段必须精心调整各项技术条件，时刻注意槽况变化，确保电解槽平稳转入正常运行。

        铝灰的化学成分由于原料组成及工艺等不同，具有较明显的差异性，主要由金属铝、氧化铝及盐熔剂等的混合物构成。具体是：Al10%~30%，Al?O320%~40%,Si，Mg，Fe氧化物7%~15%，K，Na，Ca，Mg氯化物和少量氟化物15%~30%。其中部分氧化物和氯化物附着于金属铝的表面。耐火材料属资源型产业，化学成分及类型多种多样，具有容纳各种原材料的空间。铝灰的化学成分与耐火材料的主要原料铝矾土相近，可以考虑直接或经加工处理后成为耐火原料,为铝灰的有效利用开辟一条新途径，既保护环境，又降低耐火材料企业的生产成本，对企业可持续发展具有一定帮助。铝灰加入耐火材料配料中的应用：1.1作为防爆剂：能改善不定形耐火材料衬体的透气性，防止衬体在烘烤过程中由于产生的蒸气压过大而发生爆 裂的物质称为防爆剂，也称为快干剂(可快速烘烤的添加剂)。不定形耐火材料的防爆剂有活性金属铝粉，铝粉与H?O反应生成Al(OH)?，并放出H?，在浇注料尚未凝固前，H?从浇注料逸出时会形成毛细排气孔，从而提高其排气性。王立旺[1]采用铝灰替代铝粉作防爆剂，用于铁沟浇注料，其铝灰的化学成分是：Al31.63%，Al?O?18.15%，AlN9.25%，MgO6.16%，SiO?12.21%，Fe?O?7.27%，CaO2.23%，Na?O2.15%，K?O1.03%，TiO?2.04%，Cr?O?0.58%，其他7.33%。其中的Al，AlN能水化放出气体。试验得出铁沟浇注料中加入w(铝灰)4%，能很好地起到防爆作用，铝灰加入过多，会出现鼓胀开裂，铝灰还能促进铁沟料硬化，缩短施工时间。1.2加入高炉出铁口炮泥中：黄朝晖等人发明在高炉出铁口炮泥中添加铝灰0.4%~40%替代铝质和硅质原料。其他原料是：工业级刚玉、碳化硅、中温沥青颗粒粉、苏州土细粉、焦炭粉等，以焦油及改性沥青和酚醛树脂为结合剂，混合搅拌均匀，过真空练泥机挤出后，即得到炮泥。其性能稳定，能满足生产要求，并能降低生产成本。1.3代替煅烧铝矾土：有人研究在浇注料、预制件和耐火粘土制品中加入铝灰取代煅烧的铝矾土，而铝灰无需煅烧，可直接作原料，大约用量在5%。利用铝灰加工配制耐火材料，众所周知，原料是耐火材料的基础，高质量的耐火原料才能生产好的产品。对耐火原料基本要求就是耐火性能，即耐火度1580℃以上的原材料才能作为耐火原料。铝灰中除了Al?O?以外，还含有较多耐火性能较低的杂质成分，因此，一般不能用铝灰直接配制耐火材料，需要进一步加工处理，除去杂质，提高Al?O?含量，才能考虑用作耐火材料。以下就铝灰加工处理方法作简要介绍。2.1铝灰的浮选法提纯：刘瑞琼等采用油酸钠为捕收剂，当pH值固定在8.6左右，捕收剂用量为1000g/t时，浮选后铝灰w(Al?O?)含量由原来43.14%提高到86.41%,回收率68.89%。可以替代铝矾土冶炼氧化铝基电熔材料。2.2制取α-Al?O?：α-Al?O?是刚玉等高级耐火材料的主要原料。用铝灰提取的基本原理是：在400~600℃的温度下，铝灰中的金属铝、氧化铝与NaOH和NaNO?反应生成可溶于水的金属盐，并用水将其溶出，实现铝与其他杂质分离之后，使用晶种分解法处理含铝溶液，*终得到α-Al?O?。得出的制备条件是：碱灰比(mNaOH/m铝灰)1.3，盐灰比(mNaNO?/m铝灰)0.7，按比例要求配合，混合均匀，在500℃下熔炼，熔炼时间60min;用去离子水在60℃恒温水溶中浸出熔炼产物，浸出时间30min，固液比1∶4，铝浸出率*高达92.71%，浸出后抽滤，固液分离，浸出液经过净化，调整苛性比，晶种分解和煅烧获得氧化铝。谢刚等人采用加压碱浸、波活化辅助的方法回收铝灰中氧化铝。首先将铝灰破碎、筛分、水洗，与NaOH溶液按固液比1∶7混合搅拌均匀，然后在高压釜内，于140℃，1.15MPa反应6h，经进一步固液分离、酸中和、水洗分离后，将产物置于输出功率5W/g的波设备干燥活化7min，抽风速度为30m/min，*终可得Al?O?产品。还有人通过王水浸取法及添加氧化钇制备高硬度γ-Al?O?。首先铝灰在室温下溶解在王水中，然后在pH为9~10的条件下沉淀，加入0~20%氧化钇粒子，经压实后于1550~1650℃煅烧可得高硬度γ-Al?O?。2.3制取纳米氧化铝：在刚玉耐火制品中引入α-Al?O?粉，降低烧结温度，节约能源，提高其性能。例如：在用电熔刚玉(Al?O?99.5%)的配料中，加入4%~8%的α-Al?O?粉和1%~2%的α-Al?O?纳米粉，制品的烧成温度由1700~1800℃降至1400℃。刘晓红等采用硫酸浸取铝灰制备纳米氧化铝的工艺方法是：首先在80℃搅拌条件下，用硫酸溶液多次浸取铝灰中的铝离子，经过滤分离得到硫酸铝溶液，然后将碳酸氢铵溶液加入到硫酸铝溶液中，在40℃条件下搅拌反应60min，生成前驱体碳酸铝铵沉淀和硫酸铵溶液，经陈化，真空抽滤分离，硫酸铝铵沉淀洗涤干燥后于1200℃煅烧1h，得到粒径约70nm的α-Al?O?粉。2.4利用铝灰冶炼棕刚玉：耐火材料用棕刚玉一般是用特级铝矾土冶炼而成，Al?O?含量94.5%~97%，是中、耐火材料的主要原料，尤其不定形耐火材料用量较多。近年来，为了节能环保，降低生产成本，有人在研究用铝灰冶炼棕刚玉，其中刘瑞琼等[5]试验的低温冶炼制备棕刚玉的效果较好。其生产过程是：将1份铝灰(小于0.10mm)放入2~5份90~100℃热水中，浸泡6~10h，将水排出，并加入排出等质量的90~100℃热水浸泡2~14h，浸泡为放热反应，不断搅拌，保持水温90~100℃，确保铝灰不沉积，将浸泡后的铝灰分离出来后用流动水漂洗，漂洗水流为3~6m/min，然后用真空过滤机过滤，再经80~110℃烘干至水分低于20%，即完成预处理。在电弧炉中熔炼：在铝灰中加入0.5%~4%的沉淀剂铁屑，在炉中1700~1800℃冶炼6~8h，熔融还原铝灰中的SiO?，Fe?O?，TiO?等氧化物，冷却后经粉碎，磁选和筛分得到棕刚玉产品。其试用的铝灰及棕刚玉产品的化学成分见表2。2.5合成Sialon粉：Sialon陶瓷是20世纪70年代后迅速发展起来的一类高温结构材料，Sialon材料以优越的力学性能、热学性能和化学稳定性，被认为是*有希望的高温陶瓷材料之一。Sialon为Si?N4-AlN-Al2O?-SiO?系固溶体，采用纯化学原料制备，成本高。李家镜等[6]采用铝灰、炭黑和粉煤灰为原料，用碳热铝热复合还原氮化工艺制备Sialon粉体。试用铝灰及粉煤灰的化学成分如表3。称好料，进行球磨12h(用Si?N4球，无水乙醇为介质)，然后进行干燥、过筛、压成圆片，再进行煅烧，自然冷却后磨成粉，研究了原料组成、合成温度对生成物相的影响。结果表明：在原料中当Si/Al为1(铝灰为33%，粉煤灰为50%)时，加入17%炭黑，合成温度1450℃，得到的主要物相为Si?Al?O?N(5β-Sialon，Z=3)和SiAl4O?N(415R)的产物;在Si/Al为1.5时，加入80%粉煤灰，1450℃可制备较纯的Si?Al?O?N5粉。2.6制备镁铝尖晶石：镁铝尖晶石是重要的耐火原料，以它为颗粒，镁砂为细粉，制备与刚玉配制钢包用浇注料。李晓娜[7]以铝灰、铝矾土和电熔镁砂为原料，铁屑为沉淀剂，焦炭为还原剂，采用高温电熔法合成富铝镁铝尖晶石。试验表明：加入铝灰20%，40%，60%生产的镁铝尖晶石，其综合指标超过铝矾土基镁铝尖晶石的技术指标;加入40%铝灰时，综合指标*好，其含Al?O?82.48%，SiO?0.35%，MgO14.10%，CaO1.12%，Fe?O?0.5%(质量分数)显气孔率0.9%，体积密度3.48g/cm3，耐火度>1800℃;铝灰加入40%，60%生产的尖晶石中含有六铝酸钙(CA6)相。2.7制备TiN-Al?O?复相耐火原料：TiN-Al?O?复合材料具有优异的高温稳定性，耐磨性及力学性能，是一种优异的耐火材料。刘海涛等[8]以金红石和铝灰为原料，以铝灰中的金属铝为还原剂，采用铝热还原氮化法合成TiN-Al?O?复合粉体。试验用铝灰及金红石的化学成分见表4。其原理是：根据反应式6TiO?+8Al+3N?=6TiN+4Al?O?计算铝灰和金红石理论质量比为16∶27。具体做法是：先称好料，放入球磨机中，干磨12h，以40MPa压力，干压成型坯体，然后放入石墨坩埚，在流动氨气中，600~1400℃，保温5h煅烧。在1300℃煅烧的产品按理论用量合成的产物主要是TiN，α-Al?O?，少量倍长石和MgAl?O4。经计算，TiN为30.4%，α-Al?O?为45.8%，随铝灰增加α-Al?O?增多，TiN减少，当铝灰过量50%时，TiN为26.4%，α-Al?O?为55.0%。TiN-Al?O?复合材料的抗折强度达520.2MPa。2.8电熔莫来石：陈海等[9]利用铝灰电熔莫来石。具体步骤是： 步是铝灰预处理过程，首先在1100℃下煅烧铝灰，使金属铝部分转变为Al?O?，然后将煅烧的铝灰放入水槽中，加入盐酸进行清洗，然后烘干;第二步是电熔，按铝灰、铝矾土与硅石的质量分数比为：30%~80%：0~50%：10%~20%的范围内，混合均匀后加入电弧炉中，熔炼，倒出，冷却，破粉碎，分选，得到莫来石。利用铝灰制取耐火材料结合剂3.1合成聚合氯化铝：聚合氯化铝又称碱式氯化铝，简称PAC，是介于AlCe?和Al(OH)?之间的水解产物，其化学通式为(Al(2OH)nCe6-n)m，其中m<10，n=1~5。聚合氯化铝分为固体和液体两种，固体通常为黄色或无色的树脂状产品，Al?O?含量40%~50%;液体呈无色，黄褐色或黑色，Al?O?含量10%以上。聚合氯化铝可作为定型耐火制品、耐火可塑料、捣打料和浇注料结合剂，对碱化度和密度有一定要求，一般要求碱化度为46%~72%，密度为1.17~1.23g/cm3。谢英惠等[10]研究以铝灰为原料制取聚合氯化铝。其中中和法是将烧碱和盐酸分别与铝灰反应，产生铝酸钠和三氯化铝，然后以合适的配比合成聚合氯化铝。而酸溶法是将铝灰和盐酸反应一次直接产出液体聚合氯化铝。具体操作是：用水洗法除去水溶解的盐类，处理后铝灰Al?O?含量30%左右，然后将工业盐酸与一定量水放入反应器内，搅拌并用水浴加热，称取铝灰逐步加入盐酸溶液中，反应放热，反应温度96℃，时间6~12h，反应结束加入一定水稀释物料，试验认为，铝灰∶HCe∶水为3∶1∶3，反应6~8h为宜，调节pH值为3.5~4.5，陈化15~24h，得到液体聚合氯化铝产品。3.2制取硫酸铝：将硫酸铝溶于水中，可作为定型和不定型耐火材料的结合剂。由于硫酸铝溶液呈酸性，因此主要用于酸性和中性耐火材料结合剂。康文通等[11]研究的以铝灰为原料制备硫酸铝的工艺流程是：铝灰—加入硫酸和水进行反应—过滤除去滤饼—滤液除去杂质—浓缩—冷却结晶—硫酸铝产品。其中反应时间3h，硫酸浓度30%，硫酸用量1.05(以硫酸实际用量与理论用量之比表示)，pH值为3，收率达93.2%