阳极导杆修理与制造

wwzz2008

有了预焙槽技术和预焙槽阳极才有了阳极导杆，最开始时是用螺栓联接一根铜导杆和一根钢爪头。到第二代换成了铝导杆和钢爪，这两者之间采用双金属连接。螺栓联接也改成了焊接(过渡接头)并成为铸钢爪的一部分。钢爪头的数量也由一根变成了多根。
% U) {9 P0 q8 a  J4 k, R随着电解槽系列电流和电流效率的提高，阳极系统也在发生变化，阳极导杆的变化体现在：
0 w8 e  D9 D6 y4 [+ `0 t# L1 i( I! @/ I* i·增加钢爪头数量
·加大爪头尺寸
- d7 O% \8 V# w, |% b, s·改变过渡接头型式
2 I$ k2 k7 d4 a0 x·导杆偏置
- W1 J9 g6 |) @# Q0 i·这些变化对于优化导杆结构来说并不都是必要的。一个1 0～20万吨／年的老铝厂的导杆存量都在10000根以上，所以改变是唯一可行的选择。由于系列电流进一步提高，阳极导杆也需要重设计。但是，下这样的决心需要仔细规划，因为这样做可能需要对铝厂其他工段进行重大而昂贵的改造。
现在阳极导杆的典型组成是：过渡接头(铝钢轧制结合)，钢爪(铸钢或低碳钢加工件)和爪头(低碳钢)。
设计阳极导杆时应考虑下述内容：
·承载电流的能力
·机械强度
2 C2 A" X0 m) ?3 e) Z# V. h·材料选择
. W% j: ^5 K+ ?! |9 ?/ Z·便于制造
·阳极导杆寿命
6 Y$ O4 x; Z0 [+ Y! N8 `! ~·方便维修
0 p3 h( M5 Y8 w9 q3 Y·维修成本
# l& k: T( n7 ?·电阻
·初期成本
·电解槽热需求
" e; E* t8 Y3 @目前，铝工业通常使用铝导杆而不是铜导杆，原因有几方面
! T0 D3 h( f. p; }5 S- W8 l) \·同样的电用途，铝稍微便宜些
·大断面的铝导杆机械强度更高些
7 L1 E0 \: K( k" G9 R$ P- y·铝导杆的使用寿命长于15年，而铜导杆通常不足7年
) b; e; B3 J+ A: |7 |1 E·支持铝工业
" ~' x3 k! t6 C# x  [阳极导杆的制造程序相对简单，钢爪的制造往往是关注先期成本，很少考虑铝厂投产后不断发生的维修成本。带有爪头的铸钢爪成本要比加工的钢爪高出60～70％。
对于一个有1 4，000个新阳极组的铝厂而言，这意味着可以节省300-"400万美元。但是；因钢爪不良结构I造成的额外维修可以使铝厂在几年内就花掉所节省的钱。发生这费用的因素有：
  l: u3 d& Q2 h9 d, {) L( tü
8 B+ U+ l0 e9 T+ u1 ~/ n: d6 v5 W4 F因焊接质量或操作应力，出现爪头焊接事故。
2 H( ?; v1 U/ x, B9 Nü
爪头部分更换或整个更换
+ p: n6 I& B- I' @ü
因制造时未解决焊接应力，一旦阳极组用于电解槽中便发生扭曲；由于爪头与爪洞配合不佳增加了维修量和使用中的电压损失。
维修费用：对于一个使用1 80ram爪头，生产能力为28万t／a的电解系列，每年的维修成本可达百万美元。降低维修费用自然成为许多铝厂经营者追求的目标。正如下面所举的例子一样，导杆的维修费用是可以降下来；但正如在下一段“非维修成本"中谈到的那样，在试图降低维修费用中也有陷阱。
) H5 d) @* G& Q6 I7 a! U举例：如果28万t／a电解槽系列每年要维修12，000个爪头，如果将更换整个爪头改成更换部分爪头，按每吨钢价1，000美元计，则一年可节省290，000美元。
虽然维修费省了下来，但电流在通过额外焊接部分时电压稍有上升(4mV)，造成电力成本上升90，000美元(按0．025美元／kWh计)。
7 [% c$ _: D3 m以上说明，采用部分更换爪头的做法所有的钱远远高于因额外焊接电阻造成额外电力增加的费用，净节省：290000～90，000=200，000美元。
非维修成本：对铝厂而言，导杆的维修费用是直接的，可见的。但是还有一种隐藏的费用――因维护和维修不当降低操作性能的费用(增加了电压损失、改变了热性能)。导致降低阳极组性能的因素有：
ü
爪洞中爪头的直径减小
ü
爪洞上方爪头的直径减小
5 u3 j2 ?: ?- i' F8 yü
9 K, t( Q) m9 r6 z爪头在爪洞中未处在中央位置
ü
; {- {* X9 g6 y. H/ k8 F  P爪头没能平坐在爪洞底部
& y6 \; S/ K8 U0 R, Q4 c5 H" |: P5 rü
钢爪臂的断面减小
为了便于说明问题，假定一下28万t／a电解槽系列允许所有爪头在爪洞中的直径可由180mm减小到平均1 60ram，则额外的电压损失(4mV)会增加电力消耗900，000美元。这个例子说明保持良好导杆的重要性。

wwzz2008

铝厂经营者在制订导杆作废标准时必须十分慎重。欠维修的导杆不维修，看来可以明显降低导杆维修费用，但最终会损害铝厂的整体成本的性价比。反过来，作废标准订的太严格，又会因为不必需的维修而浪费资金，所以，在两者之间有个平衡问题。
在进行爪头部分更换时，有三种焊接技术可供选择：H。lcan爪头焊接系统，摩擦焊接和机器人焊接。
Hocan焊接系统：这种成本较低的焊接方法已经沿用了20年，它采用金属电极惰性气体保护焊方法和半自动操作。它对因操作应力变形的阳极导杆的公差有很大的宽容度并且能用火焰切割代替锯切。
( ]% s& u2 W, b% f. ]$ ?4 |3 w) S磨擦焊扫：由于初始投资很大，所以这种工艺更适合业主自用维修。承包商认为安装这种设备的成本太高，而且需要严格的公差配合才能获得好的焊接质量。一般来说，这种工艺要求用锯来切割旧的爪头，常常很昂贵且好出问题。
机器人焊接：对于公差出入较大的阳极导杆加工质量不好，而且还要求技能很高的人员来操纵机器人。另外，它也要求用锯来切割，容易出问题。
总之，对阳极导杆钢爪的结构要特别关注，它与未来的维修费用密切相关。