[发明专利]一种阳极效应处理装置与方法

说明书

本发明公开了一种电解铝过程中阳极效应处理装置和方法。所述处理装置包括配气装置，所述配气装置的出气端连接有熄灭剂储罐，所述熄灭剂储罐的出气端通过软管与效应熄灭管连接，所述处理装置还包括用于升降、转动、弯曲所述效应熄灭管的效应熄灭管传动装置。所述方法包括：(1)根据不同的阳极效应种类配置熄灭剂存储在所述熄灭剂储罐中，将所述效应熄灭管伸到阳极底部；(2)当需要对阳极效应进行熄灭处理时，通过控制配气装置释放熄灭剂。本发明的效应处理过程在阳极底掌界面处完成，不搅动铝液，不对电解铝液产生氢和氧化铝夹杂污染，具有很高的经济价值和社会效益。

技术领域

本发明涉及铝电解与铝合金熔体净化领域，尤其涉及一种不产生氢和氧化铝夹杂的阳极效应处理装置与方法。

背景技术

铝是仅次于钢铁的第二大金属结构材料，铝熔体质量影响铝制品质量，洁净的液体金属是获得优质铝制品的保证。氢是唯一能大量溶于铝熔体中的气体，铝液凝固析出氢所产生的气孔、疏松等缺陷，直接影响铝制品的质量、性能，是退火和固溶处理铝合金中气泡缺陷的原因。Al₂O₃夹杂是影响铝熔体冶金质量的关键因素,破坏铝基体的连续性、降低基体强度，恶化铝材加工性能、耐腐蚀性能和抗断裂韧性，为疲劳裂纹的萌生提供了核心(参见贺永东、张新明的论文《电解工艺对电解铝液质量的影响研究》)。

电解铝液中氧化铝夹杂含量一般在1％-2％，贵铝实测电解铝液中含氢量平均为0.34ml/100gAl。基于上述原因，在霍尔-埃鲁特熔盐电解铝的最初近百年内，人们一直无法直接利用高温电解铝液浇铸铸锭。随着技术进步，直接利用高温电解铝液生产铸坯的短流程工艺已经得到广泛应用，电解过程中产生的氢和氧化夹杂物对铝熔体的污染，成为影响铝熔体冶金质量的主要根源(参见贺永东的论文《铝及铝合金中氢和氧化夹杂的冶金遗传》)。

贺永东、张新明、陈明安等在其论文《电解铝液中Al₂O₃夹杂物的形成机理》中指出：阳极效应是碳阳极界面上析出的CO₂气体不能及时排出而导致的电流阻塞过程，效应发生的频率与电解液中氧化铝浓度波动、电解槽的冷热状态有关。效应本身不导致铝液含杂、增氢，熄效应操作能在一定程度上增加电解铝液中氢和氧化夹杂物含量。在实际生产中，常采压缩空气和湿木条熄灭效应，先往电解液中加入足量的Al₂O₃，再将湿木条插入铝液-电解液中，湿木条发生强烈脱水反应，生成的H₂O和CO₂气体将铝液搅起，铝液穿过气膜阻挡层与阳极短路，达到熄灭效应的目的。或者将高压风直接吹入铝液中，在铝液中产生强烈的沸腾作用，搅起铝液形成短路，达到熄灭效应的目的。压缩空气或者湿木条脱水产物都能与高温铝液反应，生成大量的Al₂O₃夹杂和氢：

4Al+6H20＝2(α-Al₂O₃)+6H₂－395.7KJ/mol；

2Al+3CO₂＝(α-Al₂O₃)+3CO－550.38KJ/mol。

4Al+3O₂＝2Al₂O₃－1109KJ/mol；

图1为熄效应过程中，H₂O、CO₂气泡同铝作用产生的氧化膜界面层与氢交互作用过程示意图，产生的H₂、CO、CO₂等气体与气泡表面的氧化膜接触，被氧化膜内壁吸附，高温铝液通过氧化膜缝隙流入气泡，造成铝液氢和氧化铝夹杂污染(参见贺永东、张新明的论文《电解铝液中氢形成机理探讨》)。采用传统方法熄灭效应的过程，实际上是在铝液中造渣、造气的过程，是电解铝液产生氢和氧化铝污染的重要原因，且存在操作强度高、环境污染大、物耗高、易在槽底形成大量氧化铝沉淀等不足。

发明内容