技术|铝电解预焙阳极生块裂纹问题及处理办法
长期以来,人们对电解电流效率提高的重视程度往往大于对预焙阳极质量的重视程度。随着认识程度的不断加强,逐步意识到预焙阳极质量的好坏将直接影响着电解铝的生产及经济技术指标的提高。
生产出品质优异的预焙阳极,对提高电解铝的经济技术指标大有裨益。部分铝企在生产阳极时，经常出现生块缺损、掉棱、尺寸超标、裂纹、表面粗糙等各类质量问题，其中裂纹出现最多，也最难解决。今天我们就来探讨一下生块裂纹的的几种类型及形成原因和改进措施。
一、预焙阳极生块裂纹种类
预焙阳极生块经振动成型、脱模后，裂纹出现的位置、粗细(宽窄)、深度各不相同，按出现的部位大致可分为碗裂、侧面裂纹和不规则裂纹，其中碗裂又分为碗边缘裂纹、碗间裂纹和碗底部裂纹，侧面裂纹分为水平和垂直两种裂纹。
二、生块裂纹产生原因及采取的措施
不同类型的裂纹，其产生的原因不同，所采取的措施也不尽相同。
炭碗裂纹
1、碗边缘裂纹
① 原因分析：预焙阳极生块在成型过程中，受到振动力、摩擦力以及其他力的作用，在生块内部的某些部位残余一些相互作用的力，这些应力使生块内部存在细微的松裂和外胀，生块脱模后由于弹性后效作用而出现裂纹。根据经验，这种力的作用主要来源于两方面：
一方面与成型机的模头是否转动灵活有关，如模头转动灵活，模头很容易从生块的炭碗中脱出；若模头转动失灵，脱模时模头将对炭碗施加力的作用，从而造成碗边缘裂纹；
另一方面与成型机重锤是否处于水平状态有关，当重锤水平偏差过大时，模头对炭碗的作用力不均匀，某处作用力超出糊料的粘结力时，产生碗边缘裂纹。
② 采取的措施：成型工在生块成型前必须认真检查每个模头，保证模头转动灵活；经常检查并调整成型机的重锤，使之处于水平状态。
2、碗间裂纹及碗底部裂纹
形成碗间裂纹和碗底部裂纹的因素基本相同，可以归到一起来探讨。
① 原因分析：
生块外形尺寸及炭碗分布影响
碗间裂纹根据制品形状不同和炭碗排布方式不同，其造成废品量明显有差异。一般来讲：炭阳极窄而长，炭碗(棒孔)呈一条直线分布，有较多的碗间裂纹；炭阳极较宽，炭碗呈对称分布，炭碗间距较大，则极少有碗间裂纹出现。碳碗间距小，强度低，在弹性后效作用下易形成中间开裂。
台阶高度
出于对电解残极量及工艺考虑，一般炭阳极外型上部多设计为斜面。因此在振动成型过程中，将改变力的分布状态，因物料为塑性材料，外力将均匀分布向下传递，这样在斜面上产生了反支力，使力在水平方向有分力作用。设：外作用力分布密度为：f 则水平分力分布密度：f平=aftgθ／b=f 而水平分力：F=bf 由上分析说明：当有斜面时，水平方向分布密度与垂直方向分布密度相等，与斜面斜角大小无关，斜面高度越大，水平方向力越大，撤去外力后，被改变位置的颗粒力图恢复原位，形成的弹性后效越大，尤其是糊料塑性较差时，弹性后效力体现更为显著。当弹性后效力超过颗粒之间粘结力时，出现中间裂纹。另外，物料总是沿垂直于力的方向分层，使物料之间的粘结力变小，是产生裂纹的另一原因。由此可见：炭阳极生坯台阶越高，糊料塑性差，糊料粘结力小则易出现碗间和碗底部裂纹。
与糊料特性有关
胶料论指出：将焦碳颗粒粘结在一起的不是沥青，而是胶料，胶料是制品的基质，焦碳颗粒分散在胶料中，胶料的性质由胶胞决定，小颗粒之间的粘结力大于颗粒之间的粘结力。在生产中若配方中粉子纯度低，碳粉颗粒直径大，则形成的胶料粘结力小：－0.075mm含量小，则混捏时产生的胶料少，糊料塑性差、颗粒之间的粘结力小，振动成型时易形成碳碗间的贯通性大裂纹。反之，形成的胶料粘结力强，但细粉形成的弹性后效力增大，炭碗间形成细小裂纹。另外，当融化好的沥青长时间在较高温度下静置不用时，沥青发生一定程度的老化（氧化），沥青的软化点升高，在混捏温度不变的情况下，糊料塑性变差，沥青粘结力下降，生块易形成裂纹；混捏过程若沥青量小形成的糊料塑料差，同样也形成碗间或碗底部裂纹。
② 采取的措施 ：
预焙阳极外型设计时尽可能使炭碗对称分布于上表面，并尽量避免碗间距较小。避免台阶高度过高。
生产中保持配方和沥青用量及混捏过程稳定。
沥青温度不宜过高，控制在180—185℃。
振动成型时合理布料，糊料堆积与生块外型相吻合，以减少糊料迁移量，减少中间部位内应力。
侧面裂纹
①原因分析：
糊料温度影响
糊料塑性越好，越有利于成型，制品有较高的密实度。在干料组成和沥青量一定的条件下，提高糊料的温度可提高糊料塑性，因为煤沥青粘度随温度变化很大，提高温度使煤沥青粘度下降，沥青的粘结力下降具体讲是胶料粘结力下降，当达到一定程度，使物料与模壁间的摩擦力大于物料的粘结力而形成提模裂纹。同时糊料温度高，有大量烟气存在是导致裂纹的另一原因。当继续提高糊料温度，将使沥青氧化、缩聚作用加剧，使糊料变硬，塑性很快变差，从而形成碗间裂纹，同时制品密度降低，增加振动时间会引起内部粒子结构破坏形成制品表面裂纹。因此可以说：振动成型机对糊料的塑性有一定范围要求，对糊料成型有一定温度要求。糊料温度低不利于成型，温度高同样不利于成型。生产实践证明：用石油焦和改质煤沥青生产炭阳极，当糊料温度超过170℃或者混捏温度超过205℃以后 ，侧面裂纹明显增加，最佳混捏温度190—200℃、成型温度160—165℃ 。糊料温度较高而沥青没有老化(氧化)时，提高冷却机冷却能力，同时排除糊料中的烟气，这样既有利于在冷却机中二次混捏功能保证沥青对糊料的润湿和渗透，提高糊料质量，也有利于成型。
物料组成影响
在物料组成中，对侧面裂纹产生的主要影响是细粉和沥青相对比例，当粉料较粗时，配方中一0.075mm粒级含量偏少，为获得相应塑性糊料，沥青用量相对细粉来讲是偏大的，糊料中胶料油量偏大，引起颗粒粘结力下降，进而引起裂纹。当粉料较细，配方中一0．075mm粒级含量较多，沥青用量增大，糊料中胶料多，糊料塑性提高，同样在振动成型时容易产生裂纹。另外当粉料较细，配方中-0.075 mm料较多时，糊料比表面积增大，颗粒间的摩擦面增大，成型时生块中储存的内应力相应加大，这种情况也易出现侧面裂纹。经实践，-0.075mm粉料最佳用量控制在24％～27％。
沥青的影响
按经验，混捏温度应比沥青软化点高50～70℃，沥青软化点改变，混捏温度应及时作出调整 。相同软化点的沥青，其甲苯不溶物含量也不尽相同，由于甲苯不溶物是沥青中起粘结作用的主要成分，因此甲苯不溶物含量高的沥青，混捏温度也应适当提高，否则，混捏温度不满足沥青要求，容易使生块产生侧面裂纹。
② 采取的措施：
－0.075mm粉料和沥青用量尽可能地保持稳定。
加强沥青软化点和甲苯不溶物含量的监测力度，根据沥青性能的变化及时调整混捏温度。
振动成型时，重锤施加的压力足以从狭窄的孔和沟缝中排出气体，并在部分连接颗粒间的具有高粘结力的薄膜内产生粘滞流动。采用的成型条件必须妥善处理好粘结力最小粘度与产品刚度足以抵抗其内应力的关系。
不规则裂纹
① 原因分析：
生块冷却时间不充足，生块外部虽然得到冷却 ，但内部没有得到足够的冷却，温度仍然较高，从冷却池中捞出堆垛时在生块不同部位产生应力，达到一定程度时生块出现不规则裂纹。
②采取的措施 ：
制定合理的生块冷却制度，保证生块具有足够的冷却时间，并严格执行。
裂纹是生块生产中出现最多、最常见的一种质量缺陷，裂纹类型不同，产生的原因不同，因而采取的措施也不尽相同。本文针对预焙阳极生块出现的几种裂纹提出的相应解决措施希望对部分铝产品制造企业起到一定的借鉴作用。
