電解槽破損分析

1、電解槽破損形式及原因一、電解槽破損形式電解槽破損主要是由陰極內襯破損和側部炭塊破損組成，其破損形式有陰極炭塊隆起斷裂、陰極沖蝕坑和側部氧化脫落。1、陰極炭塊隆起斷裂陰極炭塊在生產(chǎn)一段時間后，上抬隆起，整個陰極面呈中間高，四周低的情況，致使陰極鋼棒彎曲變形，槽沿鋼板向外伸展。爐底隆起長時間會出現(xiàn)陰極炭塊斷裂，鋁液順裂縫滲入底部，熔化陰極鋼棒，造成漏爐。及時進行爐底溫度的測量，有助于更好的掌握破損點的位置圖5-19給岀了爐底隆起造成陰極斷裂的示意圖。根據(jù)陰極鋼棒的組裝形式不同，爐底隆起程度不同，特別是通方鋼組裝（見圖5-20），鋼棒承擔應力較大，爐底隆起后陰極鋼棒順勢彎曲，造成陰極炭塊和鋼棒脫離，

2、甚至陰極炭塊內部層脫。隨著近年來的發(fā)展，陰極組裝鋼棒都改成了短鋼棒組裝，對陰極壽命會起到一定的作用。爐底隆起斷裂的原因主要是熱膨脹和鈉對碳陰極的滲透引起的體積膨脹，這種膨脹力遠大于從室溫至I000的膨脹力，鈉直接在陰極內襯下產(chǎn)生反應的結晶張力將導致槽殼的變形及陰極炭塊上移。2、陰極沖蝕坑這是預焙槽上的一種特殊破損形式。由于磁場推動鋁液沖涮的作用，在槽底形成沖蝕坑穴，沖蝕坑穴大部分出現(xiàn)進電端，這是因為立柱母線和槽底母線磁場作用鋁液流速增加，消磨陰極造成。沖蝕坑表面磨得很光滑，覆蓋有一層白色氧化鋁固體。當坑穴逐漸向下穿透炭塊時，鋁液熔化陰極鋼棒，從而造成漏爐。有兩種形式的坑穴，一種是面積較大的，存

3、在形式基本對應每個立柱母線都會有此現(xiàn)象，坑穴深度約為10cm以上。隨著坑穴深度的增加，鋁液沖刷陰極炭塊逐漸變薄，一旦突破陰極炭塊，陰極鋼棒熔化。另一種是局部小沖蝕坑，或者稱為沖蝕洞，呈不規(guī)則的圓形，是陰極炭塊質量問題形成的鋁液通道，這種沖蝕洞破壞性比較大，會造成多組陰極鋼棒熔化，引發(fā)漏爐事故。3、側部破損側部在以前是采用純炭塊砌筑的?，F(xiàn)在是碳氮化硅塊或者碳-氮化硅組合塊砌筑。電解槽運行過程中，側部因受空氣氧化、化學腐蝕、邊部開口撈渣作業(yè)的破壞，致使側部物質氧化消耗或物理破壞脫落落入槽內，圖5-23為側部破損前后對比。由于鈉的侵蝕使得側部碳-氮化硅塊結構疏松、膨脹、炸裂、導致側塊粉化，失去保護作

4、用。爐幫變空，使槽內水平電流增大。由于垂直磁場與鋁液中水平電流作用形成強大的回流，水平磁場對鋁液垂宜電流形成表面隆起，加之陽極電流不均，導致伸腿過長，水平電流大電解槽側部長期難以形成爐幫，穩(wěn)定性差。從而形成惡性循環(huán)，更加劇了鋁液流速場的變化，由于鋁液電磁力的作用，鋁液及電解質中的氧化鋁不停的對側部進行物理摩擦、剝蝕，最終造成電解質和鋁液界面直接與側部鋼板接觸。另外在日常的管理中，爐面散熱帶管理不善，散熱帶被物料埋住，側部熱應力增加，加上水平電流和物理沖刷的作用.側部炭塊膨脹，使散熱帶上翹.嚴重時使側部暴露空氣中發(fā)生氧化。側部破損造成漏爐幾率也非常大，一旦側部化空，高溫液體直接接觸側部鋼板，水平

5、電流會加劇擊穿側部，發(fā)生漏爐。二、電解槽破損原因陰極內襯隨著槽齡的增長都會產(chǎn)生破損，其原因主耍體現(xiàn)在以下幾個方面。1、 鈉的滲透鈉的滲透對陰極產(chǎn)生如下作用：鈉-碳之間的反應形成一種嵌合物，將會增大碳晶格間的距離，從而引起膨脹和分裂，可導致局部應力集中或破裂的延伸，這個問題發(fā)生的趨勢取決于吸收鈉量和吸鈉的分布，吸鈉不均會造成爐底上抬和局部炭塊剝離。陰極炭塊層狀剝落漂浮于電解質表面，這種情況雖使陰極剝落深度不會超過10cm，但是會導致陰極表面坑洼不平，陰極電流密度不均勻，誘發(fā)沖蝕坑的產(chǎn)生，最終導致漏爐。2、 陰極材料的膨脹與收縮在陰極內襯中，各種材料的膨脹和收縮都會引起電解槽內襯破損及槽殼變形。在

6、正常生產(chǎn)情況下，陰極炭塊和陰極鋼棒的膨脹及收縮率都與溫度有重要的關系。溫度越高其陰極組織膨脹產(chǎn)生的應力越大，接近陰極炭塊區(qū)域的高溫是造成內襯中等溫線破壞的重要原因，所以聯(lián)系到技術條件管理，不能保持較高的槽溫，但是過低的槽溫會造成陰極內襯的收縮，這樣反復的波動最終造成陰極內襯的破壞。出鋁量控制偏差過大，會造成槽溫的變化過大，使得陰極進行熱脹冷縮運動。陰極鋼棒會脫離陰極炭塊，而陰極炭塊內部也會產(chǎn)生層狀分離，最終使陰極表面沿中心軸長度方向上抬，陰極鋼棒上拱。槽殼也會在這種應力的作用下變形，向外膨脹。3、 槽內液體的滲透電解槽在進入正常生產(chǎn)后，碳素內襯溫度分布已經(jīng)穩(wěn)定，鈉的滲透也變得緩慢。但是在鈉滲透

7、的基礎上，槽內液體電解質和鋁液會繼續(xù)向陰極內襯中滲入。由于陰極碳素材料有一定的孔隙度，并且局部出現(xiàn)陰極裂縫，液體電解質下滲能達到防滲料部位，其發(fā)生化學反應破壞內襯組織，鋁液下滲多沿著陰極裂縫，通常到達陰極鋼棒位置不再繼續(xù)下滲，而是熔化陰極鋼棒。爐底漏爐幾率小鋁液下滲是快速的破壞形式，在24小時之內能熔化陰極鋼棒1m以上的長度。嚴重時導致陰極鋼棒口發(fā)紅，引起漏爐。4、 空氣氧化及電化學腐蝕空氣氧化現(xiàn)象主要作用于側部.一是電解質液面以上的部分暴露于空氣中氧化脫落，下部是鈉的滲透膨脹脫離。另外陰極鋼棒密封口會進入空氣參加化學反應，破壞陰極內襯。此外，爐底表面電解質中混有鋁的存在，有冰晶石的情況下，鋁

8、與陰極炭塊發(fā)生電化學反應，生成碳化鋁。碳化鋁可溶解于鋁液之中，使陰極炭塊遭到腐蝕.尤其是在陰極裂縫處.腐蝕更強烈，增加裂縫的寬度和深度。5、 內襯材料及砌筑質量的影響內襯材料質量差，電解槽陰極壽命自然不會長久。特別是陰極炭塊膨脹率、揮發(fā)分抗壓強度等指標至關重要，側部炭塊質量差同樣使槽壽命縮短。在砌筑電解槽時，扎固糊質量及扎固質量是引起伸腿漂浮的關鍵因素，炭間縫扎固不好以及陰極鋼棒密封不嚴等都會造成電解槽早期破損。因此，選定筑爐材料和筑爐工藝一定要嚴格按照標準執(zhí)行，才能保證砌筑質量，延長槽壽命。6、 操作管理不善電解槽的焙燒啟動過程是槽壽命的控制重點，出現(xiàn)扎固糊不能夠良好焦化，高溫液體沖擊使陰極

9、產(chǎn)生裂紋或破裂。日常技術條件管理槽溫過高、鋁水平過低、分子比高都是加劇電解槽的破損因素。爐底沉淀堆積過多，引起水平電流增加和電圧波動現(xiàn)象，也是造成電解槽破損的因素。長時間壓負荷或者停電造成槽內溫度降低，先滲入的電解質在陰極裂縫中凝固膨脹，在鈉的作用下加劇破損，此種情況造成的陰極變化很大，是觀察不出來的，通常在恢復系列電流一段時間，經(jīng)常性出現(xiàn)個別電解槽陰極鋼棒熔化。三、陰極內襯破損管理1、破損槽的鑒定1）、根據(jù)原鋁質量的判定：如果鋁液鐵含量急劇上升，且排除陽極鋼爪熔化和其它物料帶入的影響，說明某陰極內襯已嚴重破損，鋁液下滲造成陰極鋼棒熔化。如果是硅含量上升，且無其它雜質影響，說明電解槽側部破損，碳化硅塊脫落所致。2）、根據(jù)“三溫”判斷：爐底不超過100度，最高可達300度。側部不超過380度，超過450度開始發(fā)紅。方鋼不超過280度，300度以上或超過鄰極40度，說明鋼棒已經(jīng)熔化。3）、其他途徑檢查：在換極時，操作人員要進行爐底檢查，用長鉤在爐底表面滑