對延長大型鋁電解槽使用壽命的探討

1、對延長大型鋁電解槽使用壽命的探討 本文針對我國大型鋁電解槽壽命低于國外壽命的情況，從設(shè)計和生產(chǎn)工藝方面對造成電解槽破損的原因進行了分析，并在總結(jié)幾年來提高槽壽命的措施和經(jīng)驗基礎(chǔ)上，提出延長槽壽命的幾點想法。據(jù)報道，國外200KA以上大型預(yù)焙鋁電解槽的平均壽命在5年（1800天）以上，法國彼施涅公司的180KA電解槽壽命達6-8年（2190-2920天），遠遠高于我國電解槽1500天的設(shè)計指標。本文結(jié)合多年的生產(chǎn)實際對電解槽壽命問題進行探討。電解槽破損原因分析1.側(cè)部破損電解槽側(cè)部破損主要是由于側(cè)部不易形成保護側(cè)部炭塊的爐幫，使熔融的電解質(zhì)隨著電解的進行漸漸地滲透于炭塊中，而電解質(zhì)中的鈉離子又很

2、容易與碳發(fā)生反應(yīng)生產(chǎn)碳-鈉中間化合物，引起側(cè)部炭塊疏松、分層，這就更加劇了側(cè)部炭塊被氧化和侵蝕的速度。據(jù)資料報道，這種侵蝕速度使炭塊每天約腐蝕掉1毫米，使得側(cè)部炭塊容易受到侵蝕磨損，引起槽殼局部過熱，嚴重時槽殼會被燒紅，甚至發(fā)生漏槽事故，導(dǎo)致停槽，縮短電解槽壽命。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計，影響電解槽側(cè)部爐幫不易形成的原因主要是：（1）電解槽槽殼及槽殼與地面的空間設(shè)計不盡合理。有關(guān)研究表明，電解槽側(cè)部散熱能力在槽殼溫度基本恒定的情況下，決定于周圍環(huán)境溫度和空氣流動情況。雖然電解槽設(shè)計采用側(cè)部散熱型，即側(cè)部只有一層碳化硅磚的結(jié)構(gòu)，目的是保證在電解槽四周形成自然爐幫。然而，我國絕大多數(shù)200KA、300KA電解槽

3、槽殼仍采用了傳統(tǒng)帶二翼板的結(jié)構(gòu)，并且槽殼與地面的距離較短，不利于散熱通風(fēng)，嚴重影響側(cè)部爐幫的形成。這樣不僅縮短了電解槽的壽命，而且還增加了不必要的大修費用。（2）使用的氧化鋁原料質(zhì)量不均勻及打料系統(tǒng)缺陷，造成效應(yīng)受控率低。各廠使用的氧化鋁產(chǎn)地和體積密度均不同，導(dǎo)致電解槽實際接受的氧化鋁料量不均勻，造成電解槽爐底沉淀多，或是電解槽打料系統(tǒng)故障等原因，陽極效應(yīng)受控率較低，效應(yīng)系數(shù)高，導(dǎo)致槽溫在短時間內(nèi)驟然上升30-40，實踐表明，槽溫升高越多，恢復(fù)到正常生產(chǎn)溫度所需時間越長。長期以來，電解槽經(jīng)常處于高溫狀態(tài)，給爐幫的形成帶來極大困難。（3）電解槽后期管理期間技術(shù)條件的控制不匹配，導(dǎo)致電解槽形不成堅

4、實的爐幫，造成生產(chǎn)中一旦出現(xiàn)波動，電解槽溫度稍高就會熔化爐幫。2.電解槽底部破損電解槽焙燒時，如果電流分布不均勻，使陰極炭塊產(chǎn)生局部過熱或過冷，就會在交界處形成裂縫。當電解槽啟動后，陰極上析出的鈉不斷滲透到炭縫里與炭發(fā)生反應(yīng)，生成嵌入式層狀化合物，破壞了炭的晶格，使炭塊的縫隙逐步擴大，槽內(nèi)鋁液在磁場作用下產(chǎn)生局部漩渦，并夾帶具有沖刷作用的懸浮氧化鋁沖刷裂縫，使鋁液很容易往下滲透。一旦裂縫與陰極鋼棒相通，陰極鋼棒便被鋁液熔化，使槽內(nèi)鋁液的鐵含量突增。大量的電解質(zhì)、鋁液從鋼棒窗口處漏出，如緊急補救措施不力，就會被迫停槽，嚴重縮短電解槽的壽命。另外還有兩種影響電解槽壽命的原因，一是焙燒啟動時溫度控制

5、不均勻，造成陰極炭塊產(chǎn)生裂紋，在啟動后的生產(chǎn)過程中形成鋁液通道。二是電解槽磁場設(shè)計不均勻，導(dǎo)致電解槽A、B兩側(cè)通過的電流不平衡，引起生產(chǎn)中B面爐幫形成不好。提高電解槽壽命的實踐1.嚴格執(zhí)行焙燒、啟動工藝制度鋁電解槽的焙燒、啟動工藝是影響槽壽命的重要因素之一。目前大型鋁電解槽均采用“焦粒焙燒電解質(zhì)濕法無效應(yīng)啟動”，避免了鋁液焙燒法的高溫鋁液直接接觸生冷的炭素內(nèi)襯，使炭素內(nèi)襯生產(chǎn)裂紋以及鋁水過早浸入炭素缺陷處，從而縮短槽壽命的缺點。在焙燒啟運過程中，嚴格執(zhí)行操作規(guī)程，合理調(diào)整陽極電流分布，保證爐底受熱均勻，防止局部過熱或過冷。嚴禁縮短焙燒時間而強行啟動電解槽，以減少陰極碳塊分層、脫落、裂縫等的發(fā)生

6、。合理控制啟動后期的分子比、鋁水平、電解質(zhì)水平等技術(shù)條件，以建立規(guī)整的爐膛，有利于提高電解槽壽命。2.嚴格控制生產(chǎn)技術(shù)條件，保持穩(wěn)定的熱平衡和槽膛內(nèi)形電解槽的技術(shù)條件主要有電流強度、鋁水平、電解質(zhì)水平、電解槽溫度、分子比等，它們相互制約，電解槽的各項技術(shù)條件選定后，只有在運行中嚴格控制，才能確保電解槽具有良好的熱平衡和物料平衡。（1）控制電解槽溫度若槽溫過高，爐幫會熔化，破壞槽膛內(nèi)形，若槽溫過低，和電解質(zhì)水平、鋁液水平保持不好，會造成爐底沉淀，電流分布不均勻，槽況惡化，引發(fā)病槽。（2）電流強度在一定時間段內(nèi)保持穩(wěn)定無論是降低電流還是增加電流生產(chǎn)，都會影響電解槽的熱收入，原有的爐膛會發(fā)生較大的變

7、化，從而破壞電解槽原有的熱平衡，所以必須調(diào)整其它技術(shù)條件，如電壓、鋁水平、分子比等才能適應(yīng)新電流條件下的熱平衡，來維持電解槽的平穩(wěn)運行。另外，降低電流生產(chǎn)時會使得先前滲入陰極炭塊中的電解質(zhì)凝固，導(dǎo)致陰極炭塊產(chǎn)生裂縫，促使炭塊破損，而增加電流后，由于增加了陰極炭塊表面的電流密度，陰極炭塊本身溫度會升高，將會縮短已經(jīng)破損炭塊的壽命。（3）保持分子比穩(wěn)定保持電解成分的穩(wěn)定性是穩(wěn)定生產(chǎn)的前提條件，而分子比的穩(wěn)定尤為重要，如果分子比忽高忽低，電解質(zhì)的過熱度變化無常，電解質(zhì)的溫度變化量就大，電解槽的熱平衡就會難以維持。雖然低分子比有利于電流效率的提高已經(jīng)得到了鋁業(yè)界的認同，但不能忽視分子比過低的負面作用，

8、即：氧化鋁的溶解度會降低，容易產(chǎn)生沉淀；電解質(zhì)的電阻增大，槽電壓不穩(wěn)，陽極氣體不易順暢排出，導(dǎo)致效應(yīng)系增多，氟化鋁的揮發(fā)損失較大等缺點。（4）合理控制效應(yīng)系數(shù)目前電解生產(chǎn)效應(yīng)管理正在逐漸向低效應(yīng)系數(shù)發(fā)展，國內(nèi)一般效應(yīng)系數(shù)在0.10左右，個別廠效應(yīng)系數(shù)降至0.05以下，但要實現(xiàn)低效應(yīng)系數(shù)又能保證電解槽的長期穩(wěn)定運行，必須解決以下兩個問題：一是設(shè)置合理的效應(yīng)間隔。效應(yīng)間隔是人為設(shè)定的，但由于氧化鋁堆密度變化及下料系統(tǒng)的不暢通等原因，造成下料系統(tǒng)加入電解槽的料量與電解槽實際接受料量之間的差別，使計算機判斷濃度不準確。如果生產(chǎn)中不解決這一問題，只試圖簡單拉長效應(yīng)間隔來降低效應(yīng)系數(shù)降低電能，必然造成電解

9、槽調(diào)整氧化鋁濃度的機會減少，電解槽出現(xiàn)電壓擺動而增加的電能遠超過降低效應(yīng)系數(shù)節(jié)約的電能。在這里重點強調(diào)，生產(chǎn)中切不可采用效應(yīng)來保持電解槽的熱平衡，效應(yīng)對熱平衡的調(diào)節(jié)只是臨時作用，熱平衡的管理必須從電壓、鋁水及保溫料入手。二是設(shè)置合理的下料間隔，在生產(chǎn)中一般可以通過檢查過量周期與欠量周期時間是否大致相當。3.陽極質(zhì)量的穩(wěn)定性陽極是鋁電解槽的心臟，只有良好的炭塊質(zhì)量才能保證電解槽長期穩(wěn)定運行。質(zhì)量差的炭塊用到后期容易出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，更為嚴重的是在更換陽極時出現(xiàn)炭塊脫落情況；表面存在裂紋的炭塊用于電解時，高溫電解質(zhì)滲入裂紋中，炭塊就會出現(xiàn)斷裂、局部掉塊現(xiàn)象，這些碎塊不及時撈出，它們將隨著電解質(zhì)運動到炭

10、塊底掌下，影響陽極電流分布；或是由于炭塊抗氧化性差出現(xiàn)掉渣現(xiàn)象，據(jù)資料介紹，當電解質(zhì)中碳含量達到0.6%時，電導(dǎo)率約降低10%，并且由于大量炭渣與電解質(zhì)分離不好，不僅增加電解質(zhì)的粘度，而且促使電解槽增加效應(yīng)，因此可以說，優(yōu)良的陽極是電解槽穩(wěn)定生產(chǎn)的重要因素，也是降低效應(yīng)系數(shù)的重要條件。4.各項操作質(zhì)量的管理電解生產(chǎn)中更換陽極、出鋁、抬母線、熄滅陽極效應(yīng)作業(yè)是最為關(guān)鍵的操作，這些操作質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到電解槽是否能穩(wěn)定運行，是否能取得優(yōu)異的技術(shù)指標。5.加強電解槽破損檢測及確定力度，做好電解槽漏爐的預(yù)防工作（1）積極利用化驗分析報告，對原鋁中鐵、硅含量的變化密切關(guān)注，查明原因后采取相應(yīng)的處理措施

11、。（2）加大電解槽散熱孔溫度、陰極鋼棒溫度及電流分布的測量力度，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。6.對各種破損槽采取相應(yīng)的補救措施，并在生產(chǎn)中加以維護（1）補救措施生產(chǎn)中電解槽破損總是不可避免的，如紅爐幫、漏爐。若對這類槽不采取相應(yīng)的補救措施，就會導(dǎo)致停槽，提前進入大修周期。為了把損失降到最低，針對不同類型的破損，采取相應(yīng)的補救措施，使電解槽得以繼續(xù)生產(chǎn)。一是對側(cè)部槽殼局部過熱發(fā)紅的電解槽，除采取壓縮空氣冷卻該部位外，可以適當增加大面加工的次數(shù)，使傳入側(cè)部熱量大部分用于加熱氧化鋁，降低側(cè)部溫度；必要時采用炭塊或炭糊進行修補側(cè)部爐幫。二是對陰極棒發(fā)紅的電解槽，情況嚴重的可采取割斷其導(dǎo)電小母線，使其停止通電逐步降溫，以利于流入該處的鋁液和電解質(zhì)的凝固。但要注意，這種鋼棒不允許超過3根；必要時采用鎂磚進行修補爐底。（2）破損槽操作盡管對破損槽采取了補救措施，但仍潛伏著再度破損的危機。因此，對破損槽的技術(shù)條件和操作必須區(qū)別于正常槽。如：保持稍高的鋁水平，稍低的溫度及效應(yīng)系數(shù)，并避免用鐵釬子捅修補過的爐底。7.嚴把筑爐材料質(zhì)量