400kA電解槽伸腿肥大的處理及預(yù)防措施

康宗文

摘 要：文章針對(duì)400KA電解槽低電壓運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)伸腿肥大的危害、原因進(jìn)行分析，并總結(jié)出預(yù)防及處理伸腿肥大的方法。

關(guān)鍵詞：伸腿肥大；過熱度；電解槽；參數(shù)；電解槽保溫

上世紀(jì)80年代開始，闊內(nèi)大型預(yù)焙槽生產(chǎn)系列逐步形成了一整套成熟的生產(chǎn)工藝技術(shù)條件，即技術(shù)條件按照“四低一高”的要求進(jìn)行控制，保持低分子比、低電解溫度、低鋁水平、低效應(yīng)系數(shù)和高電壓。近年來，隨著鋁電解行業(yè)竟?fàn)幦找婕觿『蛧覍?duì)高耗能企業(yè)的能耗指標(biāo)要求不斷提高，電解槽低電壓生產(chǎn)已成為鋁電解企業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能和降低生產(chǎn)成本，保證自身可持續(xù)發(fā)展的必然潮流，在低電壓運(yùn)行的情況下實(shí)現(xiàn)電解槽技術(shù)條件的相互匹配，確保電解槽平穩(wěn)、高效生產(chǎn)。但是隨著低電壓生產(chǎn)的同時(shí)，也出現(xiàn)了諸多問題。例如電解槽槽溫低，電解質(zhì)收縮，從而出現(xiàn)角部甚至部分中間陽極消耗不均，和伸腿相連。在電解槽正常生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)下降陽極時(shí)出現(xiàn)角部頂?shù)葐栴}，甚至很多槽子中間陽極出現(xiàn)此類情況。尤其在出鋁過程中表現(xiàn)尤為嚴(yán)重，經(jīng)常出現(xiàn)頂裂導(dǎo)桿甚至出現(xiàn)頂壞上部機(jī)構(gòu)的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響生產(chǎn)安全。長伸腿的電解槽個(gè)別陽極導(dǎo)電差，電解槽穩(wěn)定性差，容易形成電壓擺等現(xiàn)象，通過調(diào)極等方法處理電壓擺后個(gè)別陽極導(dǎo)電性變差，伸腿容易長，如此反復(fù)既降低了電流效率又增加了電耗，同時(shí)個(gè)別陽極會(huì)出現(xiàn)脫極、透底現(xiàn)象，增加陽極毛耗影響原鋁質(zhì)量同時(shí)也增加了工人的工作量。因此若不采用科學(xué)合理的方法處理此類現(xiàn)象，角部伸腿長的問題會(huì)嚴(yán)重威脅電解槽的正常運(yùn)行。

1 伸腿現(xiàn)狀的調(diào)查

某廠400kA電解槽在正常生產(chǎn)走低電壓技術(shù)路線以來，兩個(gè)廠房的多臺(tái)電解槽分別出現(xiàn)角部伸腿長的現(xiàn)象，也出現(xiàn)了頂彎頂斷部分導(dǎo)桿和頂上部機(jī)構(gòu)的現(xiàn)象。如果在出鋁過程中不采取有效措施，將會(huì)頂壞槽上部結(jié)構(gòu)，嚴(yán)重影響系列安全生產(chǎn)。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)調(diào)查我們發(fā)現(xiàn)了以下現(xiàn)象：

（1）夜班出鋁區(qū)的槽子有8臺(tái)，占50%；中班出鋁區(qū)6臺(tái)，占33.3%；早班出鋁區(qū)2臺(tái)，占11.1%，伸腿與出鋁區(qū)域有關(guān)。鋁水越高，電解槽的散熱就越大，因此早出鋁對(duì)電解槽保溫有很大的效果。

（2）長伸腿的角部B面相對(duì)A面較多，伸腿與A、B面有關(guān)。雖然理論上來說AB面沒有什么區(qū)別，但是在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)B面相對(duì)A面要多一些，這個(gè)受電流和鋁液流速影響。

（3）B1B2、B23B24處長伸腿有15處，占65%，其余處長伸腿有7處，占35%。角部相對(duì)于中間更容易長伸腿。

2 產(chǎn)生伸腿的原因分析

（1）根據(jù)槽況合理搭配技術(shù)條件，保持合理的兩個(gè)水平、電解溫度、分子比，加強(qiáng)精細(xì)化操作，保持較好的爐底和槽幫，若電解質(zhì)水平較低，電解槽過熱度較低，電解質(zhì)流動(dòng)性變差氧化侶不易溶解，特別是鋁水平較高的電解槽，槽子散熱大，實(shí)施低電壓生產(chǎn)過程中，難免出現(xiàn)電解槽長伸腿的現(xiàn)象。

（2）B1B2、B23B24處長伸腿多于中間陽極，因鋁水流動(dòng)速度和外部散熱有很大的關(guān)系，中間液體流動(dòng)速度相對(duì)較快，在B1B2、B23B24處的位置流速明顯變緩，另外角部流速較慢沉淀更容易出現(xiàn)在電解槽的B1 B2、B23 B24。處角部陽極消耗相對(duì)慢，溫度相對(duì)較低，煙道段和出鋁端的散熱量大。角極陽極電流分布不均，一方面是設(shè)計(jì)時(shí)中間立柱母線電流偏人，角部立柱母線電偏小，對(duì)陰極回路的補(bǔ)償母線又不夠，造成電流偏移，另一方面角極靠近伸腿，當(dāng)鋁液正常運(yùn)動(dòng)時(shí)容易在角部造成阻礙，引起角部陽極電流分布偏大，易針振與電壓擺，所以常提角部極，當(dāng)電壓穩(wěn)定后，又造成角部極電流分布偏小，角部區(qū)域偏冷，角部由于散熱大，加劇角部伸腿的長大，因此角部比中間極更容易長伸腿。

（3）個(gè)別地區(qū)冬季溫度較低，電解質(zhì)收縮，電解溫度相對(duì)較低，尤其是青海新疆等地區(qū)，冬季特別寒冷，此時(shí)如果電解質(zhì)量保持不夠或者電解質(zhì)收縮都可能造成伸腿長，因此此類現(xiàn)象和地區(qū)有關(guān)系。

（4）換極質(zhì)量差，換極作業(yè)過程中，特別是換角部極的作業(yè)質(zhì)星，換角部極時(shí)，掉下的物料較多，這就要求各作業(yè)組，在提陽極之前，把極上的氧化鋁扒干凈，減少落入槽中的氧化鋁量，把殼塊盡只全部勾出來，減少塊料落入糟中，用大勾扒干凈爐底，用小耙把沉淀撈干凈，減少沉淀的形成，使陰極導(dǎo)電均勻，保證爐底潔凈，陽極電流就會(huì)更多的往此陽極正對(duì)陰極方向走，促使侶水中的伸腿熔化變薄，伸腿的肥大、畸形可以得到較好的控制。加大對(duì)碳渣的打撈，提高了電解質(zhì)的清潔度，改善其物理性頂，加大了對(duì)氧化鋁的溶解度和溶解速度。換極速度盡量快，避免電解表而結(jié)殼的情況直接坐極，使導(dǎo)電滯后，頂斷陽極導(dǎo)桿。角部區(qū)域的溫度和流體速度決定了沉淀與碎塊不容易化掉，所以最后用鋼釬把角部伸腿捅一捅，把在角部區(qū)域的細(xì)碎塊或沉淀往陽極底部區(qū)域推，預(yù)防陽極碎塊或沉淀在角部區(qū)域堆積使伸腿變大。如果在換極過程中陽極設(shè)置不合理，若陽極設(shè)置過高，導(dǎo)致陽極不工作，該區(qū)域溫度降低，容易長伸腿。陽極設(shè)置過低，有可能造成脫極，如發(fā)現(xiàn)不及時(shí)陽極可能和伸腿相連，影響正常生產(chǎn)。

3 針對(duì)原因采取的措施

（1）工藝是電解之本，根據(jù)槽況合理搭配各項(xiàng)技術(shù)條件，針對(duì)不同的槽況配備不同的參數(shù)條件。伸腿處理過程中應(yīng)堅(jiān)持以調(diào)控為主，操作為輔。伸腿是在幾個(gè)月或更長時(shí)間慢慢形成的，所以在處理伸腿上，不能急十求成，對(duì)伸腿較大的角部，可能要通過多個(gè)換極周期才能收縮伸腿。在工藝調(diào)整中，特別是撤鋁過程中不能過度，角部伸腿是電解槽最冷區(qū)域，所以也是最難熔化的區(qū)域，如果撤鋁后鋁水平掉得太多，鋁水平過低，爐底發(fā)熱，熔化爐底沉淀結(jié)殼，邊部伸腿變得瘦而短，角部伸腿可能變化不多，會(huì)影響到老齡電解槽的安全生產(chǎn)，容易引起側(cè)部炭塊和陰極出現(xiàn)裂紋破損。保持各項(xiàng)技術(shù)條件平穩(wěn)運(yùn)行，分子比適當(dāng)保持高位，以增加電解質(zhì)溶解氧化鋁的能力，減少沉淀產(chǎn)生。針對(duì)長伸腿的槽子，適當(dāng)提高運(yùn)行電壓，通過拉大極距增加熱收入適當(dāng)提高過熱度，對(duì)消除伸腿肥大有較好的效果

（2）加強(qiáng)電解槽的保溫效果，在進(jìn)行換極、上料過程中要加快作業(yè)速度，防止熱量的散失。采用破碎料和氧化鋁雙層加料方式，針對(duì)長伸腿的槽子適當(dāng)加厚保溫料厚度，破碎料盡量用小塊，減少散熱加強(qiáng)保溫效果。低極應(yīng)覆蓋足夠陽極保溫料，保溫料與鋼梁下沿平齊，杜絕邊部冒火，減少通過槽上部的散熱損失，使熱量散失，保持良好的熱平衡。隨著陽極的消耗，陽極的厚度會(huì)漸漸變薄，陽極的變薄，陽極保溫性能逐漸變差，且陽極的保溫料會(huì)被組員用來堵火眼，角部極上的保溫料會(huì)逐漸減少，增加熱損失，所以對(duì)這種情況，工區(qū)要求對(duì)伸腿較大槽的角部極，平時(shí)角部保溫料注意檢查，當(dāng)陽極高度在剩余15左右，在角部極上補(bǔ)充保溫料。角部將散熱孔用保溫磚或其他保溫材料封死，加強(qiáng)保溫。班組和工區(qū)加大對(duì)冒火和大面整形的檢查力度，及時(shí)封堵冒火處理老殼，防止散熱。endprint

（3）利用好效應(yīng)改善電解質(zhì)的流動(dòng)性以及解決電解槽熱收入不夠的問題，緩解伸腿繼續(xù)長的問題。

（4）伸腿嚴(yán)重的角部在換極時(shí)盡量使用熱殘極，換極時(shí)盡量用天車打殼頭處理伸腿，可以將伸腿打掉一部分。在實(shí)際操作過程中由于伸腿呈斜面狀，而天車打擊頭又太鈍，如果出現(xiàn)無法處理時(shí)，可以使用風(fēng)鎬，可以打掉部分肥大的伸腿。

（5）當(dāng)電壓擺，需要采用調(diào)整陽極的辦法處理時(shí)，減少角部極的調(diào)整，防制角部極導(dǎo)電量過小而加速角部電解質(zhì)的凝固惡化伸腿。

（6）更換陽極時(shí)要提高換極質(zhì)量，塊要撈干凈，針對(duì)沉淀較多，炭渣較厚的槽子要進(jìn)行處理，合理的定位陽極，防止陽極設(shè)置過低或過高。新陽極裝入電解槽時(shí)，由溫差較大，電解質(zhì)會(huì)大幅局部降溫，陽極表而的電解質(zhì)迅速處于凝固壯態(tài)，從而導(dǎo)致電解質(zhì)對(duì)陽極的潤濕性變差，陽極基本上不導(dǎo)電，隨著陽極溫度的逐漸上升，表面的潤濕性變好，導(dǎo)電性才能逐漸恢復(fù)，角部極換極前本身就存在陽極電流分布偏小，如果角部陽極中間陽極陽極設(shè)置定位，陽極電流分布偏小，角部伸腿易長大。所以在換極時(shí)角極設(shè)置比其他極低0.5cm，以縮短角極導(dǎo)滿全電流時(shí)間，有利于緩解角部區(qū)域冷趨勢(shì)。

（7）針對(duì)電解質(zhì)水平相對(duì)過低的槽子，要用倒電解質(zhì)或者添加物料的方式適當(dāng)提高電解質(zhì)。

4 措施取得的效果

（1）11月～12月，按電解槽伸腿的大小情況，逐步對(duì)車間52解槽角部加強(qiáng)保溫，堵好散熱孔，加強(qiáng)保溫料，認(rèn)真處理，減少散熱。

（2）12月份開始我們認(rèn)真檢查電解槽的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)車間有伸腿的電解槽倒換熱殘極，采用風(fēng)鎬與天車打擊頭結(jié)合的方法進(jìn)行了人工處理，其效果很明顯，坐入熱殘后，第二天的導(dǎo)電都能達(dá)到3.0以上。對(duì)個(gè)別伸腿長的比較嚴(yán)重的槽子多次倒換熱殘極，認(rèn)真處理伸腿和角部，再配合著相應(yīng)的技術(shù)條件，角部陽極從最初的不導(dǎo)電慢慢開始導(dǎo)電，伸腿慢慢化開，效果比較明顯。

（3）1月份通過采取以上措施，經(jīng)過認(rèn)真分析得出較好的工藝條件并開始運(yùn)行后，車間伸腿長的電解槽得到了控制，未發(fā)生惡化。

（4）3月份之后，已消除伸腿肥大現(xiàn)象，車間開始正常換極，導(dǎo)桿不再頂斷，消除了頂壞上部機(jī)構(gòu)的隱患。減輕了工作量，為電解槽的平穩(wěn)運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。角部伸腿肥大現(xiàn)象得到了消除頂壞提升機(jī)渦輪的安全隱患，減少角部陽極的更換，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，為進(jìn)一步實(shí)施電解槽低電壓技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。

5 結(jié)語

（1）基于高電壓設(shè)計(jì)下的400kA電解槽，在采用低電壓技術(shù)路線時(shí)，需重新設(shè)計(jì)電解槽內(nèi)襯，如鋪設(shè)保溫磚的厚度和陶瓷纖維板的規(guī)格等，如何更好地保溫，保證電解槽在低電壓下形成良好的熱平衡，從設(shè)計(jì)上減小或消除產(chǎn)生伸腿的可能性。

（2）消除伸腿肥大的關(guān)鍵是提高該組陽極的導(dǎo)電性能，只有陽極導(dǎo)電正常，伸腿才會(huì)得到預(yù)防和逐步消除，這給我們的換極等操作質(zhì)量提出了更高的要求。

（3）人工處理是必要的輔助手段，單純用技術(shù)參數(shù)調(diào)整消除肥大部分將對(duì)電解槽其他部位爐膛造成很大破壞。我們要在生產(chǎn)的基礎(chǔ)上認(rèn)真摸索探索出真正適合電解槽運(yùn)行特點(diǎn)的工藝思路，有助于預(yù)防和消除伸腿肥大現(xiàn)象。

（4）在未更改電解槽熱平衡設(shè)計(jì)前，已有的電解槽外部保溫是可以減緩了因低電壓工藝帶造成的角部伸腿形成的生成速度，抑制了伸腿的進(jìn)一步惡化。如何做好保溫和散熱的平衡，要求我們繼續(xù)摸索。

參考文獻(xiàn)：

[1] 邱竹賢.預(yù)焙槽煉鋁[M].3版.冶金工業(yè)出版社，2005-01.endprint