淺談電解槽槽殼破損原因分析及修復(fù)方式

李元山

（酒鋼集團(tuán)甘肅東興鋁業(yè)有限公司，甘肅 嘉峪關(guān) 735100）

隨著電解鋁行業(yè)技術(shù)發(fā)展，電解槽型越來越大、槽殼尺寸也隨之增大，致使大槽型電解槽殼的成本增加，且維修難度加大、破損后造成損失也較大。因此，了解槽殼變形、破損的原因，掌握維護(hù)方法，實施最佳維修方式，對電解鋁企業(yè)的平穩(wěn)生產(chǎn)、槽壽命延長等至關(guān)重要，也是電解鋁工藝和電解鋁設(shè)備維護(hù)、維修永恒的課題[1]。

1 槽殼結(jié)構(gòu)

目前大型電解槽主要結(jié)構(gòu)——兩個端頭（出鋁端、煙道端）、兩個長側(cè)（進(jìn)、出電端）、一張底板及工字鋼底梁，組成船型形成電解槽熔池。在電解鋁項目初期，各部分外部制作好后，在電解廠房組對稱型。

附圖1 電解槽殼組成圖

2 破損原因及現(xiàn)象

2.1 施工及焙燒過程

①內(nèi)襯材料（主要是側(cè)部復(fù)合塊及搗打料）質(zhì)量不合格；②施工過程質(zhì)量未達(dá)標(biāo)，例如搗打料填塞不實、側(cè)部復(fù)合塊砌筑磚縫過大等；③在電解槽焙燒爐啟動時，焙燒溫度、電壓設(shè)置、焙燒時間及電解質(zhì)高度等參數(shù)控制不當(dāng)；④造成后果：電解質(zhì)滲漏，沖壞槽殼。

2.2 生產(chǎn)運行過程

（1）生產(chǎn)過程維護(hù)管理跟不上，造成內(nèi)襯材料局部破損，形成槽殼局部過熱發(fā)紅、局部破損；

（2）造成后果：側(cè)部漏鋁(電解質(zhì))沖壞槽殼；鋼棒窗口漏鋁(電解質(zhì))沖壞槽殼；底部漏鋁(電解質(zhì))沖壞槽殼。

（3）使用時間達(dá)到設(shè)計年限

隨著電解槽的運行時日延長，液態(tài)電解質(zhì)不斷地向陰極碳塊滲透,由于熔鹽滲透至熔體的凝固等溫線時就生成凝固物，或生成碳化鋁促使碳塊繼續(xù)膨脹，其過程是連續(xù)的、緩慢的。內(nèi)襯受熔鹽的侵蝕加重 ,槽殼側(cè)板受到的應(yīng)力越來越大,造成槽殼兩側(cè)壁失去了搖籃架的約束, 底部的陰極炭塊失去了槽殼的約束,炭塊橫向自由膨脹,加深了陰極炭塊縱向裂紋的擴(kuò)展,造成陰極炭塊破損,槽壽命低。

附圖2 破損槽殼圖

附圖3 破損槽殼圖

3 預(yù)防措施

（1）合理的結(jié)構(gòu)：槽殼設(shè)計既要考慮槽殼強(qiáng)度、剛度，還有考慮一定的彈性變量。槽內(nèi)襯熱膨脹和化學(xué)結(jié)晶力對槽殼施壓，槽殼變形是不可避免的，設(shè)計具有較大的強(qiáng)度和剛性的槽殼，以克服內(nèi)襯產(chǎn)生的應(yīng)力，減小變形是必要的。

（2）鋼材：采用高強(qiáng)度鋼板，提高槽殼強(qiáng)度。

（3）合理的制作工藝。

（4）加強(qiáng)內(nèi)襯砌筑材料質(zhì)量把關(guān)、提高內(nèi)襯材料品質(zhì)；加強(qiáng)內(nèi)襯砌筑質(zhì)量，嚴(yán)格要求，對側(cè)部復(fù)合塊的砌筑、搗打料的填塞、糊料扎固環(huán)節(jié)作為重點。

（5）合理的焙燒啟動方案、均勻的焙燒溫度、合適的電壓設(shè)置及焙燒時間，控制電解質(zhì)高度。減低焙燒時高溫鋁液對內(nèi)襯材料的瞬間熱沖擊造成的缺陷, 通過電解質(zhì)對陰極內(nèi)襯缺陷部位的填充作用,阻斷鋁液滲透的通道，避免電解槽的早期破損防止?jié)B漏沖壞槽殼 。

（6）后期維護(hù)管理，防止陰極內(nèi)襯破損，使槽殼變形或造成漏爐而使槽殼破損是保證電解槽壽命的關(guān)鍵，這里做一重點論述。

控制合理平穩(wěn)的工藝參數(shù)是電解槽平穩(wěn)生產(chǎn)的條件，沒有平穩(wěn)的技術(shù)條件就沒有規(guī)整的爐膛，就沒有平穩(wěn)的生產(chǎn)。保持平穩(wěn)的兩水平（電解質(zhì)、鋁水平）、分子比、電壓、溫度非常重要。若出現(xiàn)較大幅度的波動（長時間兩水平、電壓偏高或偏低），容易破壞建立起的電場、熱場、磁場平衡，使?fàn)t膛發(fā)生變化，難以保證電解槽生產(chǎn)平穩(wěn)運行。這就要求加強(qiáng)電解的在日常的操作和維護(hù)上要從提高換極質(zhì)量到保溫料的添加，從爐底處理到大面整形都精細(xì)操作；設(shè)定理想的加料間隔,保持匹配的電解質(zhì)水平和鋁水平；嚴(yán)格根據(jù)槽運行情況設(shè)定合理的目標(biāo)電壓、保持合理的槽溫、控制好合理的氧化鋁濃度、分子比。

①要保持合理、穩(wěn)定的電解質(zhì)成分與高度，對電解溫度的穩(wěn)定、能量平衡至關(guān)重要，較高電解質(zhì)有利于氧化鋁的溶解、避免爐底沉淀的產(chǎn)生（建議電解質(zhì)水平保持在18cm～22cm，分子比控制在2.35～2.55）②爐膛存在一定數(shù)量的鋁液能夠防止鋁直接從陰極炭塊表面析出，防止削弱電磁力，起到穩(wěn)定電解反應(yīng)的作用。較高鋁水平可減弱磁場強(qiáng)度對鋁液的作用力，降低溫度，減少對爐幫的溶解，使電解槽形成爐幫。但是過高的鋁水平，使槽溫過低，爐底容易形成沉淀，造成電流分布不均，致使局部過熱、形成熱應(yīng)力，使內(nèi)襯破損（建議鋁水平保持在22cm～25cm）③電解槽經(jīng)過一段時間的運行，鈉和電解質(zhì)的滲透達(dá)到飽和或平穩(wěn)，溫度的變化對內(nèi)襯、槽體、生產(chǎn)影響極大。頻繁調(diào)整槽溫是電解生產(chǎn)大忌（就像一個人忽冷忽熱，肯定有病）因此溫度的控制與調(diào)整非常重要。（建議電解溫度保持在935～950度之間）。

因此，優(yōu)良的電、磁、熱三場設(shè)計，優(yōu)質(zhì)的內(nèi)襯材料，精細(xì)的筑爐施工，合理的焙燒啟動，后期穩(wěn)定的生產(chǎn)，構(gòu)成了延長電解槽壽命的因素。但日常精細(xì)化管理、標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)操作在電解槽壽命長短中占有很大比重，加強(qiáng)后期管理就成為電解鋁工業(yè)管理者的重中之重。

4 修復(fù)方式

根據(jù)槽殼破損程度，采取不同的修補(bǔ)方式，不僅減低維修成本，還可節(jié)約維修周期，快速投入運行，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益，對企業(yè)的生產(chǎn)與經(jīng)營至關(guān)重要。

一般情況下，電解槽端頭及槽地板破損較少，這兩處破損只能吊出槽殼進(jìn)行更換。但電解鋁槽殼破損及變形大多數(shù)是兩個長側(cè)，根據(jù)槽殼破損狀況實施以下幾種修補(bǔ)方式。

（1）局部挖補(bǔ)修復(fù)：長側(cè)變形不大，漏點較少且小。單邊漏點不大于三處，且尺寸不大于200x200mm，漏點間距大于1500mm。

（2）局部貼補(bǔ)修復(fù):長側(cè)變形不大，漏點較少且小。單邊漏點不大于二處，且尺寸大于200x200mm，不大于300x300mm，漏點間距大于2200mm

附圖4 局部修復(fù)圖

附圖5 局部修復(fù)圖

（3）加熱及機(jī)械外力矯正：對于長側(cè)變形較小，采用火焰加熱消除部分殘余熱應(yīng)力，外加機(jī)械外力相結(jié)合的修復(fù)方式。此種矯正方式，控制加熱溫度是關(guān)鍵。溫度過高鋼材組織發(fā)生變化，力學(xué)性能減低，影響槽壽命，會得不償失；溫度過低達(dá)不到矯正目的。

以上三種方式簡單易行，在電解廠房即可完成修補(bǔ)。

（4）長側(cè)更換：對于長側(cè)漏點多且大、變形大且不能矯正的，只能吊出槽殼，另行制作長側(cè)進(jìn)行更換。

（5）整體更換：對于長側(cè)漏點多且大、變形大且不能矯正的、端頭或底板破損的，只能吊出槽殼，進(jìn)行整體更換。

以上兩種方式工作量大，只能在電解廠房外部進(jìn)行。

5 經(jīng)濟(jì)分析

對于具備局部維修的電解槽殼（足以運行一個大修周期）不僅維修成本低，而且對企業(yè)挖潛降耗、節(jié)約維修周期維，快速投入生產(chǎn)運行，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。局部維修與大修費用差異做一對比：

（1）具備局部挖補(bǔ)、貼補(bǔ)二種情況修復(fù)槽殼，施工費及材料費不足一萬元，而新制作500KA槽殼單臺達(dá)到38萬元，每臺節(jié)約費用約37萬元/臺，未計算由于節(jié)約制作槽殼時間而提前投入運行產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益[2]。

（2）加熱矯正部。單臺維修費用約5萬元，新制作500KA槽殼材料費與施工費約38萬元/臺，每臺節(jié)約33萬元。

（3）更換長側(cè)（雙面）維修方式。單臺維修費用約13萬元，新制作500KA槽殼材料費與施工費約38萬元/臺，每臺節(jié)約25萬元。

可見局部維修對電解鋁企業(yè)的生產(chǎn)、經(jīng)營至關(guān)重要。

6 結(jié)語

在電解鋁生產(chǎn)中，由于前期內(nèi)襯砌筑施工或材料缺陷、或啟動后以及后期管理的不足、外加槽齡的增加，導(dǎo)致漏爐損壞槽殼或槽殼變形的現(xiàn)象非常普遍，選擇適合維修的最佳方案 ，最大限度地降低由于修復(fù)槽殼的帶來的經(jīng)濟(jì)損失，對電解生產(chǎn)的影響尤其重要。