鋁電解槽內(nèi)襯筑爐施工質(zhì)量分析

付明錄，金嶺

（黃河鑫業(yè)有限公司，青海西寧，811601）

關(guān)健詞：鋁電解槽；破損原因；施工質(zhì)量改進

1 前言

在鋁電解的生產(chǎn)中，電解槽壽命是制約電解生產(chǎn)發(fā)展的重要因素，雖然國內(nèi)電解槽300KA以上的槽型發(fā)展比較快，設(shè)計院從設(shè)計方面做了很多的改進，生產(chǎn)企業(yè)從焙燒啟動、后期的生產(chǎn)管理也在不斷的提高，但電解槽的壽命問題是直接影響電解鋁的生產(chǎn)成本和生產(chǎn)效率的核心，延長鋁電解槽壽命是電解鋁企業(yè)的一貫追求。目前電解槽的壽命在不斷提高，從2005年的1200-1500天的使用壽命提高到目前的2000天以上，電解槽槽壽命總體呈上升趨勢，筆者從鋁電解槽內(nèi)襯筑爐施工質(zhì)量進行分析探討。

2 施工中容易出現(xiàn)的原因

2.1 陰極炭塊的問題

從早期破損的電解槽看，陰極炭塊的質(zhì)量是導(dǎo)致早期破損的直接原因，目前陰極炭塊的生產(chǎn)廠家多，質(zhì)量參差不齊。其中有些生產(chǎn)廠家是振動成型，有些廠家是擠壓成型，不管是擠壓成型還是振動成型，關(guān)鍵在于陰極炭塊在生產(chǎn)過程中的工藝控制，針對出現(xiàn)的幾臺早期破損槽的分析看，陰極炭塊的橫向斷裂、起層、局部出現(xiàn)裂紋（如圖1），說明生產(chǎn)廠家在產(chǎn)品出入庫存在問題，沒有嚴格檢查，導(dǎo)致不合格的產(chǎn)品進入施工現(xiàn)場；原材料在使用前保管不好，摻入了雜質(zhì)（煤矸石等），陰極炭塊在生產(chǎn)過程中雜質(zhì)揮發(fā)或高溫爆裂，出現(xiàn)陰極炭塊空洞，導(dǎo)致電解槽從空洞處漏爐（如圖2），另外在配比過程中的計量不準也是造成上述現(xiàn)象的因素之一，如果陰極炭塊破損或裂縫，導(dǎo)致鋁液中的鈉與炭塊中的炭作用生成化合物，使炭晶格間的距離增大，使炭塊的體積膨脹，很容易使鋁液和電解質(zhì)液沿炭塊的裂紋滲透，至致接觸到陰極鋼棒生成合金鋁，嚴重時導(dǎo)致漏爐。

圖1 陰極炭塊的橫向斷裂、起層、局部出現(xiàn)裂紋

圖2 陰極炭塊空洞

2.2 側(cè)部炭塊的問題

目前各鋁企業(yè)中依據(jù)設(shè)計院設(shè)計不同而結(jié)構(gòu)各不相同，有普通的碳素側(cè)部塊，有氮化硅結(jié)合碳化硅側(cè)部復(fù)合塊，有氮化硅結(jié)合碳化硅。普通的碳素側(cè)部塊在運行到1000天左右時，氧化和侵蝕后幾乎不復(fù)存在，主要是理化指標(biāo)達不到要求，另外表面裂紋及龜裂導(dǎo)致普通的碳素側(cè)部塊快速氧化和侵蝕，造成早期破損。氮化硅結(jié)合碳化硅側(cè)塊與普通碳素異型塊組成的側(cè)部復(fù)合塊，是由生產(chǎn)廠家整體將氮化硅結(jié)合碳化硅側(cè)塊與碳素異型塊粘結(jié)后供貨，在施工過程中出現(xiàn)粘結(jié)強度達不到指標(biāo)而分離，從而使兩種炭塊之間產(chǎn)生縫隙導(dǎo)致早期破損，另外普通的碳素側(cè)部塊表面裂紋及龜裂導(dǎo)致普通碳素側(cè)部塊快速氧化和侵蝕（如圖3），啟動初期伸腿以上的普通碳素側(cè)塊脫落（如圖4），造成早期破損。氮化硅結(jié)合碳化硅主要的問題是理化指標(biāo)達不到標(biāo)準，在運行到1000天以上是與電解質(zhì)接觸部位侵蝕嚴重，幾乎二分之一以上的厚度已經(jīng)侵蝕完。

圖3 側(cè)部塊表面裂紋及龜裂導(dǎo)致普通碳素側(cè)部塊快速氧化和侵蝕

圖4 普通碳素側(cè)塊脫落

2.3 槽底砌筑中易出現(xiàn)的質(zhì)量問題

在砌筑中灰縫大，四周的伸縮縫未按規(guī)定留設(shè)，特別是在鋼棒孔等部位填充的氧化鋁未充分填實，干式防滲料與陰極鋼棒之間接觸的陰極鋼棒底部未搗實，這些原因的存在導(dǎo)致陰極碳素材料出現(xiàn)破裂或裂縫時順著未填實的部位進行滲透，導(dǎo)致熔化鋼棒從鋼棒孔漏爐，發(fā)生早期破損。

2.4 筑爐砌筑中的扎固問題

筑爐砌筑中的關(guān)鍵工序是扎固工序，此道工序有兩個方面的原因：一個原因是此道工序是每個人之間的配合，在每層的扎固中相鄰的搗固機手容易造成漏扎現(xiàn)象，此處就存在質(zhì)量隱患，也就是為早期破損埋下了隱患；另一個原因是糊料的操作使用存在問題，糊料加熱攪拌不均勻，這主要是：一方面生產(chǎn)糊料的廠家配比存在問題造成每一批或每鍋的糊料不均勻，同一槽中可以說是使用不同配比或不均勻的糊料，另一方面將成袋的糊料經(jīng)預(yù)熱爐加熱后直接送到電解槽進行扎固，造成各區(qū)使用的糊料不一樣，雖然是同一批的糊料，但是生產(chǎn)廠家在攪拌過程中由于設(shè)備問題而出現(xiàn)糊料攪拌不均勻，經(jīng)常出現(xiàn)返漿和扎不到一起的現(xiàn)象，也是造成早期破損的原因之一。

2.5 內(nèi)襯材料的質(zhì)量

鋁電解槽內(nèi)襯的陰極碳素材料質(zhì)量直接影響著電解槽的使用壽命和電能消耗等，在日常的大修理中，由于使用的陰極碳素材料比較混雜而各自的理化指標(biāo)也不盡相同，這就給電解槽的早期破損造成不利的因素，而陰極碳素材料在生產(chǎn)、采購等到方面都比較困難，迫使在電解槽的施工中采用幾家的碳素材料，在實際操作中也很難達到陰極碳素材料一體化。在生產(chǎn)中出現(xiàn)周圍糊料、陰極炭塊脫落和陰極炭塊斷裂等現(xiàn)象也時有發(fā)生，這就給電解槽的早期破損創(chuàng)造了條件。

2.6 使用中的設(shè)備及工器具問題

在扎固過程中使用的設(shè)備和工器具是關(guān)鍵因素，一方面沒有固定的風(fēng)源和自備空壓機，導(dǎo)致在扎固過程中使用廠房的風(fēng)源，在整個施工過程中風(fēng)壓不穩(wěn)定，忽高忽低保證不了壓縮比。另一方面是扎固使用的工器具不規(guī)范，搗錘有缺棱、凸頭現(xiàn)象經(jīng)常存在，造成搗壓不均勻，特別是糊料與陰極炭塊接觸的立縫，如出現(xiàn)凸頭或缺棱，怎么搗固都會出現(xiàn)扎不實的現(xiàn)象，留下很大的質(zhì)量隱患，可以說扎固過程中出現(xiàn)1%的工序不合格，也就是整個工程100%的不合格。

2.7 電解槽殼的穩(wěn)定性

目前大修中的電解槽槽殼不一定都是更換新槽殼，不更換新槽殼的都存在座不實的現(xiàn)象，新制作的槽殼與支撐梁之間縫隙小，而不進行更換的槽殼與支撐梁之間縫隙大，最大的在30mm左右，這之間的縫隙如不進行處理，待安裝完陰極炭塊等內(nèi)襯材料后未座實的縫隙將會壓不下去，而內(nèi)襯砌筑中將會產(chǎn)生新的縫隙。這也是留下質(zhì)量隱患的原因之一。

3 改進內(nèi)襯砌筑

3.1 陰極炭塊的生產(chǎn)廠家的選擇

針對陰極炭塊比較雜又比較多的情況下，對陰極炭塊的生產(chǎn)廠家進行實地考察，從各廠家的生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)工藝、原材料的進貨渠道、陰極炭塊的焙燒、炭塊的加工等等了解，確定3-4家合格供應(yīng)商，每次從這幾家比價確定每批次的供應(yīng)廠家，絕對不能選擇貿(mào)易商供應(yīng)陰極炭塊，貿(mào)易商選擇的陰極炭塊廠家是以價格為目的，以次充好，炭塊質(zhì)量難以保證。

3.2 電解槽陰極炭塊的組裝

針對陰極炭塊的缺陷，首先是從源頭把關(guān)，組裝前檢查是否有裂紋、缺棱、掉角等現(xiàn)象，其次是組裝后的檢查，通過比電阻測試儀和外觀質(zhì)量的檢查，第三是在安裝陰極炭塊前進行檢查，通過打音、表面觀察等措施，確保陰極炭塊的質(zhì)量。第四是用電子吊鉤稱對扎入的糊料量進行計量，確保每組陰極炭塊扎入的糊料量不低于設(shè)計要求的重量，第五是陰極炭塊的外觀尺寸一定要規(guī)范，目前的陰極炭塊的尺寸偏差大，盡可能的將尺寸偏差相近的安裝在一起。另外陰極炭塊在陰極炭塊的兩長側(cè)和兩短側(cè)都開槽，防止側(cè)部和立縫滲漏，從筑爐內(nèi)襯工藝上消除缺陷。杜絕有缺陷炭塊組進入電解槽中，保證了安裝到電解槽中的每一塊陰極炭塊組的質(zhì)量。

3.3 改進筑爐施工工藝

從進入電解槽內(nèi)襯砌爐開始，先劃出每層的高度控制線和伸縮縫的控制線，改變以往的隨意性砌筑，這樣不但操作時方便，更主要是能保證縱橫伸縮縫的位置和高度控制線，達到規(guī)范操作的目的。在電解槽四周的砌筑時，嚴格控制各層的灰縫，在鋼棒孔和耐火磚的空隙中用氧化鋁填滿填實不能留有空隙，保證在鋁液、電解質(zhì)滲漏時無滲漏空間，從源頭堵住滲漏，防止從鋼棒孔中漏爐發(fā)生。另外在扎固工藝時，首先控制好糊料的溫度和加熱攪拌。在幾年前曾經(jīng)出現(xiàn)每批中的糊料不一樣，其中有的糊料油份較大有些糊料油份較小，而且骨料也不一樣，這樣在扎固時就會出現(xiàn)油份較大的溫度高，油份較小的溫度低，同時油份大的容易出現(xiàn)返槳現(xiàn)象，油份小的出現(xiàn)扎不在一起的現(xiàn)象，所以為避免糊料溫度不均勻，在扎固前一天將糊料放入預(yù)熱爐，按規(guī)定進行預(yù)熱，同時為避免生產(chǎn)廠家每批或每鍋的配比不均勻性，將糊料二次進入混捏鍋進行攪拌，待攪拌均勻后運到施工現(xiàn)場，力求糊料達到均衡。其次在扎固時對各區(qū)域進行劃分，劃分的目的就是各搗固機手在扎自己的區(qū)域外同時還要延伸200mm到兩邊區(qū)域進行扎固，這樣避免在接搓處的漏扎現(xiàn)象，保證整體的扎固效果，

3.4 嚴格控制內(nèi)襯材料質(zhì)量

電解槽的內(nèi)襯材料是延長槽壽命的關(guān)鍵因素之一，而陰極碳素材料最為關(guān)鍵，它是在高溫和熔鹽強烈侵蝕的環(huán)境下工作的，所以碳素材料質(zhì)量好壞直接影響到電解槽的壽命。在每臺槽中應(yīng)盡量使用同一廠家的碳素材料，盡可能達到電解槽內(nèi)襯素材料一體化。嚴格控制內(nèi)襯碳素材料的理化指標(biāo)，對超標(biāo)的材料禁止使用，防止由于內(nèi)襯碳素材料而引起的早期破損。另外陰極內(nèi)襯材料在運輸中和保管時必須符合技術(shù)要求，嚴禁日曬雨淋、強烈震動和受潮。

3.5 改善扎槽的設(shè)備和工器具

為了杜絕扎固進程中使用墻壁風(fēng)源的問題，保證扎固中風(fēng)壓的穩(wěn)定性，用自備空壓機進行供風(fēng)，滿足了扎固工藝要求，達到了預(yù)期目標(biāo)，從而保證扎固中糊料的溫度。另外還對缺棱、角的搗固錘及時進行更換和加工，保證扎固過程中各個角落的扎固質(zhì)量，為整體扎固質(zhì)量提供保障，避免由于扎固質(zhì)量而造成的早期破損。為防止扎固糊出現(xiàn)分層現(xiàn)象，改進扎固工具，采用梅花錘搗固使周圍糊層間緊密銜接，有效解決原工藝糊料層間拉毛不好及層間結(jié)合差的現(xiàn)象，扎固和拉毛過程一次完成，有利于提高了電解槽的扎固質(zhì)量。

3.6 提高人員素質(zhì)

在電解槽工藝技術(shù)不改變的前提下，要防止電解槽早期破損、延長電解槽使用壽命，提高施工人員素質(zhì)是非常重要的。為了解決因人為因素造成電解槽大修質(zhì)量降低而導(dǎo)致電解槽使用壽命低的情況，經(jīng)常性對電解槽大修人員進行理論和技能培訓(xùn)，提高員工的操作技能、質(zhì)量意識和責(zé)任心。

4 結(jié)束語

通過以上對電解槽內(nèi)襯質(zhì)量的分析，找出了在內(nèi)襯砌筑中的幾個問題，并且按照找出問題采取了相應(yīng)的措施，使電解槽的壽命有了明顯的提高，有效遏制早期破損槽的發(fā)生，總之要提高鋁電解槽的壽命，不僅從電解槽槽殼設(shè)計、碳素材料、施工質(zhì)量等各環(huán)節(jié)做好，而且更重要的是從電解槽的焙燒啟動及正常的生產(chǎn)管理進行嚴格控制。