鋁電解槽破損原因及實現(xiàn)高齡槽的措施

王 強(qiáng)

（云鋁陽宗海鋁電解分公司，云南 昆明 650502）

我國工業(yè)鋁電解槽槽壽命通常是2000天左右，而國外先進(jìn)鋁廠則普遍在2500天～3000天。近十年來，各電解鋁企業(yè)筑爐質(zhì)量、焙燒技術(shù)、控制技術(shù)等等的不斷提升，使電解槽穩(wěn)定性不斷增加，齡槽也不斷增加。對高齡槽陰極結(jié)構(gòu)、熱場與磁場的研究，并開發(fā)出相應(yīng)的工藝體系與控制技術(shù)，規(guī)避高齡槽的不利因素，以保證電解槽的平穩(wěn)運行，是進(jìn)一步挖掘電解槽潛能，降低生產(chǎn)成本，并延長電解槽經(jīng)濟(jì)壽命的重要因素。

1 鋁電解槽的破損原因

根據(jù)鋁電解生產(chǎn)情況我們認(rèn)為破損原因主要有以下三方面的原因：①電解槽的焙燒啟動方法對槽壽命的影響很大，如何選擇的筑爐材料，控制施工質(zhì)量，制定焙燒啟動和啟動初期槽溫的管理方案都對控制電解槽破損有著至關(guān)重要的影響。②在鋁電解生產(chǎn)過程中，由于槽壽命的增長，電解槽側(cè)部炭塊不斷受到電解質(zhì)和鋁液的侵蝕和沖刷，電解質(zhì)在陰極碳塊中的滲透以及空氣對槽側(cè)壁的氧化侵蝕，這些都會影響槽內(nèi)襯的壽命，還會使原有的微小裂紋和機(jī)械損傷逐漸擴(kuò)大，形成裂縫，使電解質(zhì)和鋁液等的侵蝕加深，并逐漸形成抵達(dá)陰極鋼棒和槽殼通道，導(dǎo)致電解槽的破損和漏槽。③工藝參數(shù)合理匹配、工藝技術(shù)指標(biāo)的平穩(wěn)控制以及精細(xì)化的日常管理，也是減少電解槽破損的重要手段。尤其是在槽溫及電解質(zhì)成份的調(diào)節(jié)上，要保證形成穩(wěn)定規(guī)整的爐膛內(nèi)型，避免電解質(zhì)和鋁液對槽內(nèi)襯不應(yīng)有的侵蝕和沖刷，特別是工藝技術(shù)控制中電解槽溫或高或低、波動較大使陰極熱應(yīng)力變化過大，容易導(dǎo)致陰極鋼棒變形，陰極炭塊開裂剝落，導(dǎo)致電解槽的破損和漏槽。

2 電解生產(chǎn)情況

200KA電解系列自1998年投產(chǎn)以來，開始采用鋁液焙燒法，后來主要采用焦粉焙燒法，隨著槽齡的不斷增加，電解槽不同程度的出現(xiàn)爐底上抬、側(cè)部炭塊消耗、爐底結(jié)殼較厚且不平整、陰極破損等現(xiàn)象，這些現(xiàn)象的存在影響了高齡槽的高效穩(wěn)定運行和安全生產(chǎn)。

3 生產(chǎn)實踐及控制措施

（1）優(yōu)化電解槽設(shè)計，采用新技術(shù)、新材料，這是提高槽壽命的基礎(chǔ)。在槽設(shè)計上，實現(xiàn)電磁場、熱力場、流體場的優(yōu)化。即采用合理的母線配置，選用優(yōu)質(zhì)的高石墨化陰極碳塊和碳化硅絕緣側(cè)壁材料。因為石墨化陰極碳塊具有導(dǎo)電性能好，抗侵蝕能力強(qiáng)等優(yōu)良性能。用于鋁電解槽可以降低電耗，延長槽壽命。在陰極碳塊于保溫層之間敷設(shè)足夠厚度的干式防滲料，它具有防止電解質(zhì)滲漏、避免爐底隆起和加強(qiáng)保溫等性能。當(dāng)熔體滲透到防滲料層時，它能吸收電解液和鋁液且阻止它們繼續(xù)往下滲漏，因此能防止下面的耐磚層被腐蝕；具有較大可壓縮性，能夠吸收一部分陰極碳塊的膨脹從而有效緩解爐底的隆起變形；增大了陰極內(nèi)襯的熱阻系數(shù)和溫度，從而加強(qiáng)的保溫性質(zhì)。

（2）采用好的焙燒啟動方法。從200KA系列預(yù)焙槽投產(chǎn)以來，我們開始采用鋁水焙燒法，后來采用更為科學(xué)的焦粉焙燒法，通過大量的生產(chǎn)實踐，我們總結(jié)出：在焙燒過程中要嚴(yán)格控制升溫速度，采用薄層碳粒，以降低其單位時間內(nèi)的發(fā)熱量，降低升溫速度，可避免產(chǎn)生過大的溫度梯度，避免壓力集中，減少內(nèi)襯破損。在啟動方法上看，大型預(yù)焙槽不宜采用干法效應(yīng)啟動。因為這樣會在槽內(nèi)襯中產(chǎn)生大量的熱，使內(nèi)襯在短時間內(nèi)產(chǎn)生突變，導(dǎo)致內(nèi)襯應(yīng)力集中，而采用濕法效應(yīng)啟動和濕法無效應(yīng)啟動就可以避免這一弊端，比較適合200KA系列預(yù)焙槽。

（3）加強(qiáng)啟動初期的管理。在電解槽啟動后第一月要盡快在槽四周建立一層高分子比的爐幫。為使建立起的爐膛熱穩(wěn)定性好，首先，必須采用高分子比的電解質(zhì)成分，隨爐膛的逐漸完善，分子比也逐漸降低；第二必須控制好電解溫度的下降速度，一般在啟動后前3天，要求槽溫下降快些，使其盡快形成一層高分子電解質(zhì)爐幫，提高爐幫的熱穩(wěn)定性，之后槽溫下降要適當(dāng)放慢。而電解溫度的控制，主要是通過電壓來控制，通過電壓管理從而實現(xiàn)穩(wěn)定規(guī)范的爐膛內(nèi)型。

（4）高齡槽工藝參數(shù)的優(yōu)化。由于高齡槽的槽況明顯不同于正常槽，故在技術(shù)條件方面作出適當(dāng)調(diào)整是非常必要的。鋁水平控制標(biāo)準(zhǔn)是實現(xiàn)電解槽后期穩(wěn)定高效生產(chǎn)的保障，過早的提高鋁水平使?fàn)t膛收縮過快，而鋁水平過低則不利于形成良好的爐幫，都不利于電解槽長期、穩(wěn)定、高效的運行。通過長期的試驗應(yīng)用與分析，我們認(rèn)為電解槽啟動初期鋁水平為≤24cm，一年之內(nèi)≤26cm。隨著槽齡的增長要適當(dāng)增加鋁水平30 cm以上。這就規(guī)避了電解槽更換陽極等作業(yè)過程中電壓波動的現(xiàn)象，增加了電解槽的熱容量，一定程度上有利于電解槽的自我調(diào)節(jié)能力，增加電解槽的穩(wěn)定性。也利于降低電解槽的內(nèi)熱和削弱磁場，對提高電流效率有積極的作用。槽電壓與電流效率、電耗及電解槽的熱平衡有著直接的關(guān)系。隨著低溫低電壓生產(chǎn)技術(shù)在鋁工業(yè)的廣泛應(yīng)用，也為我們進(jìn)一步降低高齡槽槽電壓提供了新思路。首先，通過改良電解質(zhì)體系，降低電解質(zhì)電阻，保持合適的分子比（2.35～2.55）及鋰鹽濃度（1.6～1.8）。通過加強(qiáng)異常槽的管理，減少異常電壓時間，增加了電解槽的穩(wěn)定性，提高了電流效率。異常電壓的降低，表明電解槽電壓波動減少，同時電解槽對抗干擾能力增加，無形中減少了電解槽因異常而增加的電耗。電解溫度是鋁電解生產(chǎn)中的一項重要的技術(shù)參數(shù)，對高齡槽穩(wěn)定高效運行有著至關(guān)重要的作用。結(jié)合高齡槽的槽況的綜合分析與研究，過熱度控制在8℃～15℃比較適宜[1]，也就是高齡槽電解溫度控制在940℃～955℃能獲得較好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，生產(chǎn)運行也比較平穩(wěn)。分子比在鋁電解生產(chǎn)中是影響電解溫的重要參數(shù)之一，通過控制分子比的高低可以達(dá)到控制電解質(zhì)初晶溫度的目的。經(jīng)過多次試驗及分析，我們得出結(jié)論：高齡槽分子比控制在2.35～2.55之間，對高齡槽長期穩(wěn)定高效生產(chǎn)比較有利[2]。

（5）精細(xì)化操作管理。為確保高齡槽穩(wěn)定、高效運行，除了優(yōu)化各工藝參數(shù)的穩(wěn)定控制外，日常操作的質(zhì)量對高齡槽的穩(wěn)定生產(chǎn)也是至關(guān)重要的。改進(jìn)完善適合高齡槽操作制度，滿足高齡槽工藝管理體系要求是必然的選擇。①通過對陰極電流分布的測量，建立陰極電流分布正常變化模型，并結(jié)合電解槽陰極方鋼、槽殼與爐底溫度等的測量與分析，診斷高齡槽的運行情況，建立生產(chǎn)數(shù)據(jù)多維信息管理平臺，自主開發(fā)了高齡槽診斷技術(shù)，對高齡槽進(jìn)行監(jiān)測，實現(xiàn)其安全平穩(wěn)的生產(chǎn)。②加強(qiáng)對高齡槽效應(yīng)的管理：降低效應(yīng)系數(shù)，減少效應(yīng)時間。我們轉(zhuǎn)變觀念，樹立“零效應(yīng)”管理的科學(xué)管理理念，建立完善對設(shè)備設(shè)施的巡檢制度，通過控制技術(shù)、供料與設(shè)備等技術(shù)的研發(fā)與優(yōu)化，實現(xiàn)高齡槽的“零效應(yīng)”控制。通過對200kA高齡電解槽的研究分析，提出了一套針對高齡槽的工藝到操作的控制方案，并在過程中不斷完善優(yōu)化，最終建立了一套高齡槽工藝控制體系。

4 結(jié)語

在鋁電解生產(chǎn)過程中，影響槽壽命的因素錯綜復(fù)雜，只有通過采用優(yōu)化的槽型設(shè)計、新材料、新技術(shù)的使用提高槽壽命，這是延長槽壽命的基礎(chǔ)；加之焙燒啟動方法的不斷完善、電解槽工藝技術(shù)條件優(yōu)化和計算機(jī)控制水平的不斷提高，是獲得高齡槽的關(guān)鍵和保證；同時不斷提高鋁電解生產(chǎn)者的綜合素質(zhì)和業(yè)務(wù)技能。實現(xiàn)槽壽命達(dá)到2700天以上，最大限度的實現(xiàn)鋁電解槽的綜合節(jié)能效果。