多極鎂電解槽槽壽命的影響因素分析

周云英，石玉英，楊海均

(攀枝花鋼企欣宇化工有限公司，四川攀枝花 617000)

1 引言

電解槽使用壽命問題是鎂電解生產(chǎn)以來長期存在的疑難問題，由于電解槽的大修、啟動需要大量人力與資金，因此延長電解槽的使用壽命對提高電解槽生產(chǎn)的各項經(jīng)濟技術指標，增加產(chǎn)量降低電解鎂生產(chǎn)成本有重要作用。據(jù)統(tǒng)計結果表明，國外大型電解槽的使用壽命都在2 ～2.5 年(900 天)［1］，多極電解槽設計壽命為24個月，正常運行一般可達到28個月。我公司從2010年6月份投產(chǎn)多極鎂電解槽至今，經(jīng)歷了啟動、生產(chǎn)、停槽、大修再投產(chǎn)的過程，在這一系列生產(chǎn)活動過程中，我們對電解槽的砌筑質量、砌筑用材料、電解槽焙燒啟動及運行過程中雜質等對槽壽命的影響進行了總結分析。

2 影響槽壽命的因素

2．1 內(nèi)襯材料對多極鎂電解槽槽壽命的影響

在多極鎂電解槽電解過程中，電解槽內(nèi)部由于受槽內(nèi)磁場及電解質循環(huán)運動的影響，將造成槽內(nèi)襯不同程度受損。尤其是當磁場和熔體流速超過最大值時，會使陰極部分槽殼變形，甚至會引起槽殼破損［2］。因此，多極鎂電解槽在內(nèi)襯材料的選擇上比無隔板鎂電解槽更為嚴格。

一般多極鎂電解槽底部及集鎂室側墻、電解室枕磚以下的側墻均采用普通的耐火磚砌筑，而集鎂室與電解室相分隔的簾墻及電解室后墻、枕磚等則分別采用氧化鋁含量較高的莫來石、剛玉等磚體進行砌筑，以確保多極鎂電解槽在正常生產(chǎn)運行期間，槽內(nèi)部襯磚不會出現(xiàn)嚴重的脫落或破損現(xiàn)象。

從表1可以看出，多極鎂電解槽在運行過程中對槽體后墻、枕磚及進線端側墻的沖刷最為嚴重，主要就是受強磁場和熔體高速流動的影響所致。因此，該幾處的砌體磚材料還必須具有以下良好的性能:在高溫下熱穩(wěn)定性好，有較好的抗電解質熔液侵蝕和抗沖刷性，以及有良好的高溫耐磨性和常溫、高溫機械強度好。

表1 多極鎂電解槽停槽后槽內(nèi)襯情況

2．2 內(nèi)襯砌筑質量對多極鎂電解槽槽壽命的影響

多極鎂電解槽內(nèi)襯砌筑材料質量得到保證的同時，槽內(nèi)襯的砌筑質量同樣將直接影響到槽使用壽命的長短。多極鎂電解槽內(nèi)襯砌筑時，要求先砌底，后砌墻，整個墻體都壓在槽底上，且砌筑過程中磚與磚之間縫隙不能直線對齊［3］。

在槽內(nèi)襯具體砌筑過程中，槽不同部位砌筑質量要求有所不同:底部砌筑時，磚縫要求小于1 mm，平面度允許誤差為±2.5 mm。直墻砌筑時，要求從兩端往中間砌，以保證墻角規(guī)整，砌到中間合攏時，需根據(jù)情況將磚截短加工，使之長短合適，但這時上下磚層的錯縫仍不小于1/4磚長，而且磚塊本身的長度也不應小于半磚，否則必須連續(xù)加工兩塊磚。另外，在砌墻時，如果僅有一小部分一次砌得過高，由于泥漿還未硬化，在磚的壓力下，泥漿會被擠壓出來，使磚墻下沉，產(chǎn)生變形，因此，除特殊情況外，整個磚墻應該均勻上砌。后墻砌筑時，除要求磚之間不能對齊外，還要求上下磚縫小于3 mm，左右磚縫小于1 mm，磚與磚之間錯逢不小于25 mm。簾墻砌筑時，則要求磚縫不能在陰極窗上方。交流電極周圍的墻體砌筑時，要求在交流電極周圍預留80～100 mm的空間以備灌澆注料。交流電極安裝固定后，測試交流電極與槽殼體之間的電阻，交流電極周圍灌澆注料時，應保持一致從交流電極的一側灌入澆注料，且所用澆注料與水按13%～15%的比例攪拌而成，并要求事先在攪拌器中充分攪拌均勻，澆注確保各處勻實。

雖然不同位置的槽內(nèi)襯在電解過程中所起的作用和所受的磁場強度及熔體流速沖擊不同，但在砌筑時都必須嚴格按“多極鎂電解槽砌筑規(guī)范”去嚴格把好質量關，確保磚縫及錯縫在規(guī)定范圍之內(nèi)，縫隙之間灰漿飽滿，澆注處澆注料密實、均勻等等。據(jù)了解，國內(nèi)某廠曾因多極鎂電解槽在砌筑過程中忽略了對集鎂室直墻的砌筑質量要求，結果在槽體運行不到半年就發(fā)生集鎂室側墻穿孔漏料事故。由于漏料處距上液面較近，采取交流保溫及臨時停直流進行修復處理后，該槽得以繼續(xù)恢復正常運行，但如果漏料處靠近槽底部，則該槽可能就只能提前停槽報廢［4］。

2．3 烤槽制度對多極鎂電解槽槽壽命的影響

鎂電解槽在啟動前必須進行充分的烘烤，尤其是具有特殊內(nèi)部結構的多極鎂電解槽，烤槽制度的合理與否直接影響到槽體壽命長短。

烤槽制度對鎂電解槽壽命的影響:①升溫速率過快，內(nèi)襯水分迅速加熱蒸發(fā)會使槽內(nèi)砌體開裂;②溫度過低或保溫時間不足，槽內(nèi)襯水分排出不充分，尤其是全澆注料搗固的交流加熱口，交流加熱長時間運行后，出現(xiàn)穿孔、漏槽事故。

2．3．1 烤槽升溫速率對槽壽命的影響

電解槽剛砌筑完工，砌體的灰漿中含有大量的水分，這些水分若迅速加熱蒸發(fā)會使砌體開裂。一般自然干燥1～3天才開始烤槽，烤槽時按一定的升溫曲線進行。

多極鎂電解槽烤槽分為兩個階段:電烤槽和燃氣烤槽［5］。其升溫曲線見圖1。

圖1 多極鎂電解槽烤槽升溫曲線

2．3．2 烤槽溫度對槽壽命的影響

烤槽溫度過高(電解質溫度＞350℃)，造成各極之間極距增大，不僅影響電流效率，同時還加快陽極、雙極消耗，降低槽使用壽命;烤槽溫度不均衡或過低，槽內(nèi)襯水分排出不凈，既會造成電流效率降低，又會造成槽內(nèi)槽渣生成量增加和交流加熱電極口或陰極刀把口穿孔漏料事故，縮短槽使用壽命。

從表2可以看出，燃氣烤槽階段對槽壽命影響最大:槽內(nèi)各點溫差越小，排出水分越干凈，槽使用壽命越長。

表2 多極鎂電解槽烤槽溫度對電流效率及槽壽命的影響

2．4 雜質對多極鎂電解槽槽壽命的影響

電解質中的水分及氧化鎂雜質對多極鎂電解槽的電流效率和槽壽命都有極其重要的影響，在實際生產(chǎn)過程中，必須盡量減少或消除水分及氧化鎂雜質的帶入或產(chǎn)生條件。

電解質中的水分主要以MgOHCl形式存在，它和氧化鎂雜質一樣，都會造成陽極消耗和使陽極表面性質發(fā)生變化，使生成的氯氣泡在陽極表面和上升過程中都難以合并長大，升至電解質表面時也不易破裂。這些氣泡積聚在一起，使電解質循環(huán)路徑縮短，電解質循環(huán)速度加快，即引起電解質沸騰［6］。

陽極消耗反應:

由于以上反應，電解過程中產(chǎn)生的MgO有60% ～70%被陽極氯氣氯化了［2］。

為減緩陽極消耗，提高多極鎂電解槽使用壽命，要求精料入槽:采用鎂還原法生產(chǎn)的熔體氯化鎂在轉運過程中密閉運輸，減少與空氣的接觸，將入槽熔體氯化鎂的水分控制在0.5%以內(nèi)，氧化鎂在0.05%以內(nèi)。

3 結論

多年實踐經(jīng)驗表明，電解槽的使用壽命與砌筑材料的選擇、砌筑質量、電解槽的焙燒啟動及日常操作有密切關系，電解槽使用壽命的長短不僅標志著多極鎂電解槽電解技術水平，還直接關系到企業(yè)的生產(chǎn)穩(wěn)定和經(jīng)濟效益，所以對電解槽壽命的探討有重要意義。

［1］ 姜寶偉．無隔板鎂電解槽電解質沸騰的探討［J］．輕金屬，2007(6):52-53．

［2］ 鎂還原—真空蒸餾法海綿鈦生產(chǎn)，攀枝花鋼企金沙鈦業(yè)有限公司內(nèi)部資料，2007:124-127．

［3］ 周茂敬．一 種 氯 化 鎂 電 解 槽:中 國:ZL201120006265．4［R］．

［4］ 張永健．鎂電解生產(chǎn)工藝學［M］．湖南:中南大學出版社，2006:469-471．

［5］ 多極鎂電解槽啟動方案，攀枝花鋼企欣宇化工內(nèi)部資料，2010，06．

［6］ 王永利．雜質對鎂電解過程的影響［J］．張家口師專學報，2003(6):72-74．