延長超大型鋁電解槽槽壽命的生產實踐研究

鄭 冬

（中國鋁業連城分公司，甘肅 蘭州 730335）

1 提高槽壽命的意義

鋁電解槽是鋁電解生產的主體設備，電解槽內發生著系列物理、化學反應。鋁電解槽陰極內襯雖然不直接參與電解反應而消耗，但在高溫、強腐蝕和強物理場條件下，常因各種原因遭受到破損，逼迫停槽大修。當前，電解槽的使用壽命基本在2000天-2500天，部分槽超過2500天。鋁電解槽內襯因破損嚴重而停槽大修時，全部內襯材料被拆除并作為固體廢棄物需要處理，這不僅花費眾多的人力、消耗大量內襯材料，同時產生大量的固體廢物[1]。

2 影響電解槽槽壽命的因素

影響鋁電解槽壽命有設計、內襯材料、筑爐質量、焙燒啟動方式、啟動后期管理、工藝控制和工藝操作等因素的綜合作用。破損部位主要是側部和底部搗固糊漏爐，這兩種漏爐方式最終都是鋁水和電解質滲入陰極碳塊底部，沿陰極鋼棒滲漏，一旦鋁水滲入到陰極鋼棒，將進一步加速鋼棒的熔化，最后導致熔化陰極鋼棒，發生漏爐。電解鋁的陰極內襯是用碳塊和炭化硅砌筑而成的，隨使用時間的增加，內襯會逐漸破損，最終導致停槽大修。電解槽破損的原因與電解槽的設計、筑爐質量、內襯材料、大型鋁電解槽焙燒、電解槽的生產工藝和操作有關。

2.1 內襯材料要求

（1）防滲材料的要求。干式防滲料是由不同粒徑、不同種類的耐火材料混合組成。材料的導熱系數低，具有較好的保溫效果，是由散料搗打而成，可以吸收一部分炭塊的膨脹，有效減緩槽底隆起[2]。

（2）陰極炭塊的要求。采用機械強度與孔隙度適中，熱膨脹率較低，抗鈉侵蝕能力強的陰極炭塊，能夠非常有效地提高內襯使用壽命。近年來主要采用半石墨質炭塊代替傳統普通炭塊。

2.2 電解槽筑爐施工過程的影響

①工藝過程對電解槽壽命的影響。對于鋁液和電解質的滲漏，現代電解槽仍采用“多層防御”（多層防御）策略，每一層均為上一層的后援，筑爐施工過程中必須做到絲絲入扣，使每一層都能充分發揮其作用，達到延壽的目的。②保溫層和耐火層的鋪設。對保溫磚和耐火磚的要求：六面平直，磚塊質檢誤差小。對鋼殼內底面和層面的要求：水平，磚層之間交錯。不符合要求施工的后果：裂縫。③陰極鋼棒組裝。組裝要求：炭塊不能有裂紋；焙燒后鋼棒與炭塊之間仍然保持良好的接觸，界面間無縫隙。不符合要求施工的后果：陰極壓降高；滲電解質及鋁，底部漏爐。④側部砌筑。砌筑要求：平直，側部塊質檢無縫隙；焙燒啟動后，側部塊與鋼殼界面間保持良好且持續的解除；密封側部塊頂部與槽殼之間的空隙；密封槽殼的陰極鋼棒窗口。破損原因：空氣氧化，電解質和鋁液浸蝕，早期滲漏。⑤搗固施工。搗固糊制備的搗固體必須密實、完整。搗固體在下列情況存在層離的隱患，焙燒中或者啟動生產后易產生裂縫，導致破損。

2.3 電解槽焙燒啟動期間的管理

（1）焙燒、啟動過程管理。焙燒就是利用置于鋁電解槽陰、陽兩極間的發熱物質產生熱量，使電解槽陽極、陰極（含內襯）的溫度升高，實現下列目的：①使陰極炭塊間和槽周邊的扎糊燒結焦化，于陰極炭塊形成一個牢固的整體；②烘干陰極內襯，并逐步將槽膛溫度提高到接近電解溫度，為啟動電解槽做準備。某單位電解槽采用焦粒和石墨焙燒法，按照一定比例混合均勻后作為發熱物質。因此兩種物料的粒度和配比及混合均勻程度，決定了發熱量和焙燒溫度的均勻性。裝爐物料的粒度和均勻性將影響焙燒過程中熱量傳遞和爐膛受熱均勻程度。A、B、C、D4臺電解槽焙燒過程中焦粒石墨配比相同，采用大分流器進行分流，通電沖擊電壓均＜4.5V，經過通電焙燒96h后按期啟動。

圖1 C電解槽焙燒升溫曲線圖

從圖看出C電解槽b1和b2升溫速度較其他6個點明顯快，后期經過調整導電面積逐步和其他部位溫度趨勢相同。

（2）啟動及啟動后期管理。當前大部分電解槽采用實發無效應啟動，將事先準備好的高溫液體電解質灌入待啟動槽后，逐步人工抬高電壓至8V左右，確保固體物料慢慢熔化，在經過6h-8h后等物料全部熔化后，完成電解槽啟動。如果是焦粒和石墨焙燒的必須等待效應后人工清理電解質中的炭渣。啟動后期電解質溫度是影響電解槽形成良好爐幫的主要影響因素。

2.4 正常生產穩定性的影響

如果說筑爐材料與筑爐工藝只影響電解槽壽命的初中期，那么生產工藝幾乎影響電解槽的一生。電解槽的生產工藝包括：槽電壓、分子比、電解質水平、鋁水平、效應系數、出鋁和換極制度、氧化鋁濃度、加料制度等。以上技術條件是一個互相緊密聯系的耦合體系，對槽壽命構成了綜合影響。鋁電解槽的穩定主要取決于技術管理和操作管理兩個方面，兩者相輔相成。電解槽噪聲值是反映電解槽穩定性的重要指標，噪聲值越大說明穩定性越差。

眾所周知，電解槽運行越穩定，越有利于獲得較好的技術經濟指標。一旦槽穩定性變差后，往往會增加無效勞動，同時惡化操作環境，增加作業難度，形成惡性循環，為此，研究如何提高電解槽運行的穩定性有著重要的意義。

3 結論

4臺電解槽壽命差距較大，A、B電解截止目前2660天，C、D電解槽為停槽槽齡如表1。

表1 電解槽壽命分析

經過以上分析和跟蹤，在電解槽大修材料質量和施工質量相當的情況下，經過相同焙燒、啟動及后期日常運行看出，其中啟動后期噪聲值大的C、D電解槽停槽槽壽命分別為2204天、2250天，較在運行的A、B電解槽槽齡2660天少近400天。按照成本降低520元/天，兩臺槽僅延長槽壽命可完成降本貢獻超過40萬元，由此可見延長槽壽命對降低生產成本的重大意義，同時通過減少固體廢棄物產生也有著深遠的環保意義。