谈如何延长铝电解槽使用寿命

2012-04-23 06:08刘全
城市建设理论研究 2012年35期
关键词:阴极阳极电解质

刘全

摘要:本文从设计和生产工艺方面对造成电解槽破损的原因进行了分析,并在总结几年来提高槽寿命的措施和经验基础上,提出延长槽寿命的几点想法。

关键词:铝电解槽使用寿命 延长

中图分类号:TF803.27 文献标识码:A 文章编号:

据报道,国外200KA以上大型预焙铝电解槽的平均寿命在5年(1800天)以上,法国彼施涅公司的180KA电解槽寿命达6~8年(2190 ~ 2920天),远远高于我国电解槽1500天的设计指标。本文结合多年的生产实际对电解槽寿命问题进行探讨。

一、电解槽破损原因分析

1.侧部破损

电解槽侧部破损主要是由于侧部不易形成保护侧部炭块的炉帮,使熔融的电解质随着电解的进行渐渐地渗透于炭块中,而电解质中的钠离子又很容易与碳发生反应生产碳一钠中间化合物,引起侧部炭块疏松、分层,这就更加剧了侧部炭块被氧化和侵蚀的速度。据资料报

道,这种侵蚀速度使炭块每天约腐蚀掉1mm,使得侧部炭块容易受到侵蚀磨损,引起槽壳局部过热,严重时槽壳会被烧红,甚至发生漏槽事故,导致停槽,缩短电解槽寿命。影响电解槽侧部炉帮不易形成的原因主要是:

(l)电解槽槽壳及槽壳与地面酌空间设计不尽合理。有关研究表明,电解槽侧部散热能力在槽壳温度基本恒定的情况下,决定于周围环境温度和空气流动情况。虽然电解槽设计采用侧部散热型,即侧部只有一层碳化硅砖的结构,目的是保证在电解槽四周形成自然炉帮。然而,我国绝大多数200KA、300KA电解槽槽壳仍采用了传统带二翼

板的结构,并且槽壳与地面的距离较短,不利于散热通风,严重影响侧部炉帮的形成。这样不仅缩短了电解槽的寿命,而且还增加了不必要的大修费用。

(2)使用的氧化铝原料质量不均匀及打料系统缺陷,造成效应受控率低。各厂使用的氧化铝产地和体积密度均不同,导致电解槽实际接受的氧化铝料量不均匀,造成电解槽炉底沉淀多,或是电解槽打料系统故障等原因,阳极效应受控率较低,效应系数高,导致槽温在短时间内骤然上升30℃~ 40℃,实践表明,槽温升高越多,恢复到正常生产温度所需时间越长。长期以来,电解槽经常处于高温状态,给炉帮的形成带来极大困难。

(3)电解槽后期管理期间技术条件的控制不匹配,导致电解槽形不成坚实的炉帮,造成生产中一旦出现波动,电解槽温度稍高就会熔化炉帮。

2.电解槽底部破损

电解槽焙烧时,如果电流分布不均匀,使明极炭块产生局部过热或过冷,就会在交界处形成裂缝。当电解槽启动后,阴极上析出的钠不断渗透到炭缝里与炭发生反应,生成嵌入式层状化合物,破坏了炭的晶格,使炭块的缝隙逐步扩大,槽内铝液在磁场作用下产生局部漩

涡,并夹带具有冲刷作用的悬浮氧化铝冲刷裂缝,使铝液很容易往下渗透。一旦裂缝与阴极钢棒相通,阴极钢棒便被铝液熔化,使槽内铝液的铁含量突增。大量的电解质、铝液从钢棒窗口处漏出,如紧急补救措施不力,就会被迫停槽,严重缩短电解槽的寿命。

另外还有两种影响电解槽寿命的原因,一是焙烧启动时温度控制不均匀,造成阴极炭块产生裂纹,在启动后的生产过程中形成铝液通道。二是电解槽磁场设计不均匀,导致电解槽A、B两侧通过的电流不平衡,引起生产中B面炉帮形成不好。

二、提高电解槽寿命的实践

1.严格执行焙烧、启动工艺制度

铝电解槽的焙烧、启动工艺是影响槽寿命的重要因素之一。目前大型铝电解槽均采用“焦粒焙烧电解质湿法无效应启动”,避免了铝液焙烧法的高温铝液直接接触生冷的炭素内衬,使炭素内衬生产裂纹以及铝水过早浸入炭素缺陷处,从而缩短槽寿命的缺点。在焙烧启

运过程中,严格执行操作规程,合理调整阳极电流分布,保证炉底受热均匀,防止局部过熟或过冷。严禁缩短焙烧时间而强行启动电解槽,以减少阴极碳块分层、脱落、裂缝等的发生。合理控制启动后期的分子比、铝水平、电解质水平等技术条件,以建立规整的炉膛,有利于提高电解槽寿命。

2.严格控制生产技术条件,保持稳定的热平衡和槽膛内形

电解槽的技术条件主要有电流强度、铝水平、电解质水平、电解槽温度、项技术条件选定后,只有在运行中严格控制,才能确保电解槽具有良好的热平衡和物料平衡。

(l)控制电解槽温度

若槽温过高,炉帮会熔化,破坏槽膛内形;若槽温过低,和电解质水平、铝液水平保持不好,会造成炉底沉淀,电流分布不均匀,槽况恶化,引发病槽。

(2)电流强度在一定时间段内保持稳定

无论是降低电流还是增加电流生产,都会影响电解槽的热收入,原有的炉膛会发生较大的变化,从而破坏电解槽原有的热平衡,所以必须调整其它技术条件,如电压、铝水平、分子比等才能适应新电流条件下的热平衡,来维持电解槽的平稳运行。

另外,降低电流生产时会使得先前渗入阴极炭块中的电解质凝固,导致阴极炭块产生裂缝,促使炭块破损;而增加电流后,由于增加了阴极炭块表面的电流密度,阴极炭块本身温度会升高,将会缩短已经破损炭块的寿命。

(3)保持分子比稳定

保持电解成分的稳定性是稳定生产的前提条件,而分子比的稳定尤为重要,如果分子比忽高忽低,电解质的过热度变化无常,电解质的温度变化量就大,电解槽的热平衡就会难以维持。

虽然低分子比有利于电流效率的提高已经得到了铝业界的认同,但不能忽视分子比过低的负面作用,即:氧化铝的溶解度会降低,容易产生沉淀;电解质酌电阻增大,槽电压不稳,阳极气体不易顺畅排出,导致效应系增多,氟化铝的挥发损失较大等缺点。

(4)合理控制效应系数

目前电解生产效应管理正在逐渐向低效应系数发展,国内一般效应系数在0.10左右,个别厂效应系数降至0.05以下,但要实现低效应系数又能保证电解槽的长期稳定运行,必须解决以下两个问题:

一是设置合理的效应间隔。效应间隔是人为设定的,但由于氧化铝堆密度变化及下料系统的不畅通等原因,造成下料系统加入电解槽的料量与电解槽实际接受料量之间的差别,使计算机判断浓度不准确。如果生产中不解决这一问题,只试图简单拉长效应间隔来降低效应系数降低电能,必然造成电解槽调整氧化铝浓度的机会减少,电解槽出现电压摆动而增加的电能远超过降低效应系数节约的电能。

在这里重点强调,生产中切不可采用效应来保持电解槽的热平衡,效应对热平衡的调节只是临时作用,热平衡的管理必须从电压、铝水及保温料人手。

二是设置合理的下料间隔,在生产中一般可以通过检查过量周期与欠量周期时间是否大致相当。

3.阳极质量的稳定性

阳极是铝电解槽的心脏,只有良好的炭块质量才能保证电解槽长期稳定运行。质量羞的炭块用到后期容易出现开裂现象,更为严重的是在更换阳极时出现炭块脱落情况;表面存在裂纹的炭块用于电解时,高温电解质渗入裂纹中,炭块就会出现断裂、局部掉块现象,这些碎块不及时捞出,它们将随着电解质运动到炭块底掌下,影响阳极电流分布;或是由于炭块抗氧化性差出现掉渣现象,据资料介绍,当电解质中碳含量达到0.6%时,电导率约降低lO%,并且由于大量炭渣与电解质分离不好,不仅增加电解质的粘度,而且促使电解槽增加效应,因此可以说,优良的阳极是电解槽稳定生产的重要因素,也是降低效应系数的重要条件。

4.各项操作质量的管理

电解生产中更换阳极、出铝、抬母线、熄灭阳极效应作业是最为关键的操作,这些操作质量的好坏直接关系到电解槽是否能稳定运行,是否能取得优异的技术指标。

5.加强电解槽破损检测及确定力度,做好电解槽漏炉的预防工作

(l)积极利用化验分析报告,对原铝中铁、硅含量的变化密切关注,查明原因后采取相应的处理措施。

(2)加大电解槽散热孔温度、阴极钢棒温度及电流分布的测量力度,发现问题及时处理。

实践表明,设计定型的电解槽寿命不仅与筑炉材料的质量、筑炉工艺、质量及槽内衬结构这些固有因素有关,还与焙烧启动方法的选择、生产技术条件的控制及生产操作有密切关系。铝电解槽的寿命不仅标志着铝电解生产的技术水平,逐关系到企业的生产稳定和经济效益,所以对电解槽寿命探讨具有十分重要的意义。

猜你喜欢
阴极阳极电解质
电除尘器阴极线防脱落结构改进
特斯拉为新型无阳极锂金属电池申请专利
“离子反应”常见考点例析及规律总结
判断强弱电解质的四种经典模式
关于碳纳米管阴极强流脉冲发射性能分析
一种利用残极制备铝用碳阳极的方法
低低温电除尘器改造及应用
FED显示技术及其制作工艺探究
2016年贵州高考电解质溶液试题赏析