铝电解槽破损原因及实现高龄槽的措施

王 强

（云铝阳宗海铝电解分公司，云南 昆明 650502）

我国工业铝电解槽槽寿命通常是2000天左右，而国外先进铝厂则普遍在2500天～3000天。近十年来，各电解铝企业筑炉质量、焙烧技术、控制技术等等的不断提升，使电解槽稳定性不断增加，龄槽也不断增加。对高龄槽阴极结构、热场与磁场的研究，并开发出相应的工艺体系与控制技术，规避高龄槽的不利因素，以保证电解槽的平稳运行，是进一步挖掘电解槽潜能，降低生产成本，并延长电解槽经济寿命的重要因素。

1 铝电解槽的破损原因

根据铝电解生产情况我们认为破损原因主要有以下三方面的原因：①电解槽的焙烧启动方法对槽寿命的影响很大，如何选择的筑炉材料，控制施工质量，制定焙烧启动和启动初期槽温的管理方案都对控制电解槽破损有着至关重要的影响。②在铝电解生产过程中，由于槽寿命的增长，电解槽侧部炭块不断受到电解质和铝液的侵蚀和冲刷，电解质在阴极碳块中的渗透以及空气对槽侧壁的氧化侵蚀，这些都会影响槽内衬的寿命，还会使原有的微小裂纹和机械损伤逐渐扩大，形成裂缝，使电解质和铝液等的侵蚀加深，并逐渐形成抵达阴极钢棒和槽壳通道，导致电解槽的破损和漏槽。③工艺参数合理匹配、工艺技术指标的平稳控制以及精细化的日常管理，也是减少电解槽破损的重要手段。尤其是在槽温及电解质成份的调节上，要保证形成稳定规整的炉膛内型，避免电解质和铝液对槽内衬不应有的侵蚀和冲刷，特别是工艺技术控制中电解槽温或高或低、波动较大使阴极热应力变化过大，容易导致阴极钢棒变形，阴极炭块开裂剥落，导致电解槽的破损和漏槽。

2 电解生产情况

200KA电解系列自1998年投产以来，开始采用铝液焙烧法，后来主要采用焦粉焙烧法，随着槽龄的不断增加，电解槽不同程度的出现炉底上抬、侧部炭块消耗、炉底结壳较厚且不平整、阴极破损等现象，这些现象的存在影响了高龄槽的高效稳定运行和安全生产。

3 生产实践及控制措施

（1）优化电解槽设计，采用新技术、新材料，这是提高槽寿命的基础。在槽设计上，实现电磁场、热力场、流体场的优化。即采用合理的母线配置，选用优质的高石墨化阴极碳块和碳化硅绝缘侧壁材料。因为石墨化阴极碳块具有导电性能好，抗侵蚀能力强等优良性能。用于铝电解槽可以降低电耗，延长槽寿命。在阴极碳块于保温层之间敷设足够厚度的干式防渗料，它具有防止电解质渗漏、避免炉底隆起和加强保温等性能。当熔体渗透到防渗料层时，它能吸收电解液和铝液且阻止它们继续往下渗漏，因此能防止下面的耐砖层被腐蚀；具有较大可压缩性，能够吸收一部分阴极碳块的膨胀从而有效缓解炉底的隆起变形；增大了阴极内衬的热阻系数和温度，从而加强的保温性质。

（2）采用好的焙烧启动方法。从200KA系列预焙槽投产以来，我们开始采用铝水焙烧法，后来采用更为科学的焦粉焙烧法，通过大量的生产实践，我们总结出：在焙烧过程中要严格控制升温速度，采用薄层碳粒，以降低其单位时间内的发热量，降低升温速度，可避免产生过大的温度梯度，避免压力集中，减少内衬破损。在启动方法上看，大型预焙槽不宜采用干法效应启动。因为这样会在槽内衬中产生大量的热，使内衬在短时间内产生突变，导致内衬应力集中，而采用湿法效应启动和湿法无效应启动就可以避免这一弊端，比较适合200KA系列预焙槽。

（3）加强启动初期的管理。在电解槽启动后第一月要尽快在槽四周建立一层高分子比的炉帮。为使建立起的炉膛热稳定性好，首先，必须采用高分子比的电解质成分，随炉膛的逐渐完善，分子比也逐渐降低；第二必须控制好电解温度的下降速度，一般在启动后前3天，要求槽温下降快些，使其尽快形成一层高分子电解质炉帮，提高炉帮的热稳定性，之后槽温下降要适当放慢。而电解温度的控制，主要是通过电压来控制，通过电压管理从而实现稳定规范的炉膛内型。

（4）高龄槽工艺参数的优化。由于高龄槽的槽况明显不同于正常槽，故在技术条件方面作出适当调整是非常必要的。铝水平控制标准是实现电解槽后期稳定高效生产的保障，过早的提高铝水平使炉膛收缩过快，而铝水平过低则不利于形成良好的炉帮，都不利于电解槽长期、稳定、高效的运行。通过长期的试验应用与分析，我们认为电解槽启动初期铝水平为≤24cm，一年之内≤26cm。随着槽龄的增长要适当增加铝水平30 cm以上。这就规避了电解槽更换阳极等作业过程中电压波动的现象，增加了电解槽的热容量，一定程度上有利于电解槽的自我调节能力，增加电解槽的稳定性。也利于降低电解槽的内热和削弱磁场，对提高电流效率有积极的作用。槽电压与电流效率、电耗及电解槽的热平衡有着直接的关系。随着低温低电压生产技术在铝工业的广泛应用，也为我们进一步降低高龄槽槽电压提供了新思路。首先，通过改良电解质体系，降低电解质电阻，保持合适的分子比（2.35～2.55）及锂盐浓度（1.6～1.8）。通过加强异常槽的管理，减少异常电压时间，增加了电解槽的稳定性，提高了电流效率。异常电压的降低，表明电解槽电压波动减少，同时电解槽对抗干扰能力增加，无形中减少了电解槽因异常而增加的电耗。电解温度是铝电解生产中的一项重要的技术参数，对高龄槽稳定高效运行有着至关重要的作用。结合高龄槽的槽况的综合分析与研究，过热度控制在8℃～15℃比较适宜[1]，也就是高龄槽电解温度控制在940℃～955℃能获得较好的经济技术指标，生产运行也比较平稳。分子比在铝电解生产中是影响电解温的重要参数之一，通过控制分子比的高低可以达到控制电解质初晶温度的目的。经过多次试验及分析，我们得出结论：高龄槽分子比控制在2.35～2.55之间，对高龄槽长期稳定高效生产比较有利[2]。

（5）精细化操作管理。为确保高龄槽稳定、高效运行，除了优化各工艺参数的稳定控制外，日常操作的质量对高龄槽的稳定生产也是至关重要的。改进完善适合高龄槽操作制度，满足高龄槽工艺管理体系要求是必然的选择。①通过对阴极电流分布的测量，建立阴极电流分布正常变化模型，并结合电解槽阴极方钢、槽壳与炉底温度等的测量与分析，诊断高龄槽的运行情况，建立生产数据多维信息管理平台，自主开发了高龄槽诊断技术，对高龄槽进行监测，实现其安全平稳的生产。②加强对高龄槽效应的管理：降低效应系数，减少效应时间。我们转变观念，树立“零效应”管理的科学管理理念，建立完善对设备设施的巡检制度，通过控制技术、供料与设备等技术的研发与优化，实现高龄槽的“零效应”控制。通过对200kA高龄电解槽的研究分析，提出了一套针对高龄槽的工艺到操作的控制方案，并在过程中不断完善优化，最终建立了一套高龄槽工艺控制体系。

4 结语

在铝电解生产过程中，影响槽寿命的因素错综复杂，只有通过采用优化的槽型设计、新材料、新技术的使用提高槽寿命，这是延长槽寿命的基础；加之焙烧启动方法的不断完善、电解槽工艺技术条件优化和计算机控制水平的不断提高，是获得高龄槽的关键和保证；同时不断提高铝电解生产者的综合素质和业务技能。实现槽寿命达到2700天以上，最大限度的实现铝电解槽的综合节能效果。