试探大型铝电解槽在节能要求下的槽寿命

赵涛

摘要：现如今，大型铝电解槽节能技术不断进步，其中电解槽的损坏问题也更多的引发关注。铝电解槽作为铝电解生产过程中的重要设施，其内部产生的系列物理与化学反应。虽然铝电解槽阴极内衬不跟电解产生反应，随之消耗，其在高热度与强腐蚀。强物理情况下，会受到诸多因素的影响，结果无奈的修整。从现在情况来讲，电解槽的使用期限通常在两千至两千五百天，少数大于两千五百天。然而，在整体修整的同时，大部分内衬原料需要拆卸，也会当做废弃物解决掉，这样做不但需要消耗大量的人力与资金，也会生成许多固体废物，因此探究大型铝电解槽在节能下槽寿命就十分的有必要。

关键词：大型铝电解槽;节能;槽寿命;

在大型电解槽高速发展的背景下，相关企业的生产与经济效率明显提升，因此，大型电解槽的槽寿命问题一直被重视。干扰铝电解槽寿命的因素有很多，其中，它的设计、内衬材料的选择、筑炉的品质、焙烧启动的方式、启动后期的管理，还有关于工艺控制、操作等方面是主要的原因。其损坏的位置往往发生在侧部与底部捣固糊漏炉，它们发生漏炉，必然是铝水与电解质渗入阴极碳块底部，沿着极钢棒渗漏，而在铝水进入至阴极钢棒，从而加快熔化钢棒，最终阴极钢棒熔化会出现漏炉。而电解铝的阴极内衬为碳块与炭化硅砌筑形成，其投入生產的时间长，内衬会产生磨损，最后造成停槽修整，基于此，务必针对上述原因加以重视。

一、节能和铝电解槽寿命关联

在早些年，我国电力价格持续上升，造成电解铝公司的成本持续提升，相反铝价格步步下调。面对此困境，大多数电解铝公司逐步开展节能降耗的行动，结果收获了欣喜的成果，即直流电耗持续减少。此外，在上述进程中，随着电解槽前期出现破损问题逐渐增加，最终加大了电解铝公司的费用投入。案例以500kA电解槽，其槽内衬大规模整修的费用在八十万上下，再算上停槽时段的电力空耗焙烧启动电耗、焙烧装炉费用、非正常期产铝损失等，大约金额在一百二十二万。而此槽的使用期限在三十年，核算出不一样槽龄使用期限的整修费用融入到公司的费用，如果电解槽不出问题的槽寿命在两千五百天，大约七年时间，其在使用期限内每年的修整费用大约在十七万每台。假设槽寿命在三年左右，其修整费用在四十万上下，依据国内平均电价0.33元/kw.h来核算，一台500KA电解槽要吨铝节电990kW.h就等于补足修整成本。更加严重的局面就是部分公司的电解槽只是使用一年上下就需修整，此要吨节能2900KW.h就可补足修整成本。因此，当前技术想要做好节能工作异常艰难。所以，电解铝公司消耗槽的使用周期，进而最大化追求节能，最终在经济上非常的吃亏。

二、大型铝电解槽内衬设计分析

2.1内衬结构设计分析

目前，电解槽的槽型持续提升，此过程中节能关键方式为内衬保温、技艺调整和抑制水平电流阴极节能技术等。然而，一旦电压降低，想要创建新的热平衡，需要靠调整内衬结构，使其减少槽散热来完成。比如：冶铝单位想强化底部保温，需在电解槽底部增厚陶瓷纤维板和硅酸钙板，想要保证阴极高度与防渗层厚度不动，保温砖需降低一层。毕竟保温效果的提升，致使电解槽在前期运转中获得了优良成效，随着使用周期的延长，几年之后炉底温度有迅速上升的趋势。调研数家使用节能方式实施保温设计的公司之后，槽底部钢板温度汇总，不一样铝厂强化底部保温之后的草地钢板温度。分析其成因，大家获取了内衬每个保温层上下外面温度来实施解析，结论为在仿真核算中电解槽底部温度是六十一摄氏度，在正常范围内，然而，硅酸钙板上外面温度上升至六百一摄氏度，其硅酸钙板当作低温区的保温材料其温度需把控在五百摄氏度之下。所以，伴随着使用周期的延长，长久位于中温区硅酸钙板渐渐消失，进而导致温度提升。此情况以干扰到槽热平稳性及其寿命。

然而，在无变动内衬结构时，其由上至下的顺序是陶瓷纤维板、硅酸钙板、保温砖、防渗料。随后统计每个保温层上下外面温度得出结论，保持电解槽底部温度恒定，硅酸钙板上外表面温度减少到四百多度，已达到安全使用区域。其陶瓷纤维板的上外面温度从两千多度降低至128℃，从而将系数平稳过渡。

2.2材料的选用

电解槽运转的使用周期进程中，大家都想要确保平稳的热平衡状态来操作。其就要将电解槽内衬材料在运转时最好不要产生变形，同时具备很强的抗钠蒸汽腐蚀的性能。此外，如何减少能耗，也要平稳与良好保温隔热性能，及其提温进程中的理化指标趋于平稳，进一步符合设计要求。此时的材料可最少的干扰电流效率，并且改善与减少工作电压，进一步实现减少能耗的目的。但是，经过相关试验与查看，目前现有的大部分内衬材料在抗高温与抗电解质渗入的试验中完全没有达标，其中部分材料却产生了变质与变形的问题。再有从实验结果来讲，内衬材料的质量务必引发设计者与单位的重点关注，想要低价购入内衬材料不但不可能降低投入成本，相反最后却大大提升了成本。再加上内衬材料本身质量参差不齐，也会造成设计者判断失误，最终给相关单位造成很大的经济损失。

三、铝电解槽结构设计

槽壳的关键作用就是盛放内衬砌体的容器，其设计时务必参照较强刚度与强度，从而避免内衬材料在高温下发生热应力与化学反应。然而，在实践中槽壳会遭受来自温度均匀性、内衬应力大小等的干扰，结果导致数个维度上出现变形情况。而对内衬造成破损非常强的变样状况首属槽壳起拱。而导致其结果关键原因就是在工艺进程中温度变动与槽结构不一样位置的温度差，导致槽壳材料变形造成区别化，此问题也是铝电解槽在焙烧启动时段与停槽进程中很轻易发生的问题，同时伴随着槽电流上升，越来越明显，其重点有两种类型：第一，在焙烧启动阶段早期发生上拱问题，槽长方向发生上拱问题，其数值一般在40至100mm。槽容量大小与上拱问题有直接关系。伴随着槽内铝液、电解质等液体数量上升，上拱数值慢慢变小，三十天过后有恢复原有状态。槽壳产生起拱问题之后，也会连动内衬产生变样，严重的情况会造成内衬全面的破损，并且有开裂现象，导致铝液外漏，缩短电解槽使用周期。第二，电解槽停槽之后，在冷却进程中两小面端往上起翘，也会长时间维持。一旦在操作中单纯砌筑内衬，而不理会修正，结果底部保温材料会因底板不平发生折断问题，进一步干扰保温能力。基于此，想要减少槽壳上拱针对内衬的干扰，槽壳结构不但确保原来刚度与强度之外，也需考量温差的变动。而确保槽壳均匀热片为最好的方式，并且在开启前期实施强制吹风更有助于减少槽壳温差。在将来设计槽壳过程中也可融入预应力装置，进一步避免上拱或者反拱问题。

四、电解槽筑炉施工过程中的干扰因素

第一，电解槽寿命受到工艺进程的干扰。针对铝液与电解质的渗漏，目前依然采取多层防御的方法，每层均是上层的后援，而筑炉进程中始终保持层层相扣，将每层各自展现出其作用效果，进而实现延长槽寿命的目标。第二，保温层与耐火层的摊铺。针对保温砖与耐火砖的要求：六面平直，砖块质检没有偏差。钢壳内底面与层面必须保持同一水平;砖层相互交错。达不到施工标准的结果就是开裂。第三，安装阴极钢棒。具体要求：炭块不可开裂;焙烧之后钢棒和炭块间隔需接触优良，界面间没有间隙。施工不达标的问题是：阴极压降高;渗电解质及其铝底部漏炉。第四，侧部砌筑。需要平直，侧部块没有缝隙;焙烧开启后，侧部块和钢壳界面确保优良，同时不断解除;将侧部块顶端和槽壳间隔的间隙密封;槽壳阴极钢棒窗口密封。有关损坏的因素为：空气氧化，电解质与铝液入侵，前期渗漏。第五，捣固施工。捣固糊制备的捣固体一定要密实与完整。一般有下述状况会发生层离风险，焙烧中或者开启生产之后很轻易发生开裂，造成损坏。然而，影响电解槽的槽寿命的因素，远远不止上述的几条，同时也跟熔体流速场、焙烧启动、后期生产管理等因素也有联系。

总结：

总之，针对近些年电解槽前期损坏及其槽寿命相关难题一一进行了全面解析，得出的结论为：第一，电解槽节能技术研发与使用的同时，需要重点关注槽寿命相关难题，其在设计與材料选用及其生产操作等步骤确保槽寿命不减少，才可收获节能技术产生的红利。第二，电解槽设计进程中，使用科学稳定的模拟分解技术，科学的实施结构与等温线设计，确保材料在安全状况下应用。第三，不管在设计还是施工时段，务必重点关注材料选用与质量把关，选用成熟、稳定、性能平稳的内衬材料。第四，筑炉施工质量管控要严密，改善焙烧启动和后期管理，防止前期的漏炉现象。总而言之，电解槽寿命干扰项非常多，牵涉到设计、材料、施工和生产管理，则要在每个步骤严密控制，尤其在电解槽节能技术的研发与使用的进程中，持续提高槽寿命，最终才可让单位获得可观的经济收入。

参考文献

[1]赵群，田永，谢刚.高效低耗长寿命铝电解槽的综合技术开发与应用[J].云南冶金.2013，（6）.31-33，49.

[2]韩华，丁立伟，彭建平，等.高效长寿电解槽的技术问题[J].有色矿冶，2006，（5）.

[3]徐治仪.240KA铝电解槽低电压综合节能技术的研究及应用[D].中南大学，2013.63.

中国铝业青海分公司