谈如何延长铝电解槽使用寿命
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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。
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