铝电解槽阴极内衬施工工艺改进

摘 要： 通过对铝电解槽内衬易损部位的分析与探讨，对铝电解槽阴极内衬一些改进的施工工艺进行了介绍。

关键词： 电解槽；阴极内衬；施工

中图分类号： TB

文献标识码： A

文章编号： 16723198（2013）06017302

0 前言

铝电解槽以冰晶石和氧化铝熔体作为电解质，以炭素材料作为两极，直流电经阳极导入电解液和铝液层，而后从阴极流出，直流电在电极间产生热能并保持正常的电解温度900℃～950℃，使冰晶石和氧化铝熔融体变成离子状态，完成电化学反应，在阴极上析出液态金属铝。电解槽的阴极内衬既是析出铝液的贮存之处，又是电解过程的导体，这就要求阴极材料必须既具有良好的导电性，又具有较强抵抗熔融盐和金属铝液侵蚀的能力，为此，电解槽的阴极内衬主要以炭素材料为主，如：用半石墨质阴极炭块作为槽底的主要组成部分，施工过程中既要考虑到导电性即尽可能降低阴极砌体的电阻值，增强导电性能，又要考虑到砌体的致密性，增强砌体抗侵蚀性与抗渗透性。

1 铝电解槽阴极内衬施工工艺介绍

铝电解槽阴极内衬施工工艺流程如图1所示。

由图1可以看出，电解槽的内衬施工工序较多，再加上电解槽的改造一般是成批进行，从客观上要求阴极内衬的施工必须“流水线”进行，而“流水线”作业的一大特点就是上下工序制约较强，一环紧扣一环，只要中间某一道工序不能顺利进行，就会导致下道工序的停工，从而造成延误工期与劳动力的闲置。

2 铝电解槽阴极内衬渗铝状况与分析

铝电解槽阴极内衬的受损程度直接影响到铝电解槽生产是否正常，电解槽的停产检修大部分与阴极内衬破损、槽底渗铝、槽底隆起、铝液铁含量上升等因素有关，停产检修主要是进行阴极内衬的检修。在某铝厂大量铝电解槽阴极内衬拆除过程中发现，铝液渗透主要分布在以下部位：（1）阴极窗口部位，这主要是阴极钢棒融化，铝液从阴极窗口渗出；（2）阴极炭块内，这主要是阴极炭块组开裂，铝液往下渗透，出现阴极炭块内夹杂铝液；（3）侧部炭块后部，这主要是铝液经不严密的侧部炭块之间的缝隙渗透到侧部炭块后部；（4）底糊内，这主要是底糊出现夹层，铝液直接渗透到致密性差的夹层内；（5）干式防渗料表面或干式防渗料内部，在阴极炭块组开裂后，铝液沿着裂缝往下渗透，直至干式防渗料表面，干式防渗料与铝液反应生成一种致密的化合物，阻止铝液的进一步往下渗透，但是如果干式防渗料捣打不均匀密实，铝液沿着干式防渗料的薄弱部位继续往下渗透，从而出现有的铝液只渗透到干式防渗料表面，有的直接渗透到干式防渗料内部的现象。

事实上，铝液渗透的原因是复杂与多方面的，上面主要是为了改进与优化阴极内衬施工工艺，提高阴极内衬施工质量，降低铝液渗透，延长内衬使用寿命，从内衬施工角度出发对铝液渗透的原因进行的分析。根据分析结果，我们对以下施工工艺进行了优化与改进：（1）阴极炭块组的组装与安装过程的优化，旨在提高阴极炭块组的组装质量，降低阴极炭块组的接触电阻，降低电压降，延长阴极炭块组的使用寿命；（2）侧部炭块砌筑的优化，旨在提高侧部炭块的砌筑质量，尤其是灰缝的施工质量，降低侧部炭块缝隙铝液的渗透；（3）底糊施工工艺的规范化，旨在提高底糊施工质量，防止出现底糊夹层与捣打不均现象的发生，确保底糊捣打均匀密实，降低铝液渗透；（4）干式防渗料施工工艺的规范，干式防渗料是一种新型材料，必须制定出一套新工艺，确保干式防渗料的施工质量，达到干式防渗料真正起到防止铝液进一步往下渗透的作用。

3 阴极内衬各施工工艺的优化与改进

3.1 阴极炭块组钢棒的除锈

传统的除锈方法是采用喷砂法与钢丝刷等机械除锈，其弊端有：操作环境恶劣，除锈效果不佳，一次性投资大；现采用酸洗除锈，其优点有：改善了工作环境，降低一次性投资，大大提高了除锈的效率与效果，两种不同除锈方法组装成的阴极炭块组的冷态电阻值对比情况见表1。

3.2 阴极炭块组的组装过程

阴极炭块组组装过程中，加热环节主要有阴极钢棒的预热、阴极炭块组的预热、钢棒糊的预热等。传统的施工工艺过程中，钢棒采用加热炉、炭块组采用电阻丝、钢棒糊采用人工加热，加热成本高，作业环境差。结合施工特点与作业环境，钢棒与炭块的预热均采用电阻丝，钢棒糊采用自动温控的混捏锅，有效的改善了工作环境同时也保证了热加温度。阴极炭块组的组装过程简述如下：

首先用碘钨灯加热罩预热阴极炭块，待阴极炭块燕尾槽内表面的温度符合操作要求后（70±10℃），在燕尾槽内一次性均匀的铺上加热好的钢棒糊（50±10℃），接着用捣固枪捣打密实平整，然后把已加热好的钢棒（70±10℃）放在平实的钢棒糊上面，并调整固定到规范、设计要求的位置，接着在钢棒两侧填入钢棒糊，两侧交替捣打，每次铺料厚度30mm，压实至20mm，最后在钢棒上面一次性铺上适量的钢棒糊，捣打至与阴极炭块表面平齐为准。

3.3 阴极炭块组的安装

阴极炭块组安装过程之前先采用μΩ-I型铝电解槽阴极冷态电阻测量仪测出各阴极炭块组的接触电阻，然后按照相邻阴极炭块组压降

阴极炭块组的的整个安装过程中，吊装是关键过程，如果吊装不稳，非常容易导致阴极钢棒松动，造成返工处理。在传统吊装过程中，钢丝绳直接与阴极钢棒接触，吊装不稳，容易产生阴极钢棒的松动，同时吊装过程通过两个电动葫芦进行调整阴极炭块组的倾斜角度，安装过程缓慢。为此对吊装过程进行了改进，设计了一种钢丝绳套，采用该绳套后，吊装过程中避免了钢丝绳直接与阴极钢棒接触，并且通过调整钢丝绳套左右长度，轻松快速的完成阴极炭块组倾斜角度的调整。与传统的吊运方式相比，具有操作性强、经济性高、质量稳定、安全可靠等特点，基本避免了因吊装导致阴极钢棒松劲的现象。如图2、图3所示（注：经过近5000块底块组的吊装，其安全性是可靠的，没有发生过一次打滑现象）。

3.4 槽底预热

在槽底加热之前应先用压缩空气进行吹风清扫，清扫完毕后把专用的电加热片放入各炭块组之间的立缝内及四周（共16组，每组功率约3.5kW）上部用盖子进行覆盖保温，大约加热2h即可达到所需的温度（40℃～45℃）。

3.5 底糊加热

用混捏锅代替原先的人工抄糊，既改善了工作环境，又降低了劳动强度，同时还提高了加热质量，具体操作如下：首先把冷料倒入混涅锅内（400L的混涅锅每次可装240kg）稍待片刻（根据气温及糊料的软化点而定）即可起动转动装置，再过3～4min可以出料至保温箱内，运至将扎糊的电解槽两侧备用。

4 结束语

本文主要总结了某铝厂电解槽阴极内衬的施工过程，文中所采用的方法与措施简单实用，与一些传统施工方法相比具有一定的先进性。如钢棒的酸洗除锈、简易有效的阴极炭块组的吊装工艺、自动化程度高的混捏锅的使用等，在节省劳动力，改善作业环境，降低施工成本，缩短工期等方面的效果非常明显。同时因除锈效果佳，降低了阴极炭块组的冷态电阻值；因阴极炭块组安装过程中基本避免了钢棒松动现象，减少了作业人数与返工次数，降低了成本，降低了安全隐患。文中提到的施工工艺在某铝厂电解槽技改工程中得到了应用，目前各电解槽生产状况良好，具有一定的推广价值。

参考文献

[1] 筑炉工程手册[M].武汉：冶金工业出版社，2007，（1）.

[2]工业炉砌筑工程施工及验收规范（GB 502112004）[S].

[3]工业炉砌筑工程质量验收规范（GB 503092007）[S].