浅谈铝电解槽改造以及内衬破损原因

【摘要】本文首先对现今铝电解槽的使用和改造情况进行了基本概述，随后就电解槽改造途径进行了相关探讨，最后对技改电解槽典型的内衬破损状况和原因给予了一定的分析。

【关键词】铝电解槽;改造途径;破损原因

0.引言

现代铝电解槽改造从哪些方面着手，早期破损槽中存在的设计、施工质量、焙烧启动等问题，可以给改造的过程指引一个方向，这一直是我们关注的重点。所以要认真探索电解槽改造途径，进而有效实现延长槽寿命达到节能减排，增加效益的目的。

1.铝电解槽现状

二十世纪八十年代，因为国家提出的“优先发展铝”方针，使我国的电解铝工业得到了迅猛的发展。2000年，全国电解铝厂约130家，相当于世界其它所有国家的电解铝厂数量。2007年，我国电解铝产量已达到1318万吨，居世界首位，同时，电解铝技术取得了很大的突破。在大型预焙阳极电解槽的设计、制造和生产技术等领域有了自身的大型铝电解技术体系，目前300KA至400KA以上的铝电解槽技术已经成熟，达到国际先进水平，得到了普遍的应用。

大型铝电解槽投入生产，紧随而来的是而关于电解槽寿命问题，在160KA电解槽时期，整体槽寿命就比国外电解槽寿命短，如今该难题尚且存在。铝电解生产中，影响铝电解槽寿命的原因无非就是以下几点：即结构设计，槽内衬材料，筑炉和施工质量的问题，也有焙烧启动的方式、方法问题，更有电解槽早期管理和工艺要求问题。上述各个环节以及在此过程中的优劣，都会对槽寿命造成重大影响。多年前，我国电解铝厂从国外引进了铝电解槽焦粒焙烧干法启动技术，将落后的铝液焙烧技术取代了。虽然焦粒焙烧并不是我国的知识产权技术，但是对于我国的电解铝厂而言应该算得上是技术上的进步。此外，应用铝电解槽焙烧技术，槽寿命并无显著提高。最早使用焦粒焙烧技术的是白银铝厂，而电解槽的寿命海上徘徊在1500天左右。这样不难看出，就目前国内电解铝厂而言，单单用焦粒焙烧干法来启动的方式，想达到提高铝电解槽的寿命的要求是不太现实的。另一方面也证实提高电解槽寿命是一个长期的、复杂的工程。而不光是在石墨化和半石墨化的阴极炭块、硼化钛阴极涂层等技术使用上思考。这些方法对电解槽的寿命改善有好处，但并不是根本措施。

综上所述，我国铝电解槽在大型化的过程中如果需要进行改造，提高设备使用年限和生产效率，就应该从槽的结构设计，内衬材料，筑炉和施工质量，焙烧启动的方式、方法以及启动后早期管理和工艺要求等各个方面上去研究、去改进、去提高。

2.电解槽改造途径

2.1石墨化阴极的应用

阴极炭块是铝电解槽阴极结构的主要组成部分，在铝电解生产中起着阴极导电体的作用。其质量直接影响着电解槽的使用寿命和电能消耗，因此国际铝业界十分重视高质量阴极炭块的应用。这些年，国内也参考和学习国外经验和技术，在阴极碳块方面加大了投入，科研上有了实质性的进展，取得了一定的成效，缩小了与国外的差距。阴极碳块电阻率的高低，决定了炉底压降的多少；阴极结构的差异，也直接影响运行中槽况的稳定，总之，阴极状况能直接反映电解槽的电耗水平。研究和开发节能、长寿型阴极碳块的意义是很明显的。

全石墨化阴极良好的导电性、导热性、抗腐蚀性、抗热冲击、抗震性，该类电解槽具有以下优点：

(1)抗热震性好，钠膨胀或电解膨胀率很小，故热冲击和钠侵蚀不构成主要威胁。

(2)利用全石墨化阴极可大幅度强化电流，提高产能和延长槽寿命。河南万基铝业二分厂15万吨电解槽采用全石墨化阴极后电流从300kA逐步强化至335kA，2007年完成铝锭产量18.36万吨，增加产值3.3万吨，节约投资约2亿元以上。

(3)电解槽在使用石墨化阴极之后，可以强化电流，提高电流效率，达到增产节能的目的，电解槽运行也更稳定，而且这种效果随电解槽槽型越大越明显。而且全石墨化炭块的性能均匀，早期局部破损率低。

2.2优化工艺控制，改善槽平衡

电解铝行业，通过控制好电解槽的热平衡和物料平衡，取得好的技术经济指标和电解槽性能，才能达到理想的效益。电解槽的热平衡是通过凋整电解槽的极距、能量输入来实现的。而电解槽的物料平衡是通过对氧化铝和AlF3的合理加料制度来实现,当然物料平衡以及热平衡直接是相互配合，相互关联的。控制电解槽物料平衡稳定(AlF3和Al2O3加料成份稳定)以及热平衡稳定(温度的稳定)是能够通过电解质初晶温度以及过热度的工艺控制来实现。除了浓度控制以及Al2O3加料的软件以外，现今已使用能够稳定地控制电解槽电解质分子比、电解温度的计算机控制软件。该软件监控着初晶温度下限、初晶温度上限和过热度。当然也可以分为初晶温度下限，初晶温度上限，电解温度下限，电解温度上限和过热度。而最终的目的是达到电解质成份的稳定和电解温度的稳定。电解槽热平衡和物料平衡状态的稳定对电解槽寿命是一个很好的帮助，也是我们寻求改造的一个途径。

3.改造过程中电解槽内衬破损分析

广西来宾银海铝业有限责任公司330KA系列铝电解槽虽然才建成投产4年左右的时间，在电解槽技改之路上已取得了很大的成绩。其镶嵌式异型阴极电解槽的异型阳极发明、大型异形阴极铝电解槽焙烧启动方法应用和铝电解阳极极上料自动加料装置等都取得了国家专利。当然创新的过程中，电解槽内衬方面还是存在许多问题的，诸如以下几点：

3.1自行设计并投入使用的异型侧部碳块（原侧部和伸腿结构上进行整合），在使用过程中缺乏完善的配套管理工艺

参考电解槽内衬热平衡设计的基本原则，初期电解槽要求在侧部能迅速形成一定厚度和形状的凝固电解质保护层，因为迄今没有任何材料能长时间经受电解质和铝的联合腐蚀，都必须借助于凝固电解质层(即槽帮)的保护。而来铝异型侧块，相较老工艺侧块而言，其一采用普通碳素材质，比起氮碳化硅复合块就存在材质上的劣势；在内衬应力方面，整体侧块槽因其结构更加紧凑，少了周围糊伸腿的缓冲，热膨胀和钠渗透所引起的膨胀更容易产生，进而导致早期漏炉和大修槽阴极隆起的现象较多。其二，工艺操作和管理上需进一步的总结和完善，这样才能减少侧块被侵蚀断裂的情况发生。

3.2异型阴极的使用和改造

异型阴极的广泛使用，其可以规整电流，高材质炭块的腐蚀速率明显比较低，同一技术条件下使用寿命长。但是在使用异型阴极的时候，要全面考虑整槽结构和设计，考虑多项平衡原理。

4.结束语

通过创新改造，延长铝电解槽寿命可获得显著的经济效益和环保效益，近年来铝行业对槽寿命一直有着这样的说法，即2000天以上可以接受，3000天以上是基本要求，6000天以上是奋斗目标。本文对过对电解槽现状，引出电解槽改造途径，同时也在改造过程中的破损情况进行分析，希望能对业界同仁有所帮助。

【参考文献】

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