浅议大型预焙阳极电解槽工艺控制与早期破损

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【摘 要】本文从工艺技术条件的几个方面分析了大型预焙阳极电解槽早期破损的原因，从工艺技术条件合理控制方面介绍了预防大型预焙阳极电解槽早期破损的一些措施。

【关键词】热平衡；电压摆；槽温；分子比；炉膛；伸腿；炉帮

电解槽的寿命直接影响到电解铝企业的产量，质量和大修成本，是铝电解生产技术水平和管理水平的重要标志。槽寿命受槽型与结构，筑炉材料，扎固质量，焙烧启动方案及日常工艺控制技术条件操作质量影响。其寿命的长短主要为电解槽设计占5%―10%、材料的选择和筑炉质量占15%―20%、筑炉工艺和焙烧启动占20%―25%、电解工艺制度与日常操作占25%―30%。在生产过程中，由于工艺技术条件控制不合理而容易导致槽温波幅大、电解质成分失调、电解槽炉帮形成困难以及炉膛畸形等造成电解槽稳定性差，最终增大电解质和铝液对阴极内衬的侵蚀和冲刷，并产生相应的应力作用使槽体变形和内衬破损，形成早期破损。

1.大型预焙阳极电解槽早期破损的工艺控制原因分析

1.1铝水平控制不合理

铝水平是影响电解槽热平衡的重要因素，影响的结果直接反映在炉膛形状，投产以来出现电压摆时，没有通过对工艺技术的调整而是依靠调整阳极电流分布和提高铝水平来增加电解槽的稳定性，长期以来造成阳极电流分布紊乱无序和铝水平逐步升高，但电压摆的现象并没有因此得到遏制，反而部分电解槽在换极、出铝过程中频繁出现掉电压现象。原因是长期铝水平偏高，传导槽内热量多，导致炉底变冷，炉底状况恶化，电阻增加，通过炉底的热量减少，从而增加侧部散热压力，最终造成侧部炉帮减薄，增大水平电流分量，促使伸腿肥大、炉底上涨，同时在磁场作用下产生强大的推力，加速铝液和电解质的循环运动对炉帮的冲刷，从而进一步消耗炉帮，形成侧部早期破损。

1.2电解质水平控制不合理

电解质水平过高或过低的部分电解槽没有采取及时调整，一方面过低的电解质水平造成溶解氧化铝的能力降低从而加剧炉底上涨，恶化炉膛。另一方面由于电解质水平偏高造成水平电流增大，增加了对上口炉帮的熔化和冲刷，导致槽壳发红。

1.3电解温度波动大

电解温度是铝电解生产中一个十分重要的技术条件，它的平稳与否不仅对电流效率有影响，而且对槽寿命的影响极大。槽温波动大导致槽壳温度升高甚至发红，被迫采取高压风冷却等非常规措施；加大电解槽内衬的热冲击，使内衬中产生的热应力和内应力得不到平衡释放而使阴极底部碳块膨胀隆起，引起阴极电流分布不均匀，导致电解槽局部过热，使阴极底部碳块内部组织和阴极方钢发生体积膨胀而产生破裂，加速铝液和电解质液的渗透，从而造成炉底破损。

造成槽温波动大的原因主要有以下两个方面：

1.3.1 影响槽温持续升高的因素：

1.3.1.1 效应受控率低且效应电压摆动大是造成槽温升高的原因之一。

1.3.1.2 长期电压波动是导致槽温高居不下的原因。

1.3.1.3 电解槽内长期富集大量炭渣是造成槽温持续升高的原因。

1.3.2 导致槽温呈直线下降的原因：

导致槽温直线下降的原因主要是由于我们在温度的调整上没有充分分析槽温升高的因素，而一味采取增大ALF3添加量的办法将槽温强制拉回可控区，由于大型预焙阳极电解槽槽容量大，电解槽的滞后性很强，导致持续添加的过量ALF3待一段时间后使槽温呈直线下降，这不仅扩大了对电解槽的循环恶化，而且也违背了“快升慢降” 的调整原则。

1.4电解质分子比过低

分子比过低，不仅不利于炉帮的形成，而且电解质溶解氧化铝的能力减弱，容易造成炉底沉淀，恶化炉膛。在铝电解生产中造成电解质分子比过低的原因：

1.4.1 由于槽况长期不稳定，电解质溶解氧化铝的能力减弱造成大量炉底沉淀使炉底呈上涨趋势，在炉底上涨过程中电解质中的碱性物质（Na+）发生偏析，导致电解质分子比下降。

1.4.2 电解槽内炭渣多且分离不好时 ，导致电解质电阻增大，槽温升高而添加过量ALF3造成分子比下降。

1.4.3 因电解槽长期电压波动、阳极效应受控率低等因素造成的电解温度升高而添加过量ALF3来调整槽温的同时也降低了电解质的分子比。

2.生产过程中长期电压摆对槽寿命的影响

电压摆是铝电解生产中由于阳极、炉膛、槽温或铝液水平等因素处于不良状态时，电解槽内的熔体受到内外作用力（电磁力、气泡运动产生的浮升力、温差浮升力、熔体自身重力）的影响，诱使铝液界面与垂直磁场作用造成局部铝液旋转导致其上下波动过大而引起局部极距的变化，使槽电压呈周期性波动的一种现象[1]。它直接影响到电解槽的电流效率和计算机控制程序的正常监控以及槽况的稳定进而影响电解槽寿命。

投产以来部分电解槽出现了不同程度的电压摆，主要表现在换极、出铝、抬母线等作业后电压摆的现象增多。使槽电压不能按设定电压保持，长此以往，电解质过热度增大，电耗显著增加， 电流效率难以保证，最终打破电解槽的热平衡和物料平衡，使生产工艺技术条件遭到严重破坏，导致电解槽的两水平、温度、分子比波动大，电解槽长期无炉帮，炉底温度升高，使电解槽长期在“长沉淀、长伸腿或结壳化沉淀、伸腿或结壳”过程中恶性循环。

3.生产过程中阳极效应频繁对槽寿命的影响

投产以来，由于氧化铝供送过程存在偏析和炉膛的不规整导致阳极效应系数一直高居不下且效应电压摆幅严重，造成槽温波动大，使电解质过热度增加而熔化炉帮；同时由于效应时电压摆动大，加速电解槽内熔体的循环流动，一方面加速炉底上涨；另一方面加速对侧部炉帮或侧部炭块的冲刷，从而减薄或加大侧部炭块的机械损耗，导致电解槽早期破损。

4.大型预焙阳极电解槽正常生产过程早期破损的预防

4.1控制相对稳定的电解工艺

控制相对稳定的电解工艺，简而言之就是对电解槽的工艺技术条件变化控制到最小化，提高电解槽的自调能力和抵御抗外界干扰能力。

4.2控制合理的铝水平

铝水平是支配电解槽散热的重要因素，也是调整热平衡重要的手段，是炉膛形状和炉底洁净情况的综合反映。铝水平过高过低对电解生产都不利，若长时间铝水保持较高，不仅增大电解槽的散热，氧化铝溶解不良，沉淀增加，突发效应多，而且严重时易使阳极电流分布发生偏流，伸腿增大，电压大幅度波动[2]。因此，铝水平的保持原则是只要能满足平静槽内铝液层，使垂直电流分布趋于均匀，水平电流趋于最小，对电解温度起到衡温作用即可。

控制原则是：（1）稳定出铝量，杜绝出铝大幅波动，减少对电解槽的干扰；（2）充分利用计算机控制系统结合槽况分析电解槽的电流效率来决定出铝量，做到“产出多少就出多少”。

4.3保持合理的电解温度

电解温度是技术条件之间、技术条件和操作方法之间搭配优劣程度的综合反映，不能对其单独调节，应与其它技术条件和相应的操作方法相互配合来实现[3]。电解质温度过高会降低电流效率，并能熔化炉膛，增大水平电流分量；电解温度过低电解质密度增大，粘度增加，阳极气体不易排出，伸腿增大，电解质溶解氧化铝的能力降低，阳极效应系数增大，炉底沉淀增多。

4.4规范电解操作管理

4.4.1 提高天车工开口质量，减少对侧部炉帮的破坏和阳极中缝面壳大量落入槽内造成对电解槽的干扰。

4.4.2 提高换极质量，减少极上浮料的投入和对电解槽干扰。

4.4.3 加强炭渣的打捞，降低电解质电阻，减少二次反应的发生。

5.结束语

300kA电解槽早期破损的原因除了受电解槽设计和焙烧启动因素的影响外，更多的还受工艺技术条件控制的影响，工艺技术条件的好坏是电解槽长寿命的重要保障。科学合理的操作制度和工艺参数，将会保障电解槽高效，平稳运行，避免人为的造成电解槽早期破损，有效的提高槽寿命，提高企业经济效益。

参考文献：

[1] 邱竹贤.预焙槽炼铝.冶金工业出版社，2005.

[2] 殷恩生. 160kA中心下料预焙铝电解槽生产工艺及管理[M].中南工业大学出版社，1997.

[3] 邱竹贤.铝电解原理与应用.中国矿业大学出版社，1998.