铝电解槽侧部炭块损耗原因与修补方法浅探
乔 颖
(中铝公司青海分公司第一电解厂,青海 大通 810108)
摘 要:介绍了160 kA 中间下料大型预焙槽侧部碳块破损后,轻易造成槽炉帮发红、甚至侧部钢窗被击穿漏铝等生产事故,以及对其进行修复补救的方法。电解槽侧部碳块修补后,有利于重新规整炉膛、减小槽内铝液的水平电流、提高电流效率、杜绝槽炉帮发红和侧部钢窗击穿,有效延长槽寿命。该方法操作简单、投资少、见效快,具有显著的经济效益。
中铝公司青海分公司第一、二电解厂的系列电解槽技术是20 世纪70 年代末期由日本引进技术的翻版和改进。自1987 年12 月第一电解厂首批电解槽通电投产、1992 年12 月第二电解厂电解槽陆续启动投产以来,各项经济技术指标保持了稳定的发展,对电解槽的生产治理也积累了大量的经验。但由于160 kA 预焙电解槽在设计中的先天不足和缺陷,在生产实践中发现该型槽侧部散热不良、侧部碳块易损耗,造成槽生产后期经常性的炉帮发红,甚至侧部钢窗被击穿漏铝等严重生产事故。不但影响电流效率,而且影响槽寿命。根据多年的生产实践经验,针对电解槽侧部碳块维护和侧部碳块损耗后如何进行修补,总结出了一套行之有效的方法,并就此对实际生产中的影响进行探讨。
1 160 kA 预焙电解槽特征
1. 1 160 kA 预焙电解槽布局安装特点
现代160 kA 的大型预焙电解槽都是采用的横向排列前后两端进电。阴极槽体的槽壳带底板和加固底板的型钢安装在水泥墩子上,系二层楼结构。相邻槽体的槽沿相距120 cm ,其间用焊接成栅状的钢筋条铺就,作为人行和工作通道。这样的布局安装首先可以节省投资,并通过母线配置和阳极立柱母线的数量、位置产生的较大挠度来补偿有害磁场,减小磁场对铝液波动的影响;其次是有利于厂房通
风和电解槽侧部散热,方便停槽和维修。缺点是槽体的热损失量增多。
1. 2 预焙槽阴极结构
现代预焙铝电解槽在槽膛底部有一层阴极碳块,厚约40～50 cm ,阴极碳块下面是耐火砖和保温砖,保温砖下铺就一层氧化铝粉。阴极碳块之间的缝隙用碳糊捣固填充。在槽膛侧壁有一层碳块(侧部碳块) ,侧部碳块的内壁上用碳糊捣固成斜坡构成人造伸腿,用来保护侧部碳块和收缩铝液镜面。理论上侧部碳块是不发生电解过程的。160 kA 中间下料预焙槽的内衬和保温绝热结构见图1 。
2 侧部碳块损耗原因
在铝电解中,理论上阴极碳块和侧部碳块是不发生化学反应的,但实际上阴极内衬很少能达到10年以上。对于侧部碳块而言,影响其寿命的主要因
素有:
⑴电解槽侧部散热不良。较高的槽侧部温度,使电解质不能有效地凝聚在侧部碳块上形成伸腿结壳。伸腿结壳能防止化学和电化学反应的腐蚀作用和物理侵蚀,非凡是在熔融电解质区和熔铝区均存在这两种腐蚀作用。侧壁结壳的不足引起的腐蚀导致侧碳被腐蚀穿孔,最终引起槽壳发红、熔化、漏铝。
⑵钠的渗透。在铝电解过程中,有少量的钠生成,钠通过扩散渗透进碳块,形成碳钠化合物,使碳块的体积膨胀而变酥松,电解质和铝液侵入造成碳块的破损。
⑶物理机械的破坏。由于侧部散热不良,槽侧部温度较高,使电解槽不能形成好的侧部炉帮,引起的边部加工频繁和方法的不当,会对侧部碳块造成机械破坏而损耗。
电解槽的钢壳结构及摇篮架侧部的设计缺陷,不利于通风散热。而电解槽侧部的散热不良,是造成侧部碳块早期破损和损耗的主要原因。图2 所示是我公司160 kA 预焙槽侧部钢结构。
这种侧部钢结构的电解槽,正常生产时侧部钢板温度高达200 ℃。当电解质温度较高或者发生阳极效应后,侧部钢板温度更是高达300 ℃以上。这样高的温度,使侧部碳块长期不能形成槽侧部结壳,加速了侧部碳块的损耗。
3 侧部碳块的修补
电解槽侧部碳块的破损,在1200 d 以上的电解槽中常见。侧部碳块破损或局部损耗殆尽后,电解质和铝液会与槽钢壳直接接触,致使该处的槽钢壳经常发红,稍一疏忽就会造成钢壳熔化被击穿漏铝的生产事故。根据多年的生产实践经验,总结出用碳糊重新扎固侧部碳块破损部位,延长电解槽寿命的行之有效的方法。具体做法如下:
⑴把侧碳破损部位大面炉帮加氧化铝碎块,由多功能天车打壳机贴槽钢壳砸实炉帮。需要注重的是砸时不要太靠近阳极,以免阳极长包影响电解槽的正常运行。这样做的目的是隔断液态电解质和铝液与槽钢壳的接触。
⑵用风镐把破损的残留侧碳和氧化铝料块沿槽钢壳刨出,深度约50～60 cm ,宽度约15 cm ,长度视侧碳破损多少而定,一般不宜超过60 cm。
⑶把预热至100 ℃左右的碳糊分批加入刨出的坑内,同时用捣固器一层一层扎固。随着扎固的进行,要看到捣固锤下的糊越来越软,表面平整无裂纹。扎固到与原来的侧碳高度相仿即可。
4 实践应用效果
在生产实践中,180 # 电解槽槽龄1200 余天时,A、B 两侧侧碳多处破损,经常性地槽壳发红,并且由于没有规整的炉膛,槽况不稳,极大影响了电解槽的正常生产。在经过先后4 次修补破损部位的侧碳后,该槽运行趋于稳定,基本杜绝了槽壳发红的现象。至停槽时延长槽寿命400 余天,经济效益显著。此外,184 # 电解槽槽龄1100 多天时,A 侧第10 组阳极位置处由于侧碳损耗怠尽,在阳极效应后发生
了槽壳发红并熔化漏铝的事故。经过用上述方法修补,现在槽龄1600 余天,生产仍然正常。
5 结 语
目前,国内有相当数量的150～180 kA 系列电解槽在运行,这些槽型都普遍存在侧部碳块的破损和损耗等常见问题,由此造成的侧部渗漏缩短槽寿命,经济损失十分巨大。虽然改进槽型设计和新内衬材料的研究使用,可以避免或减少侧部渗漏,但本文介绍的就当前运行槽的侧炭修补方法,不影响电解槽的正常生产,而且投资少、操作简单,能够有效地延长电解槽寿命,有着显著的经济效益。
