400KA电解槽破损原因分析及改进措施

400KA电解槽破损原因分析及改进措施

崔希忠

滨州北海汇宏新材料有限公司 山东省滨州市 251907

摘要：介绍了400KA槽早期破损原因分析及改进措施---边部空腔装炉焦粒方式，控制升温速度及均匀性达到减少局部过热造成早期破损的目的。

关键词：400KA槽　空腔装炉　拆分流器　焙烧时间　铝水平

公司400KA槽投产早期，该槽型认识程度低，未针对性制定相适应的焙烧启动要求，造成电解槽早期破损严重。为吸取教训总结不足，焙烧启动及正常生产技术条件调整后，后期启动槽及大修槽早期破损明显好转，现对早期破损原因分析总结。

槽型设计、筑炉材料质量、施工质量、焙烧启动、启动后期管理以及正常生产管理等是影响槽寿命的主要因素。施工完成后电解槽的设计、施工及材料质量无法改变，只有从生产管理方面加强管控提高槽寿命，现从焙烧启动及后期管理方面分析。

一、电解槽焙烧

400KA槽焙烧采用焦粒焙烧，焙烧96-120小时，24小时或电压低于3.5V后拆卸分流器。

焙烧过程存在阳极电流分布不均局部过热情况，个别槽焙烧第五天未抬阳极前炉底温度升高。经分析焙烧时温度上升过快，阳极电流分布不均局部过烧严重，超过阴极碳块本身焙烧温度产生内部裂纹，是升高的主要原因。误区如下：1、焙烧目的认识不够，主观认为焙烧槽电解质溶化好、电解质量大，中缝电解质高度足够焙烧质量才好，实际操作中焙烧槽阳极电流分布不均易产生局部过热，人工打料才会使电解质量较大，反之电流分布均匀槽温度均匀其溶化电解质量小。2、焙烧最终温度认识不够，认为中缝温度不到950度以上不具备启动条件，实际阳极底掌下部温度才是焙烧温度，中缝温度900度时，下部温度已接近1000度，焙烧后期温度不高但存在液体电解质即可证明，达到电解质的溶点才能溶化，对408#槽焙烧第三天温度测量，大面阳极达450度时，中缝阳极已接近1000度，说明焙烧过程中最高温度在阳极底掌下面（靠近中缝处更高），其次中缝侧面温度，再次边部阳极侧面温度。焙烧终点温度的控制是避免过烧的关键。

改进措施：

　　1、调整拆分流器的时间降低升温速度。通过多台槽测量跟踪，依槽内升温速度来调整拆分流器的时间，最终确定焙烧60小时之间拆分流器。好处：控制升温速度，避免升温过快；拆分流器后电流分布易偏流，通过延长拆卸时间缩短拆分流器后电流分布不均的时间，避免局部过热。

2、缩短焙烧时间，由焙烧五天改为三天，控制焙烧终点温度。在阳极底掌安装热电偶进行测量，温度达到900-1000度之间，满足阴极焙烧的温度要求。

二、电解槽启动

存在的问题：抬阳极后电压过高物料溶化过快，启动后期为使碳渣分离良好，造成温度过高，槽壳及内衬的热变形较大。除此以外，由于启动初期无液体铝水，灌铝用添加铝锭的方式进行，电解槽长期铝水偏低，添加冷料对炉底的热冲击过大，对阴极破损有一定影响。启动后三个月内出现人造伸腿脱层情况，为早期破损尤其是阴极钢棒渗铝埋下了隐患。

改进措施：

1、调整装炉方式，起初为实腔装炉，中缝及边部全部用物料填充。焦粒焙烧的缺点是人造伸腿效果差（电流分布不均，阳极底掌与阴极接触处温度过高），灌入高温电解质后对人造伸腿的热冲击大。在吸取燃气焙烧对人造伸腿焙烧好的原理上，边部用空腔装炉、中缝半空腔装炉，边部空腔装炉使边部人造伸腿的焦化通过阳极自身发热造成（辐射、对流、传导）三种方式焙烧，利于各部位温度均匀，中缝半空腔装炉，启动时中缝贯通便于灌电解质。采用陶瓷纤维板做隔热层，起到很好的保温作用。前提条件是启动时需灌入足量电解质，最少约8吨。

2、在启动过程中应注意以下几点：①启动后电压严格控制在8V甚至7V以下，通过控制电压使启动后缓慢升温。对空腔装炉、焙烧三天的408槽测量，伸腿温度为320度，边部阳极450度，中缝阳极近1000度，充分说明在启动初期人造伸腿的焦化工作已经完成，若启动初期温度上升过快会使人造伸腿快速收缩，出现裂纹。②启动后期最高温度不超过1050度，温度满足要求但碳渣分离不好时，灌铝后打捞碳渣，在电解槽破损与碳渣打捞之间要分清轻重。启动时注意槽内温度升温情况，焙烧期间中缝温度高，边部温度低，启动时闷料提高温度易造成温度走极端，中缝温度高、导电好，更易温度过高。边部升温慢碳渣分离差，加强中缝打料工作，降低中缝温度，让电流走边部，使槽内升温均匀。③启动后灌入电解质充足，尽可能拉大极距，避免阳极底掌与阴极发生电弧反应，过热损伤阴极。作用主要是通过拉开阴阳极距离灌入电解质使炉底各点温度均匀。④灌铝前测量摇篮架上抬量，判断电解槽是否存在过热变形严重情况。⑤启动后20-24小时灌铝，分三次灌完。原先启动后12小时灌铝一次性灌完，在槽温最高时灌入铝量过大，过热向过冷转变，温差过大损伤内衬。采取低温焙烧，延长灌铝时间弥补槽热量不足，分次灌铝，槽温从最高温度缓慢下降，避免槽温骤降波动过大出现极热极冷。

三、启动后期

启动后期管理是技术条件从启动到正常生产过渡，技术条件（电压、分子比、铝水平等）缓慢、平稳过渡是关键。启动后期管理阶段技术条件的控制重点是铝水平控制及分子比调整。

铝水平控制一个槽型适合多少铝水平由槽内衬设计决定，内衬为保温型设计应为偏高铝水平，内衬为散热型设计应为偏低铝水平。在400KA槽控制初期，没有从槽型设计方面分析铝水平控制，根据经验主义按316KA槽控制导致炉底过热。316KA槽内衬为：50mm硅酸钙板、65mm两层保温砖、防渗料；400KA槽内衬：90mm硅酸钙板、50mm陶瓷纤维板、65mm一层保温砖、防渗料，其中陶瓷纤维板保温系数0.28，保温砖保温系数0.6，保温效果后者明显优于前者。下图为设计院提供400KA槽内衬等温线：

槽内衬设计应达到的原则性目标：

①阴极炭块底部温度高于初晶温度，800℃等温线位于耐火材料层内。②侧部炉帮（包括伸腿）形状合理炉帮要陡。③侧部等温线要陡、直，底部等温线要平、直。如图，800度等温线偏下处于保温砖层，炉底保温较好。

由于内衬设计了解不够，400KA槽一期投产后铝水平偏低，长时间保持18-20CM，炉底散热小、温度高，槽内热大，加之焙烧时电流分布不均，造成早期破损。建议灌铝后铝水平按22cm保持，第一个月24cm以下，第二个月26cm以下，第三个月27cm以下，正常生产保持27-29cm。

分子比控制 新启动槽初期保持高分子比主要是形成稳固的炉膛满足内衬吸收含钠氟化盐，一般第一个月高于2.85。随着炉膛的形成（和内衬吸钠的饱和，应缓慢降低分子比，第二个月保持2.6-2.7，第三个月2.40-2.55。长时间高分子比，钠膨胀率增大，易造成早期破损。启动后期内衬仍在吸热，分子比下降过快造成碳块内部热震，形成内部裂纹产生早期破损。启动后期分子比的平缓过渡很关键，新启动槽分子比下降过快，建议分子比按正常保持，不宜再提高分子比，分子比波动影响内衬变形，易造成侧部碳化硅上抬严重，出现侧部漏炉。

四、正常生产

重点是分子比、铝水平、电压平稳，减少槽温波动对阴极产生大的冲击。

经分析，铁含量上升前均是出铝效率偏高、分子比偏高、电压不稳定，以上都具备时铁含量上升明显，无论破损槽维护还是正常槽预防，技术条件稳定至关重要。

400KA槽滞后性强，不能单靠曲线判断槽况，两方面入手：1、系统分析技术条件控制（分子比、氟化盐、出铝量），波动时及时通过其它条件平衡。出铝量用周期性调整方法，避免铝水变化后猛出铝或猛留铝。2、对电解槽多看、多摸、多分析，发扬艰苦奋斗的工作作风，把工作做到前面，预防为主，是电解槽稳定的关键。

结束语

   边部空腔、中缝半空腔焙烧方式，晚拆分流器控制升温速度和温度最高点，启动时缓慢升温二次焙烧，起到了减少早期破损的效果。

参考文献：

  [1]刘业翔.李劼.现代铝电解.冶金工业出版社.2008