论述400KA电解槽炉膛破损的修复技术应用

论述400KA电解槽炉膛破损的修复技术应用

周伟钰

新疆众和股份有限公司       新疆乌鲁木齐 830013 

摘要：随着耐火材料、石墨阴极等大修用原材料的价格不断上涨，单台电解槽大修一次的生产成本已超过百万元，延长电解槽的生产时间是有效降低电解槽生产成本的措施；因电解槽拆除后的废弃物含有氟，对水土有较大的污染，给环境保护造成较大的压力；电解槽生产是一个高耗能生产过程，槽型越大，物料损耗相应增加，本文对400KA二次启动电解槽的生产工艺的应用进行了分析研究。

关键词：电解槽；阴极破损；修复

1、引言

电解槽作为在高温、强磁场、强腐蚀环境下长期运行的设备，电解槽槽内发生着物理、化学与电化学反应，同时产出的铝液在槽内受磁场作用进行着运动。通常电解槽的正常生产时间为5-6年时间约2000天以上，工业电解槽经过长时间在高温恶劣环境下运行和大修质量不合格、大修用耐火材料、施工工艺等原因的影响，就会出现炉膛破损现象，个别电解槽因大修质量不合格在启动过程中出现破损、在1年内出现破损而停产的现象。电解槽出现破损之后，不及时处理极端情况下会发生漏槽生产事故，漏槽量大阳极跟不上铝漏的速度，出现断路时将会造成整个系列停产，瞬间引起整流机组跳闸冲击电网，给正常的生产带来巨大的安全风险，就需要停槽进行大修处理，停槽大修周期约30天，大修所用各类碳素材料和人工超过百万元/台，且在停槽大修理期间不产生铝液，短路口空耗电量每昼夜约3000Kwh以上,消耗大量的人力、物力、财力同时会使产量下降，而且废旧内衬回收技术还不成熟，存在环境污染等问题。掌握使用好电解槽修复技术具有重要意义，本文主要通过对阴极破损的修复方法进行了研究及分析。

2、工业铝电解槽的发展过程

1888年电解法应用于工业炼铝，早期的电解槽只有几千安培，产量极小，无法满足工业需求。进入20世纪以后随着整流技术的不断发展，小型预焙槽的电流强度得到了快速的提升，新的整流机组电压可以超过2000V以上，使电解系列不断增大，最大系列产能超过50万吨规模，同时出现了效率更高更环保的自焙阳极电解槽。20世纪60年代，小型预焙阳极电解槽的电流强度提升到了50KA；20世纪70年代后，自焙阳极电解槽与预焙阳极电解槽同时得到了发展，电流强度超过了100KA；进入80年代以后，预焙阳极电解槽的优势逐渐显现。1990年后大型预焙阳极电解槽在全国范围内得到了全面的推广，2000年后部分预焙阳极电解槽也纷纷进行了预焙阳极电解槽的改造，预焙阳极电解槽的槽型发展到了400KA-500KA，2020年以后电解槽电流达到了的600KA超大槽型，成为世界最大电流的电解槽，超大型电解槽的生产效率和生产成本大幅度下降，中国铝工业发展走上了快速发展的时期。

3、400KA电解槽生产现状

目前400KA预焙阳极电解槽很多厂家生产时间已超过10年以上，铝电解槽在高温、强磁场、强腐蚀的持续作用下，阴极内衬随着槽龄的增长逐渐会产生不同程度的破损现象。因电解槽的大修理成本高、大修理周期长的不利因素，部分生产厂家为获取更高的经济收益抢占市场机会，结合电解槽实际运行情况对停槽不进行大修理，而是通过局部小修理后直接进行二次启动生产，因砌筑电解槽内衬的主要原材料是碳素和耐火材料，在大修理后启动过程超过1000度的高温焙烧和长期的940-960度的正常生产周期内，耐火材料在高温状态下被烧结成一个整体。电解槽停槽后温度降到常温，巨大的温差变化使碳素和耐火材料在降温过程中出现收缩，而耐火材料延展性较差，降温过程中炉膛容易出现非常细小的裂缝，且裂缝在砌筑内衬中，在日常的检查中难以发现，无法提前人工进行干预处理，加剧了电解槽破损的速度。

4、400KA电解槽破损的主要形式

电解槽破损的主要形式有底部阴极底部破损和侧部材料破损2大部分，阴极破损主要表现是阴极碳块出现裂纹和坑洞，侧部破损主要是侧部碳化硅结合氮化硅的断裂与氧化剥落形成。电解槽从钢壳底部开始砌筑高度约1000mm，侧部约300mm,电解槽长约18米、宽约6米，由硅酸铝盖板、保温砖、镁砂和阴极炭块、阴极钢棒等材料组成，破损出现的裂缝数量较多。表面破损易于发现，深埋在内的破损无法有效的检查，给后期的二次启动带来较大的困难。

5、针对400KA电解槽阴极破损处的修复方法

破损电解槽的修复技术运用是延长电解槽寿命的一种关键的生产技术，在实际的生产运行中对降低生产成本起着至关重要的作用，各个企业均十分重视破损的修复运用，对破损电解槽的修复不断进行研究探索。

5.1 及时发现电解槽的破损，早发现并快速找到破损部位是修复技术的第一步。目前我公司主要针对原铝液质量的对比进行早期判定电解槽的破损，铝液质量监测是一种有效的监测手段，一般电解槽原铝液中Fe和Si含量持续或大幅上升，在检测分析中原铝液中Fe含量超过0.1%、Si含量超过0.08%时或与前日相比有超过0.02%以上幅度的增加时，就要对电解槽的运行状况进行重点监控。出现原铝液中Fe和Si含量大幅上升时，首先要对日常的操作过程进行排查，检查阳极钢爪正常及铁工具没有掉入槽内和没有含高硅物料进入槽内，如排除以上几项原因之后，就可以初步判定电解槽已经出现了破损，增加取样频次监测铝液中Fe和Si含量变化，如以上两种原素含理持续上升就确定电解槽出现破损。

5.2 在确认电解槽破损后，首先要通过测试电解槽侧部钢壳温度、阴极方钢温度、槽底钢壳温度，当某部分钢壳、钢棒或槽底部位温度超过正常温度50-100度时，将采取连续监测，通过对上述部位的温度变化确定温度异常处，找出可疑处后对可疑处的阴极由人工用专用工器具进行检查，正常的电解槽炉底平整，破损的电解槽用工具检查出现有沟或较深的坑时可确定破损部位，进一步对破损部位进行检查确认破损程度，对破损部位立即进行人工修复处理。

5.3 镁砖密度比铝液密度大、耐高温，容易沉到炉底，不宜受铝液冲刷熔化，是最佳的修复阴极自制混合补槽材料。将镁砖人工破碎为3-5cm的小块，用破碎的镁块和炉底高温氧化铝沉淀混合制作长约50cm、宽约30cm、厚10-20cm的修复块。确定破损部位后，用多功能行车吊出阴极破损部位上部的阳极，人工捞干净电解质中的壳面料、炭渣等漂浮物，用工具确定破损位置后将制作好的修复块放到破损部位，并用工具进行检查，修复块部位的高度不能影响阳极放入，将阳极装入槽内，控制好修补部位的高度，不能出现压槽现象，观察电解槽电压变化。

5.4 修复后要及时调整电解槽的技术条件调整工作，使破损槽的槽温比正常槽温度低10度左右，通过调高在槽铝液的量增加散热达到降低槽温度的目的，降温的目的是放入的修复块形成结壳，覆盖住破损部位，防止铝液冲蚀破损部位。

5.5由于对电解槽的修复，槽子的热平衡会被打破和炉底增加修补后，对铝液的流速造成阻碍，铝液在炉内的流动受阻，铝液出现波动，引起电压波动，需要对设定电压进行适当调整，以不发生电压波动为止，当出现电压大幅摆动时要人为进行干预，防止大幅度的电压波动影响电解槽的正常生产。

5.6对破损部位人工修复维护后持续观察电解槽破损部位的温度变化，对温度较高部位进行吹风物理降温，吹风带走破损处温度，使破损处加速降温，较低的温度传导至炉膛破损处形成结壳，固巩修复处，会提高对破损部位的修复效果。

5.7 对修复部位需要进行持续跟踪，如果铁含量在修复后继续上升，需要对破损部位持续修复，直至铝液中Fe和Si含量下降到正常的范围内为止，对待修复后的电解槽在工艺技术参数的控制过程中要格外慎重，不断观察电压摆动，电流效率变化等关键的参数，要根据参数的变化及时进行优化调整。

结语

电解槽在发现破损后要在第一时间进行修复，对修复后的电解槽要做好监控工作，合理调整电解槽工艺技术参数，加强对破损处的巡检工作，防止出现漏炉等安全生产事故。电解槽的修复只是对破损电解槽采取的积极补救措施。电解槽的破损有很多原因，做好电解槽的焙烧启动工作以及正常生产管理是预防电解槽破损的重要保证。

参考文献：
[1]邱竹贤.预焙槽炼铝
[2]梁学民.现代铝电解生产技术与管理

作者姓名：周伟钰  出生年月：1977年3月 性别：男  民族：汉  籍贯：甘肃  学历：本科  职称： 高级  研究方向：有色金属冶炼