铝电解槽的破损及维修分析

铝电解槽的破损及维修分析

 ,刘剑飞1,董振2

云南宏合新型材料有限公司云南省红河市652400

摘要：铝电解槽是电解铝生产的重要设备。其运行状态良好程度，寿命长短，直接关系到电解铝生产的质量和产量，同时也对电解铝生产的成本有很大影响。铝电解槽经多年使用，运行周期较长，电解槽槽壳变形、破损严重，需进行大修。铝电解槽破损会影响到实际的应用效果，本文主要分析铝电解槽的破损以及维修的方法。

关键词：铝电解槽；破损；维修

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电解槽破损鉴定

在停电过程中，需要对电解槽的破损进行鉴定。电解槽的破损主要是由于槽侧部的炭块过度损耗或人为因素造成破坏未及时处理造成的。其主要的破损形式有以下两种：一是侧部伸腿的过度损耗导致电解质与铝液从阴极钢棒处渗漏。二是侧部炉帮发红导致侧部击穿渗漏电解质。引起这种现象的原因主要有空气对侧部炭块的氧化和炉帮的形成不良，使高温和强腐蚀的电解质溶液直接对侧部炭块的冲刷和侵蚀。

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小修。一是阴极炭块在电、热、磁等共同作用下会时常出现碳内衬中的热膨胀、钠膨胀，阴极断裂、冲蚀、剥层，以及碳内衬下部各渗透物渐渐填充的现象等，这些都造成了阴极炭块的隆起。如果隆起在50mm以下，凹坑在80mm以下无断裂时可定位小修。二是侧部内衬两小面仍可见炭块的轮廓，大面伸腿以上受到不同程度破损和侵蚀，但如若侧部炭块破损不至于见到钢板则不需更换。经过干刨伸腿的局部都有横向裂纹，但整体形状规整。按照我公司多台小修槽启动后发现钢棒发红、漏铝比值是2.46%。三是对槽内没脱落的阴流块要严格检查，因为它和电解槽的使用寿命有直接的联系。

中修。更换1～14块破损严重的阴极炭块，若一块阴极炭块破损50%以上低于其他阴极炭块表面120mm以上的话，则给予更换。

大修。阴极炭块拱起90mm以上、炉底钢板温度异常、表面破损严重裂纹较多。

铝电解槽破损分析

铝电解槽发生破损的原因主要有三种，分别是：

钠渗透。铝电解槽内钠的含量应该处于平衡的状态，实际情况下钠含量偏低，钠向阴极扩散、渗透，最终形成了炭钠化合物，引起了炭阴极破损的问题，铝电解槽内的反应温度在400—1000℃中炭阴极发生破损的情况最为严重，之后温度升高破损情况减弱.

电解质的渗透。电解质的渗透量与阴极炭块的材质有很大关系。渗透量增大的顺序与炭活性增大的顺序一致。在无烟煤基阴极（未经高温焙烧的）中渗透量最多，其次是油焦和沥青基（未经高温焙烧的），在石墨阴极中最少。而且，孔度大的材料渗透量多，孔度小的渗透量小。根据对废旧电解槽内衬的观测，发现在炭阴极中局部有NaF生成。有些废旧内衬中，NaF结晶体的厚度竟有4～6cm。在局部还出现铝的晶片和晶体。炭化铝广泛存在于阴极炭块木身的裂缝中以及炭块之间的扎缝中，这是电解质对阴极内衬侵蚀的结果。

结构变异，阴极炭块工作时容易出现膨胀、裂缝、隆起的情况，致使阴极内衬出现破损变异，内衬是结构变异中最为常见的破损情况，其变异最早期发生在焙烧阶段，在化学作用下引起结构异常，内衬炭块破损隆起后，就会在铝电解槽中造成偏流、电压增降过大的问题。槽壳热变形也会引起渗漏。

铝电解槽破损维修

根据上文分析的铝电解槽破损的原因，分析铝电解槽发生破损后的维修策略，以便恢复电解槽的使用状态。

检查破损位置。电解槽破损位置检查时分为两个部分，第一是探查槽底，检查人员使用尖头的铁钩，放入到铝电解槽的阴极，根据电解槽槽底缝隙的排列逐步检查是否有破损并确定出破损的位置，记录坑洞、裂缝的位置；第二采用了阴极电流测量的方法，观察测量时电流的分布、阴极钢棒的温度，证明第一部分确定出的破损位置是否准确，专门测量破损位置处的阴极电流和阴极钢温度，得出铝电解槽的破损位置。

填补破损位置。填补是修补铝电解槽破损位置的基础手段，填补是采用了稀沉淀、氟化钙、镁砂等混合物，因为填补使用的金属元素，其点位顺序都排在铝的前面，所以把沉淀物金属放入电解质溶液中也不会有析出的情况，不会影响铝电解槽的使用效果。沉淀物金属的密度偏大，容易沉淀到铝电解槽的底部，采用熔化的方法促使沉淀物可以准确的填补阴极炭块的破损，避免出现铝液渗漏的情况。填补沉淀物材料时，需把金属块放置到漏铲上，大钩勾住漏铲并慢慢放入到铝电解槽内，对准破损的位置促使金属块可以覆盖到破损位置。如果金属块没有对准破损位置，就要使用大钩调整金属块。

修复关键位置。本文例举铝电解槽维修中几点常用的修复措施，如：（1）修复水平母线，水平母线在铝电解槽中经常会发生打火的情况，打坏的深度不足3mm时，修复时直接使用打磨加工处理，打火深度超过3mm时，应该采用先补焊再铣削加工的方法；（2）修复水平罩板的误差范围是5mm～-5mm，修复时统一紧固压板螺栓，焊接好平台角，修复水平罩板中使用的气割、电焊等方法都要排除易燃、易爆物质，工作过程中要保持良好的通风环境，保障水平罩板修复过程的安全性；（3）修复机械传动组织，该组织包括电动机、减速箱、螺栓提升机构等，机械传动机构也容易出现破损，修复前先组织检查、清洗的工作，各项机械传动组织试运行良好之后，而且运行期间无异常的振动、噪声，表示修复合格。

防止和减少槽壳破损的改进措施

采用新槽形，提高槽壳钢结构的强度。根据设计院设计论证和电解铝厂实际使用表明，采用船形结构的槽壳（如图1所示）比原电解槽的槽壳抗变形强度好，易于分散热量，不易破损，运行周期长。我公司对旧槽壳报废后，更新的电解槽槽壳也已改用船形槽壳，长侧与底板连接处采用折弯设计，增加长侧筋板数量，摇篮架数量从29增加到31，其在电解现场使用效果很好。

保证原辅材料和大修质量合格。管理部门要严格旧槽壳的报废标准，加强大修槽的焊接及槽膛的耐火砖砌筑质量检查，提高槽壳大修后就位的准确率，阴极炭块和扎固糊料等的原料进货质量检查等基础环节上要严格，以避免因槽壳变形或漏炉而造成的早期破损、停槽大修。

加强电解的日常操作维护。在日常的操作和维护上，要从提高换极质量到保温料的添加，从炉底处理到大面整形，都精细操作，严格根据槽运行情况设定合理的目标电压、保持合理的槽温，控制好合理的氧化铝浓度、分子比，设定理想的加料间隔，保持匹配的电解质水平和铝水平，密切关注电解槽运行状态，使各项技术条件相互匹配，为延长槽壳的运行周期奠定基础。

铝电解槽操作规范

铝电解槽工作中发现有破损时，先将铝电解槽停运、冷却一周的时间，提出阳极结构后执行槽体拆卸，所有的拆卸工作必须由专业的人员操作；

维修现场要树立起安全警示牌，提醒工作人员注意安全，所有的维修工具都要摆放整齐，以免有不规范的操作，现场执行拆卸工作时也要做到安全工作；

维修中要处理铝电解槽的上下槽体时，需要采用梯子类型的辅助设施，维修人员上下过程中不能直接接触槽体，预防安全事故；

铝电解槽弯料管、烟道管、扣压管拆卸维修时，需确保铝电解槽处于安全的环境中，禁止维修现场发生漏电事故，保护维修人员的安全。

总结

电解槽槽壳技术将向着大幅提高槽壳结构的整体换热性能，回避传统槽壳设计缺陷的同时材料用量少、投资经济性好，以及适于新型建造模式的方向发展，新型400kA铝电解槽槽壳的焊接制作技术，在一定程度上将大大有利于我国的电解铝生产技术发展。

参考文献：

[1]梁学民，刘静，王有山等.300kA铝电解槽槽壳变形与反变形研究[J].世界有色金属，2006，(10)：16-17.

[2]高显宏，王新华等.300kA大型铝电解槽槽壳反变形装置的应用与实践[J].云南冶金，2010，(07)增刊：35-38.