电解槽人造伸腿出现裂纹的应对策略.pdf

有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年3 期 2 7 D O I 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i m n ．1 0 0 7 - - 7 5 4 5 ．2 0 1 1 ．0 3 ．0 0 8 电解槽人造伸腿出现裂纹的应对策略 刘建辉 中国有色金属建设股份有限公司，北京1 0 0 0 2 9 摘要分析和介绍了电解槽人造伸腿裂纹产生的原因和应对策略，通过优化装炉方案，延长焙烧时间和 有效控制焙烧电压以及加强焙烧启动期间的管理，确保每一台电解槽成功启动。 关键词人造伸腿裂纹；焙烧电压；电解质块；炭渣 中图分类号T F 8 2 l文献标识码B文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 1 0 3 0 0 2 7 - - 0 4 M e t h o d so fM a n a g i n gL e d g eC r a c k so fE l e c t r o l y t i cP o t s L I UJ i a n - h u i C h i n aN o n f e r r o u sM e t a lI n d u s t r y sF o r e i g nE n g i n e e r i n ga n d C o n s t r u c t i o nC o ．，L t d ．，B e i j i n g1 0 0 0 2 9 ，C h i n a A b s t r a c t T h ecauseo fi n c u r r e dl e d g ec r a c k si np o tc e l li sa n a l y z e da n dt h ee f f e c t i v es o l u t i o nt od e a lw i t ht h e c r a c k sd u r i n gb a k i n g s t a r t u pi si n t r o d u c e d ．T oe n s u r ee v e r ye l e c t r o l y t i cp o tt ob es u c c e s s f u l l ys t a r t e d u pa n dp u ti n t oo p e r a t i o n ，t h em e t h o d sa r ea p p l i e ds u c ha so p t i m i z i n gp o tl o a d i n g ，p r o l o n g i n gt h eb a k i n g t i m e8 Le f f e c t i v e l yc o n t r o l l i n gb a k i n gv o l t a g e ． K e y w o r d s L e d g ec r a c k s ；B a k i n gv o l t a g e ；B a t hb u l k ；C a r b o nr e s i d u e 由于业主土建施工拖期和突然调整生产计划， 使得国外某电解铝厂二期工程后7 2 台电解槽筑炉 正好遇到该国最冷季节 1 2 月～3 月，大气最低温度 达到一4 3 ℃ ，并且电解厂房没有完全封闭。在此 期间完成筑炉的电解槽，人造伸腿不同程度地出现 了裂纹。二期后7 2 台电解槽，出现裂纹的有4 5 台， 裂纹最多的达到1 7 条，最少的裂纹数为1 条。裂纹 的出现增加了电解槽初期渗漏的概率，为此，我们从 焙烧启动前的准备工作、焙烧升温方案及应急预案 等各个方面入手，采取了各种应对措施，确保了7 2 台电解槽台台成功启动。 1 人造伸腿裂纹 2 0 0 9 年1 2 月8E l ，在例行工作检查时发现，个 别电解槽人造伸腿出现横向裂纹 但不明显 ，到1 2 月1 8E l 发现电解车间3 1 台电解槽出现裂纹的有 2 7 台，裂纹总数共计8 6 条；随着天气变冷，裂纹逐 渐增加。对人造伸腿出现横向裂纹的实查结果详见 表1 ，裂纹实拍照片及人造伸腿裂纹分布见图I 。 表I 不同时期出现的裂纹情况 T a b l e1T h ei n c u r r e dl e d g ec r a c k si nd i f f e r e n tp e r i o d 检查时间 裂纹台数／台 裂纹数量，／条 4 区5 区 2 2 2 9 合计 2 7 3 8 4 5 端头 4 5 6 5 7 2 长侧 3 8 1 6 4 2 9 8 角部 3 1 2 2 0 合计 8 6 2 4 1 3 9 0 2 0 0 9 1 2 2 0 2 0 1 0 一0 3 1 5 2 0 1 0 0 3 3 0 作者简介刘建辉 1 9 6 8 - - ，男，河南扶沟人，高级工程师 万方数据 2 8 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年3 期 图1人造伸腿裂纹相片及分布图 F i g ．1L e d g ec r a c k sp h o t oa n dd i s t r i b u t i o nd i a g r a m 全部裂纹均出现在电解槽周边碳素糊料横向方 向通长，长度3 9 0m m 左右、宽度0 ．2 ～1m m ；深度 无法探测，推测为贯穿性。人造伸腿结构图和裂纹 起落点示意图见图2 。 图2 人造伸腿结构图和裂纹起落点示意图 F i g ．2 S k e t c hm a po fl e d g es k e t c ha n dl e d g ec r a c k sf r o ms t a r t i n gt oe n d i n g 2 裂纹产生原因分析 3 裂纹的影响分析 根据我们的工程记录，2 0 0 9 年1 2 月8 日上午， 发现电解槽人造伸腿有裂纹，而在1 2 月7 日的检查 并未发现裂纹。查找天气变化时，我们发现1 2 月6 日夜间气温突降，由0 ℃下降到零下3 0 ℃以下，1 2 月1 8 日检查发现裂纹数量继续增加，这一现象说明 裂纹的出现与已筑好炉的电解槽存放地的环境温度 有较大关联。 电解车间厂房一直未能封闭，车间内环境气温 与大气温度基本一致，新筑炉的电解槽，由于电解槽 内衬材料特别是浇注料中有附着水没有完全排出； 水在4 ℃以下体积开始膨胀，温度越低体积膨胀越 大。在一3 0 ℃左右 最低达到一4 3 ℃ 的气温影响 下，内衬材料膨胀和收缩综合作用，对糊料 人造伸 腿 形成拉应力，由于人造伸腿的抗拉强度 横向方 向 是电解槽内衬中最簿弱的环节，不能经受超低气 温的作用，因而造成横断裂纹。 人造伸腿是由炭糊捣固而成，其中含沥青成分 比较多，在焙烧阶段初期开始变软 2 5 0 ～3 5 0 ℃ ， 炭糊仍然保持其塑性膨胀；在5 0 0 ～l0 0 0 ℃，炭糊 开始固化，发生收缩 收缩率一般在0 ．4 ％ 。而阴 极炭块的膨胀率与固化后的炭糊收缩率存在差异， 因此，在焙烧启动阶段，在人造伸腿和阴极炭块之间 形成裂纹是正常的，只要保持好适当的焙烧启动温 度，同时尽快形成良好的炉帮和伸腿，尽快让电解质 充填裂纹；从材料性能看，采用炭化硅结合氮化硅侧 部块，由于其散热性能优良，通常能形成良好的炉 帮。从这一角度看，单纯的人造伸腿裂纹的危害并 不是十分可怕，但如果浇注料也出现或大量出现通 透横断裂纹，麻烦就会大一些。从我们抽查了解到 的情况，浇注料没有发现裂纹，由于浇注料在人造伸 腿下部，不可能全面调查，浇注料是否出现通透横断 裂纹我们无法下准确结论。 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年3 期 2 9 通常人造伸腿裂纹或孔隙与下层外围浇注料、 钢棒、阴极炭块之间的缝隙偶尔连通起来，形成通道 就会出现初期渗漏。如果人造伸腿裂纹或孔隙越 多，与其它缝隙连通起来的机会增大，出现初期渗漏 的概率就加大。如果我们看到的人造伸腿裂纹是被 动的被拉开，和下层外围浇注料形成直通裂纹，出现 初期渗漏的概率就会倍增。 4焙烧启动前的应对策略 为了尽可能减少初期渗漏概率，我们在电解槽 焙烧启动前，制定了以下对策 1 裂缝处表面用喷灯慢火烘烤，使糊料充分软 化，温度加热至9 0 ～1 0 0 ℃，适宜时进行扎固，扎固 采用低风压，小平锤 不得扎固未软化区域 ，扎固 完成后，用小手锤勒缝修整，修整前应将锤头适当加 热； 2 对较大的裂缝，向缝内喷灌加热后的煤焦 油，再加热扎固； 3 装炉前在裂缝处表面撒了薄薄一层氟化钙； 4 在装炉时，增加了槽四周电解质块至2 ～3 吨，基本上完全覆盖住人造伸腿。 另外，在装炉前对电解槽伸腿裂缝处所对应的 部位进行明确标识，便于日常的检查和测量，焙烧启 动期间增加裂缝部位对应的数据测量频次，加强重 点部位的监控。 5 焙烧期间的对策 通电焙烧采用不停电装置通电，通电时冲击电 压不得超过3 ．5V ，否则应立即检查各点分流器连 接是否有连接不良，及时处理。 考虑到7 2 台电解槽主要是在冬季完成筑炉，且 没有得到充分的干燥。对炭素材料而言，在2 0 0 ℃ 以前为软化阶段，主要是排出吸附水和化合水；2 0 0 ～5 0 0 ℃是挥发分大量排出的阶段，此段不宜升温 超过5 ℃／h ，否则挥发分急剧排出使之产生焙烧裂 纹，导致结构疏松；在7 0 0 ℃以上，粘结剂的焦化基 本结束，可适当加快升温口] 。为此我们延长了中低 温焙烧时间，使阴极耐火材料在低温区得到充分干 燥。我们认为焙烧时间1 2 0h 是比较合适的，同时 我们调整了焙烧升温衄线，焙烧电压 等同于升温曲 线 参考范围见表2 。 表2 焙烧电压控制范围 T a b l e2 B a k i n gv o l t a g ec o n t r o l l i n gv a l u e 焙烧时『H J ／h焙烧申．压／V ～2 4 ～4 8 ～7 2 ～9 6 ～1 0 8 ～1 2 0 3 ．4 ～2 ．9 3 ．2 ～2 ．8 2 ．8 ～2 ．5 2 ．5 ～2 ．1 2 ．3 ～2 ．0 2 ．0 ～3 ．2 分流器的拆除通电后当电压下降至2 ．7 ～2 ．8 V 时，开始拆“1 、5 立柱”的分流器，5h 后如果电压 下降至2 ．7 ～2 ．8V 时再拆“2 、4 立柱”的分流器。 每次拆完立柱分流器后，要进行阳极电流分布测试， 有异常现象要及时处理，拆卸分流器时槽电压上升 幅度不能超过0 ．3V ，若电压上升，应立即停止拆卸 作业。分流器全部拆卸完毕后，槽电压不允许超过 3 ．3V 。 分流片的拆除最后一组分流器拆完后，当电压 降至2 ．7V 以下时，均匀逐层将分流片拆除，在9 6h 内，均匀逐级将分流器和分流片拆除完毕，分流装置 拆除方法见表3 。 表3 分流装置拆除简表 T a b l e3T i m e t a b l eo fd i s m o u n t i n gs h u n td e v i c e s 6启动期间的对策 确认前边部平均达6 0 0 ℃以上，中部温度达到 9 5 0 ℃以上以及中缝化通的情况下，就可以开始准 备启动。启动前必须检查提升机是否正常运转，电 源是否合闸，阳极无严重偏流，小盒卡具是否拧紧。 启动时灌1 0 “ - - 1 2t 左右电解质 约2 包 ，根据 灌入的电解质量缓慢提升阳极，要求抬阳极速度与 灌电解质的速度一致，灌第一包电解质电压抬至 5V 左右、第二包灌人后抬电压至7 ～8V 。逐渐熔 万方数据 3 0 有色金屙 冶炼部分 2 0 1 1 年3 期 化物料，温度过高时应及时调整，避免局部温度过 高，两包电解质问隔时间越短越好 注意，每灌完一 包电解质，要进行复紧卡具一次，防止阳极下滑 。 根据中缝温度情况添加物料，避免出现温度过 高现象，并根据电解质的熔化情况及炭渣分离情况 组织人力从出铝口和烟道端靠中缝处清理炭渣，并 认真检查四个角部阳极物料融化情况，融化不好的 进行辅助处理或将阳极拔出旋转1 8 0 度后再装入。 待清理完炭渣将lt 冰晶石与2t 纯碱掺均匀后，根 据物料融化情况适当添加，切勿在捞炭渣之前添加 纯碱。 化铝及氧化铝碎块封壳。待槽内物料完全融化后， 取电解质试样，根据分子比分析结果，将分子比调整 到2 ．8 0 ～2 ．9 5 。 启动2 4h 后分两次灌铝水1 5t ，灌铝后电解质 分子比应保持在2 ．8 0 以上，灌铝后6 0r a i n 不得下 调槽电压。 7 后期管理对策 启动后期管理约为1 个月，通过技术参数的逐 渐调整，最终达到各自的热平衡和电磁平衡‘2 1 ，形成 规整炉膛，并达到正常生产技术条件。启动后期的 勤加冰晶石至电解质水平达到要求值，并用氧技术条件控制见表4 。 表4 启动后期的技术条件控制 T a b l e4T e c h n i c a lp a r a m e t e rc o n t r o la f t e rs t a r t - u p 8结论 在最冷季节 大气最低温度达到- - 4 3 ℃ 筑炉的 7 2 台电解槽人造伸腿不同程度地出现了裂纹。采 用适当的方法处理后一次启动成功，运行3 个月以 上，没有一台电解槽发生漏槽现象。 参考文献 [ 1 ] 葛贵君，田振明，张虎，等．S Y 3 0 0k A 预焙电解槽焦粒 焙烧工艺探索[ J ] ．轻金属，2 0 0 4 ，3 0 1 1 3 5 - - 3 7 ． [ 2 ] 邱竹贤．预焙槽炼铝[ M ] ．北京冶金工业出版社， 2 0 0 5 ． 万方数据