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侧部异型碳块及干防渗混合料的工业应用试验 李世军，龚春雷 （中国铝业贵州分公司电解铝厂， 贵州贵阳 “ “ ） 摘要 采用异型侧部碳块及干防渗混合料改变铝电解槽内衬结构， 有助形成合理的铝电解槽炉帮； 加 强底部保温， 保持稳定的热平衡状态， 从而提高铝电解技术经济指标及提高电解槽内衬的使用寿命。 关键词 铝； 电解槽； 侧部异型碳块； 干防渗混合料 中图分类号 . 1 9 - * 2 2 3 / 0 9 A 9 B C 1 CD 9 E 4 ， 9 3 1 4 3 8 A F A E 1 4 G8 0 1 4 E，5 3 1 ; 0 3，5 3 1 B E 4 H “ “ ，8 0 1 4 E） , 5 * 1 0 0 E F F 9 1 E 1 4 9 E A E 9 E I 4 A 1 B E A I 4I 9 JE 4 KK A B 9 E J F A G 1 L K E A 1 E 9 E 4 E C B G A 0 1 4 4 A 9 1 4 A G E 9 3 1 4 3 9 A 9 B C 1 C 9 9，C A 4 H 0 4 0 0 E A 0 F A E 3 A E 4 KA E 1 4 0 I E 9 E 4 G0 E M / 0 E 9 3 1 4 3 9 A 9 B C 1 C 4 1 E 9 E 4 K 0 4 1 E 9 1 4 K L E 4I 1 4 A E C K E 4 K 0 9 9 1 4 4 A 9 1 4 A’C 9 1 G E 4 E 9 C I F A 9 A 9 B C 1 C；- E A E 9 E I 4 A 1 B E A I 4I 9 J；N A B 9 E J F A G 1 L K E A 1 E 9 作者简介李世军 （ O ’ P） ， 男， 湖北钟祥人， 工程师 中国铝业贵州分公司电解铝厂有 Q台 Q “ J 电解槽， 其内衬结构设计的最大缺陷是底部保温不 好， ’ “ “ R等温线下移至保温砖附近， 使槽底部散热 过大， 容易形成炉底结壳、 造成炉底压降升高； 而内 衬结构的另一个缺陷是侧部散热不好， 且不均匀， 温 度过高， 造成上口炉帮空， 频繁的扎大面造成炉膛形 状不规整， 伸腿下延， 铝液、 电解质界面波动过大， 出 现电压摆动等现象， 这也是造成该类型电解槽能耗 高、 电流效率下降、 电解槽寿命短的重要因素之一。 试验槽内衬结构的改变 Q “ J 电解槽传统的侧部炭块尺寸为 （ ） “ S ,S Q “。试验用的侧部异型碳块是由中国 铝业贵州分公司轻研所、 碳素厂研制成功的， 其主要 理化指标达到国家标准 （5 T ’ * ’ ’） 的要求。异 型侧部碳块形状如下图所示。 U V W X X W Y Z [ Y U W 干防渗混合料是一种新型的内衬材料， 导热系 数比耐火砖小， 有较好的保温性能， 并且有一定的防 渗作用。采用干防渗混合料可使预焙电解槽内衬中 等温线均匀上移， 降低电解槽炉底散热温度， 起到减 少炉底沉淀和结壳， 降低炉底压降的作用。为此， 利 用大修槽改进,台 Q “ J 电解槽内衬结构， 在单一 干防渗混合料、 单一侧部异型碳块及干防渗混合料 结合侧部异型碳块,种形式上进行试验， 并严格遵 循电解槽正常的焙烧、 启动及生产管理制度， 收集整 * 有色金属 （冶炼部分） “ “ ,年,期 万方数据 理数据， 对试验槽进行对比分析和综合评价。 “ “ “ 年“月 日在 槽首次采用单一的干防渗料 取代层耐火砖， 年“月 日在 ’ 槽进行 电解槽侧部异型碳块和干防渗料试验， 年月 日在 槽采用单一电解槽侧部异型碳块试 验， 并利用台铝电解槽进行了对比。 试验前的准备工作 采用单一侧部异型碳块是为了解决电解槽侧部 抗腐蚀冲刷、 侧部散热不均、 侧部漏电空耗及产生的 水平电流降低电流效率等不利因素； 采用单一干防 渗料取代层耐火砖， 主要的目的是观察炉底保温 及生产运行时出现早期破损的防渗功能在阴极碳块 破损后， 能形成阻止层， 阻止电解质、 铝液的进一步 渗透， 破坏内衬结构， 影响槽寿命； 并考虑利用干防 渗混合料产生的隔热作用， 降低电解槽炉底散热温 度， 减少炉底沉淀和结壳， 降低炉底压降； 而采用异 型侧部碳块取代普通侧部碳块及干防渗混合料取代 阴极碳块底部层耐火砖的内衬结构变化， 与传统 的 *槽筑炉内衬结构相比变化较大， 通过改变 传统的 *电解槽原有的热量平衡， 弥补内衬结 构的设计缺陷， 建立起更加适应该槽型的热量平衡。 试验要求 , 测定以下技术参数 炉底钢板温度、 侧部散热 孔温度、 炉膛形状及热平衡的测试 （与对比槽相比） 。 - , 要求按 *槽铝液焙烧操作规程执行， 保 证阴极焙烧温度的均匀上升和焙烧质量， 做好保温 工作。控制好启动后个月非正常生产期内槽温、 电压， 要求在非正常生产后期缓慢降低温度、 分子 比， 逐步提高槽电压， 以满足阴极吸钠吸热的需要； 正常生产期间， 严格控制好各项工艺技术条件， 防止 操作温度变化过大， 出现热量收支不平衡现象。 . , 及时分析处理试验槽与对比槽生产运行过程 中出现的情况。 试验槽通电焙烧、 启动情况 台试验槽的通电焙烧启动方法与传统的 *电解槽铝液焙烧法方法一样， 焙烧期/天， 效 应启动。各阶段原材物料的使用量以及管理方法同 前期的 *槽一样， 焙烧过程比较正常。 试验槽启动初期情况 单一采用干防渗混合料的 槽， 现生产槽 龄 “ 余天， 年/月出现破损已年， 铁含量 最高达 0 ’ 1“ 0 1， 现已降至 0 1左右， 该槽目 前炉底温度、 阴极钢棒温度均匀， 运行正常， 出铝效 率较高。 ’ 试验槽 年“日 日启动， 经 过/天的铝液焙烧， 可能由于阴极碳块质量原因 （现 场观察捞起阴极起层脱落块） 及高温铝液对阴极造 成的热冲击影响， 导致了该电解槽炉底出现较大面 积的起层、 剥落， 启动当天便捞出少许阴极簿碎块， 随后的几天又捞出一些阴极簿碎块。厂房安排摸查 炉底发现， 局部炉底变得坑洼不平。该槽 年 月日铁含量 0 1；2日 0 / 1； 至 月 日铁含量最高达 0 / 1。此后， 技术部门与车间商 讨， 适当降低了槽温， 适当调整了两水平， 加强了维 护管理， 到 月上旬铁含量恢复了正常。单一采用 侧部异型碳块 槽， 现生产槽龄 余天， 运行 正常。 ’ 试验结果与讨论 “ 干防渗混合料试验槽及对比槽 炉底压降测量结果表明 采用干防渗混合料的 试验槽炉底压降比对比槽低 / 3 4， 并且炉底钢板 温度比对比槽炉底钢板温度*侧低 5， 中部低 ’ 5，6侧低 / 5， 平均低 / 5； 若从*侧向6侧走 向， 试验槽最高温差为 5， 平均温差为 5， 对比 槽温差最高为 5， 平均温差对比槽为 5； 试验 槽温差分布显著优于对比槽。由此认为， 采用干防 渗混合料的阴极内衬， 电解槽底部温度均匀、 温度稳 定变化不大， 对改善电解槽热平衡， 降低电能消耗， 提高电流效率， 降低生产成本是有积极意义的。 “ 异型侧部碳块试验槽与对比槽 侧部散热孔温度测量结果表明 试验槽在同一 部位测定， 2个月*侧温差为 2 5，6侧温差为 5； 对比槽在同一部位测定，2个月*侧温差为 2 5，6侧温差为 5。由此认为， 试验槽采用异 型侧部碳块侧璧整体性加强， 与对比槽相比较， 导热 相对均匀。 炉帮形状测量表明 （三点平均值） ， 试验槽*侧 炉帮厚度约为 ’ 3 3， 伸腿长’ ’ . 3， 深入阳极正投 影下’ . 3； 6侧炉帮厚度约为 / 3 3， 伸腿长 . 3， 深入阳极正投影下 . 3； 炉膛内型比较规整。而对 比槽炉膛伸腿长度在同等技术条件控制下明显长于 试验槽， 进行常规扎大面作业后， 再次测定结果显示 试验槽*、 6侧伸腿均延长为 “ ’ . 3， 且伸腿变 得稍稍肥大。分析认为是在炉帮形成较好的情况 下， 不应强行进行边部加工作业。此后， 由于试验槽 / 有色金属 （冶炼部分） 年期 万方数据 取消了扎大面， 减少人工外界对电解槽的干扰， 防止 铝液、 电解质界面波动过大， 出现电压摆等现象， 电 解槽运行较对比槽稳定。 工艺技术条件控制及经济技术 指标情况 试验槽生产运行稳定， 工艺技术条件保持平稳， 技术经济指标完成较好。下表为试验槽和对比槽 “ 年 月至“ 年月个月的主要工艺技 术条件及技术经济指标完成情况。 从表中可以看出， 试验槽和对比槽主要工艺技 术参数总体基本相近， 但试验槽电压平均值比对比 槽低 ’ ， 极上保温料比对比槽低 ’ “ *， 而炉温 却高于对比槽。其原因除试验槽效应系数略高于对 比槽 （除去 月份非正常期） 外， 可能主要与试验槽 采用炉底干防渗混合料加强了底部保温有密切关 系。果真如此， 试验槽较好的保温效果就具备降低 工作电压的潜力， 并有利于实施低温控制。此外， 试 验数据统计表明， 试验槽月平均炉底压降比对比槽 低“ * ， 电流效率高 ’ “ ,， 其节能的效果是比较 明显的。 项目 月 月 “月月“月-月月 平均 工作电压 ／ . /系数 炉温 ／0 分子比 极上料高度 ／ * 1／2 炉底压降 ／* 电流效率 ／, 试验槽 ’ ’ “ ’ ’ 3 ’ ’ ’ “ ’ 3 对比槽 ’ ’ “ ’ “ ’ “ “ ’ “ ’ “ - ’ “ - ’ “ 3 试验槽 ’ “ ’ ’ 3 “ ’ 3 ’ 3 ’ ’ 3 ’ 3 对比槽 ’ 3 ’ 3 “ ’ 3 ’ ’ ’ 3 ’ ’ 试验槽 4 “4 34 “4 4 4 34 3 34 4 对比槽 4 4 “4 3 34 3 “4 3 4 3 34 3 4 3 试验槽 ’ ’ 4 ’ ’ 4 ’ ’ ’ ’ 对比槽 ’ 3 ’ ’ ’ ’ ’ “ ’ ’ 试验槽 4 4 对比槽 4“ “ “ 4 4 试验槽 ／“ ／“ - ／“ - 4／“ - 4／“ 4／“ 4／“ “ ／“ - 对比槽 ／“ ／“ - ／“ 4／“ 4／“ “ ／“ “ ／“ “ ／“ 试验槽 - “ - - - 3- - 3- 4 对比槽 - - - 4 3 “ 3 “ - -- 4 试验槽 4 “ ’ 4 - ’ 4 - ’ 44 - ’ 34 - ’ 4 ’ “4 ’ 34 - ’ 对比槽 4 “ ’ 44 - ’ 4 - ’ 4 - ’ 34 - ’ 34 - ’ -4 - ’ 4 - ’ - “ 经济效益分析 干防渗混合料取代阴极碳块底部“层耐火砖， “ 层耐火砖重约 - 5， 每吨耐火砖 ’ 元； 每台槽需 要约 ’ - 5干防渗混合料， 每吨价格“ - ’ 元， 采 用干防渗混合料每台电解槽需增加费用 ’ 3万元。 但电流效率提高可多产的 ’ 4 5铝， 一年就可收回 投资。此外， 电解槽寿命延长可节约大修费。 结语 异型侧部碳块取代普通侧部碳块使电解槽侧璧 整体性能加强， 侧部导热均匀， 有利于形成规整的电 解质结壳和伸腿， 能形成良好炉帮和规整的炉膛， 保 持稳定的电解槽热平衡， 对延长槽寿命、 提高各项生 产技术经济指标有重要作用。 试验槽的炉底温度、 阴极钢棒温度较低、 温度均 匀， 说明干防渗混合料保温性能好， 温度稳定变化不 大， 对改善电解槽热平衡， 降低电能消耗， 提高电流 效率， 降低生产成本是有积极意义的。 试验槽运行个月与对比槽比较 试验槽在分 子比调整相近； 在两水平控制接近的情况下， 工作电 压比对比槽低 ’ ， 炉底压降低“ * ， 电流效率 高 ’ “,， 运行状况优于对比槽。 4“ 有色金属 （冶炼部分）“ -年-期 万方数据