大型预焙铝电解槽早期破损初探.pdf

大型预焙铝电解槽早期破损初探 张明谦 （兰州连城铝业有限责任公司， 甘肃永登 “ “ “ ） 摘要 就大型预焙铝电解槽早期破损这一现象， 结合近几年投产的部分铝厂尤其是连城铝业电解新系列 启动的经验进行了分析， 指出筑炉材料和筑炉质量、 焙烧启动制度以及焙烧启动过程的管理是造成早期 破损的主要原因， 并针对这一现象提出了应对措施。 关键词 预焙铝电解槽； 早期破损 中图分类号 ; 4 5* A 3 4 3 AB C 9 D E C，F 4 5 E 4 5，1 8 4 G “ “ “ ，B ; 3 4 8） 4 2 9 “ , 7 “ ; H ; 4 A 4 4 I I J H 8 J D E 3 8 H 3 E 8 D 3 4 D J G G I M G D 8 J D H N H J 3 A 4 D 3 4 G 3 8 M 3 49 8 4 ; ; 4 5* A 3 4 3 AB A H D K 3 E 3 4 5A 8 D J 3 8 G 8 4 E7 8 3 D M，J 8 G D 3 4 5 8 4 E G D 8 J D HH J G G 8 4 EA 8 4 8 5 A 4 D C ; G 6 D 3 4 G 8 J 8 G H D I D J K 8 D ;； J H 8 J D E 3 8 H 3 E 8 D 3 4 作者简介张明谦 （ Q - Q ） ， 男， 工程师， 副厂长 近几年， 随着我国铝电解技术的进步和对铝需 求量的增加， 尤其是国家对电解铝环保政策的调整， 预焙电解铝发展很快， 一大批新建大型预焙铝电解 槽先后投产， 自焙槽铝厂也纷纷进行预焙化改造， 这 些都整体提升了我国电解铝的技术装备与水平， 但 在大型预焙槽开动过程中， 很多铝厂都遭遇过早期 破损的经历， 个别铝厂甚至出现过多台槽严重早期 破损， 被迫停槽， 给铝厂造成了较大的经济损失。 大型预焙槽早期破损的形式 大型预焙槽在焙烧启动阶段的破损停槽， 主要 有种表现形式 从阴极窗口漏电解质和漏铝液。 漏电解质一般发生在灌电解质启动后， 也有部分槽 在焙烧阶段就开始渗电解质， 启动后再次漏电解质， 补砸无效被迫停槽； 铝液漏出导致停槽大多发生在 启动灌铝后一个月左右， 且有明显征兆， 原铝中铁含 量上升到接近 R时， 就有漏炉危险。连城铝业有 限责任公司电解新系列启动过程中， 漏电解质和铝 液的情况都曾经出现， 刨炉以后发现， 炭素内衬破损 主要有以下,种形式（）阴极炭块断裂；（）人造 伸腿裂缝；（“）人造伸腿脱落；（,）炭块与扎固缝之 间裂缝。 破损原因分析 阴极炭块断裂 大型预焙槽焙烧启动过程中出现阴极炭块断 裂， 主要有这样几点原因 一是炭块存在质量缺陷， 如炭块成分不均匀， 焙烧温度不够 （要求“ S以 上） 或有暗裂纹等都可能使炭块在焙烧启动过程中 出现断裂现象； 二是电解槽焙烧过程中炉底温度不 均匀。焙烧过程中， 阳极电流分布的不均匀是绝对 的， 由此引起阴极电流分布不均匀， 如果不及时调整 或调整不好， 就会使阴极炭块的温度分布不均匀， 产 生较大的热应力， 最终有可能导致炭块断裂； 三是启 - 有色金属 （冶炼部分） 年期 万方数据 动制度不合理。大型预焙槽启动的一个重要条件就 是阴极表面温度必须达到 “ “ 以上， 方可启动， 若 表面温度偏低， 而强行灌入液体电解质启动 （干法启 动时强行拉弧） ， 就会使炭块表面与内部以及表面之 间温度梯度过大， 由于膨胀不均匀而产生内应力， 导 致炭块断裂。 连铝 “ 槽 “ “ 年’月 “日启动， 启动后 第天下午点， 突然从*面第个阴极窗口漏出 铝液， 采取措施无效后被迫停槽， 刨炉后发现第块 阴极炭块横向断裂， 裂缝宽 , ,， 铝液从此处漏下 布满整个防渗层表面。分析焙烧启动有关记录， 发 现阴、 阳极电流分布和炉底焙烧温度比较均匀， 最终 认定是炭块存在质量问题。 “ 人造伸腿裂缝 人造伸腿裂缝主要有这样几点原因 一是扎糊 理化指标或温度不合格。规定扎糊温度为 ““ “ ， 温度偏低或偏高尤其偏低对伸腿质量影响较 大； 二是扎固质量不好。如气压不合适、 扎固接头处 未扎好、 扎固不均匀或扎固层数及遍数不够等。三 是焙烧过程中， 阳极电流分布不均匀， 个别阳极通过 电流多， 由于未及时调整电流分布以及用物料封堵 对应塌壳冒火部位降温， 导致该阳极对应处人造伸 腿局部温度与相邻部位差别过大， 产生裂缝。 连铝 “ - 电解槽， “ “ 年-月 日灌电解 质启动， 启动过程中电压抬到 . /时， 即从*面第 个阴极窗口处漏电解质， 采取措施处理过程中， 一直时停时漏， 小时后， 槽内液体电解质大部分漏 掉， 电压上升且漏电解质部位局部呈烟花状喷出， 根 本无法补砸， 最后被迫停槽， 刨炉发现第组阴极炭 块对应处人造伸腿有一条 “ . 0 ,宽的裂缝， 检查 焙烧启动记录， 发现该槽阴、 阳极电流分布很不均 匀， 尤其* “阳极电流分布在焙烧过程中一直在 “ ’ , /， 最后认定该槽破损主要是焙烧启动制度不 合理。 “ 人造伸腿脱落 人造伸腿脱落的原因同人造伸腿裂缝类似， 主 要还是扎糊理化指标、 扎糊温度以及扎固质量与焙 烧启动等几个方面， 连铝 “ 电解槽启动小时 后， 从1面第 “根阴极窗口开始漏电解质， 也是时 停时漏， 稍后电解质呈喷泉状上冒， 检查过程中， 从 炉底扒出人造伸腿’块共 “ 0 ,长， 伸腿扒出后槽 子趋于平稳， 用镁砂、 氟化钙拌氧化铝等补在掉伸腿 部位， 小时后灌铝， 但第二天原铝中铁含量上升至 “ . 2， 该处棒头温度达到 “ ， 被迫停槽。分析 时排除焙烧启动原因， 认为扎固质量存在问题。 “ 炭块与扎糊间开裂 炭块与扎糊间开裂， 一是与扎糊理化指标、 糊温 及扎固质量有关； 二是与焙烧启动有关； 三是与启动 后炉底温度有关。焙烧过程中， 扎糊会发生固化收 缩现象 （ “ “ “ “ “ “ 时） ， 而炭块则出现膨胀， 因此 扎糊与炭块之间出现裂缝和空隙是不可避免的， 但 如果扎糊理化指标不合格或扎固质量不好， 则会出 现收缩大于膨胀过多的现象， 产生大的裂缝， 给启动 留下隐患； 若启动后灌铝过早或炉底持续高温， 铝液 将从扎糊与炭块的缝隙下渗熔化阴极钢棒， 最终导 致被迫停槽。- ’ 槽启动后长时间内铁含量一直 在“ . 2左右徘徊， 跟踪观测量 -天后， 第 根阴 极棒头温度达到 “ ， 切断该组阴极小母线后， 阴 极棒头温度仍达 “ “ 左右且呈暗红色， 紧急停槽， 刨炉后发现第 组阴极炭块与扎糊间有“ . 0 ,宽 裂缝， 铝液即从此处下渗， 熔化钢棒生成* 34 5合 金， 铝水布满整个炉底。分析各种相关记录后， 认为 焙烧启动工艺无大的问题， 主要是扎固缝质量差。 早期破损的应对措施 “ 提高筑炉材料质量 阴极炭块质量是影响槽寿命的一个重要因素， 因此， 必须选择正规炭素厂家生产的优质炭块， 否则 会给启动留下安全隐患； 此外， 扎糊质量与填充料类 型也非常重要， 必须按设计要求进行备料。 “ 提高筑炉质量 电解槽内衬的扎固质量是影响槽寿命的又一个 重要因素。气压不合适、 扎固力度不够， 层数遍数不 够， 扎固方式不合理等都会影响槽寿命。 “ 制定科学合理的焙烧启动制度， 并做好过程管 理 焙烧启动制度不合理会对槽寿命产生直接影 响， 因此必须制定科学合理的焙烧启动制度， 并严格 管理坚决执行， 否则将可能造成电解槽早期破损。 在焙烧启动过程中， 尤其要做好以下几点 （）及时合理地调整阴阳极电流分布。 （）启动第一个效应熄灭后到灌铝前槽电压必 须逐渐下降到 . /， 在这一点上要保证过程与结 果， 千万不能在灌铝前才降电压， 造成电压低、 槽温 高的状况， 给启动带来隐患。 （）启动结束后， 要严格控制阳极效应次数， 尤 其要避免大效应， 防止烧穿炉帮。 （下转第 “页） - 有色金属 （冶炼部分） “ “ 年期 万方数据 式中， 为修正因子， 根据理论计算与实验记录 （系统平稳时的出料流量） 比较， 取平均值得 “ ，为系统的随机误差。 因此， 如已知 、 ’ 高位槽的“ 、 “’， 以及阀门 开度的， 可以根据式 （ ） 计算出进料流量 。 ’ 实验验证 连续碳酸化分解在稳态时的周期一般为 ， 现 以’ “ “ *年 月’ 日某段时间的出料量作为 之 前的进料量， 即下表中的实际流量， 假设对应时 刻 （ 之前） 的阀门为半开状态， 即“ “ *， 对应 的高位槽液位以及上述软测量模型计算的模型流量 如下表所示。 ’／’’／ 模型流量“ ／ （ * , ） 实际流量 ／ （ * , ） 绝对误差 ／ （ * , ） 相对误差 ／- . ’ / * ’’ ’ / / ’ * * “. / *’ “ . “ / * ’’ ’ 0 ’’ ’ “ 0 ’“ . * * 0 / . ’ ’ “ “’ ’ * /’ * “ ’ * 0 ’ / * ’ ’ 0 . .’ ’ . ’ . .“ . * / ’ * “ . ’ 0’ ’ /’ . ’ 0 “ . . / . ’ * “ * ’ * ’ ’ * . “ 上表说明 该模型较好的反映了实际流量， 相对 误差， 可靠性高。 * 结语 用软测量模型可以根据两个高位槽的液位和阀 门的开度， 实时在线测量进料量； 也可以根据两个高 位槽的液位自动调节阀门开度， 维持进料量的稳定。 仿真实验和模拟计算表明该模型可靠性高， 对现场 生产具有较大的指导意义。 参考文献 ［］王志， 杨毅宏铝酸钠溶液碳酸化分解过程的影响因素 ［1］2有色金属， ’ “ “ ’， . （’） . * , . 2 ［’］李海青， 黄志饶2软测量技术原理及应用 ［3］2北京 化 学工业出版社， 0 0 0 2 ［*］杨欣荣， 凌玉华2软测量技术及其在铝电解槽温度测量 中的应用 ［1］2中南工业大学学报 （自然科学版） ， ’ “ “ *， * （） , . 2 ［.］胡燕瑜， 桂卫华， 李勇刚， 等2基于4 5神经网络的熔融 锌液流量检测 ［1］2有色金属， ’ “ “ *， （） . * , . 2 ［］陈敏恒2化工原理 ［3］2北京 化学工业出版社， 0 0 0 2 ［］张远君， 王平， 等译2流体力学大全 ［3］2北京 北京航 空航天大学出版社， 0 0 2 （上接第 页） （.）对启动后长期铁含量高或稳步上升的槽， 要进行认真检查， 确定破损部位， 采用镁砂修补。 “ 出现电解质、 铝液渗漏现象时， 应立即采取以 下措施 （）用镁砂 （氟化镁） 、 氧化铝、 碎壳面块等补砸 渗漏部位。 （’）提高渗漏部位对应的阳极组* “ . 6 ， 减少 该处导电。 （*）降低渗漏部位局部温度 （用风管吹或用冷 水刺） 。 （.）在灌铝前经常向渗漏处添加固体物料， 保 证局部的低槽温， 直至灌铝结束。 . 结语 造成电解槽早期破损的原因很多， 但只要把好 筑炉材料关、 筑炉质量关、 焙烧启动关和后期管理 关， 减少早期破损、 杜绝被迫停槽是完全可能的。 “’ 有色金属 （冶炼部分）’ “ “ 年’期 万方数据