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淺談鋁電解槽側部內(nèi)襯破損的修補方法

文檔作者：谷中軍1 溫生良1 李賢2 王剛3 文檔來源： 1．青海百河鋁業(yè)有限責任公司 2．青海橋頭鋁電股份有限公司 3．青海正益檢測技術有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年06月14日
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上一篇：砷對錫冶煉過程的危害及經(jīng)濟影響

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·18· 有色冶金節(jié)能口工藝節(jié)能
淺談鋁電解槽側部內(nèi)襯破損的修補方法
谷中軍1 溫生良1 李賢2 王剛3
(1．青海百河鋁業(yè)有限責任公司，青海西寧810100；2．青海橋頭鋁電股份有限公司，青海西寧810100；
3．青海正益檢測技術有限公司，青海西寧810100)
[摘要] 闡述了鋁電解槽側部內(nèi)襯破損的機理、預防措施及不停槽修補側部內(nèi)襯的一種熱修補方法，該方法可
延長電解槽使用壽命及降低企業(yè)生產(chǎn)成本。
[關鍵詞] 鋁電解；側部內(nèi)襯；預防措施；修補方法
[中圖分類號]TF821 [文獻標志碼]B [文章編號]1008—5122(2017)01—0018—03
Repairing Methods for Lateral Lining Damage of
Aluminum Reduction Cell
GU Zhong-inn，WEN Sheng—liang，LI Xian，WANG Gang
Abstract：In this paper，the mechanism of lateral lining damage of aluminum reduction cell，the preven。
tive measures and a hot repairing method for lateral lining without stopping the cell are expounded，which
extends the service life of the reduction cell and reduces the production cost．
Key words：aluminum electrolysis；lateral lining；preventive measures；repair methods
近十幾年來，我國電解鋁工業(yè)實現(xiàn)了飛速發(fā)展，
通過技術創(chuàng)新和采用先進技術，淘汰落后工藝和裝
備，我國鋁工業(yè)進入了世界先進行列。截至2015年
底產(chǎn)能已達到3 898萬t，其中400 kA及以上的電解
槽占總產(chǎn)能的51．7％以上?。
目前，國內(nèi)新建和改造的電解槽側部內(nèi)襯均采
用氮化硅結合碳化硅塊，這種內(nèi)襯具有如下優(yōu)點：熱
膨脹系數(shù)小，具有良好的熱震穩(wěn)定性；高溫抗蠕能力
強，耐腐蝕，耐極冷極熱、抗氧化；在1 200～1 400℃
高溫下，幾乎保持與常溫下相同時間的強度和硬度，
最高安全使用溫度可達到1 650～1 750℃；密度≥
2．65 g／cm2、常溫耐壓強≥170 MPa、常溫抗折強度
≥30 MPa，莫氏硬度約為9，硬度僅次于金剛石。
據(jù)文獻報道。2J：至今沒有任何材料能長期經(jīng)受
電解質(zhì)和鋁的聯(lián)合腐蝕，都必須借助于側部內(nèi)襯的
保護。側部內(nèi)襯可以很好地保護電解槽體，從而延
長電解槽的使用壽命。隨著電解槽運行時間的延
[收稿日期]2016—09—20
[作者簡介]谷中軍(1981一)，男，湖南宜章人，大學本
科，助理工程師，從事電解鋁生產(chǎn)管理工作。
長，側部內(nèi)襯都會出現(xiàn)不同程度的破損，采取有效的
預防措施和局部修補方法，對延長電解槽使用壽命，
降低生產(chǎn)成本，有著重要的實際意義。
1 側部內(nèi)襯破損的機理
電解槽側部內(nèi)襯在爐幫空化后，電解質(zhì)和鋁液
直接與側部內(nèi)襯接觸，此時，電解槽人造伸腿以上的
側部炭塊受到電解質(zhì)和鋁液侵蝕，人造伸腿以下的
由人造伸腿保護未受到侵蝕。有文獻報道¨。，對于
線性熱膨脹系數(shù)，被侵蝕過的炭塊比未被侵蝕的炭
塊低得多，大概在3～4倍之間。故沿側部內(nèi)襯的厚
度方向的侵蝕程度有很大波動，在電解槽生產(chǎn)過程
中，被侵蝕的和未被侵蝕的部分因溫度波動造成了
內(nèi)襯的破損。
電解槽在生產(chǎn)過程中溫度波動是不可避免的，
對熔體接觸的側部內(nèi)襯部分影響較大。在被侵蝕的
炭塊中，溫度升高或下降會在被侵蝕的部分中因變
形而產(chǎn)生熱應力，由于被侵蝕的和未被侵蝕的炭塊
熱膨脹系數(shù)相差很大，產(chǎn)生的熱應力也很大，被侵蝕
的和未被侵蝕的側部內(nèi)襯邊界會產(chǎn)生剪切力，這時
萬方數(shù)據(jù)
2017年2月第1期淺談鋁電解槽側部內(nèi)襯破損的修補方法——谷中軍溫生良李賢等·19·
剪切力造成側部炭塊在人造伸腿最上端產(chǎn)生了分
層，然而隨著電解槽的運行，人造伸腿上面的側部炭
塊被頂起，長期運行后側部炭塊逐漸破損嚴重，當電
解槽運行不穩(wěn)定時出現(xiàn)爐幫融化，局部側部溫度過
高或出現(xiàn)爐幫發(fā)紅的現(xiàn)象。
2側部內(nèi)襯破損的預防措施
鋁電解槽側部內(nèi)襯基本上都是采用氮化硅結合
碳化硅塊，這種材料具有較好的物理性能，也是目前
最好的電解槽內(nèi)襯材料，但是不能長期承受電解質(zhì)
和鋁液的聯(lián)合腐蝕，因此需要采取措施保護電解槽
側部內(nèi)襯。
2．1改進電解槽人造伸腿
目前，國內(nèi)電解鋁生產(chǎn)都采用低電壓生產(chǎn)工藝。
在低電壓生產(chǎn)工藝條件下，為穩(wěn)定電解槽的生產(chǎn)，鋁
水平高度都有不同程度的升高，鋁液和電解質(zhì)的界
面、電解槽的反應區(qū)域相應增大，這樣側部炭塊更易
被腐蝕破壞。故確定適宜的人造伸腿‘扎筑尺寸，可
有效地保護電解槽側部內(nèi)襯炭塊，使其免受電解質(zhì)
和鋁液的沖刷腐蝕。某公司240 kA鋁電解槽人造
伸腿高度為220 mm，寬度為180 mm，通過技術改造
后將人造伸腿高度調(diào)整為280 mm，寬度調(diào)整為260
mm；同時，在人造伸腿扎筑時采用冷搗糊。冷搗糊
具有優(yōu)良的搗實性能，糊料容易搗實均勻并且能夠快
速測定糊的搗實密度，不易出現(xiàn)“干糊”、“濕糊”和分層
的現(xiàn)象，這很大程度上彌補了粘結度較低的缺陷H“1。
2．2提高鋁水平高度增加側部散熱
隨著電解槽生產(chǎn)管理以及操作水平的提高，現(xiàn)
在陽極效應系數(shù)已被控制到0．001次·槽／日，陽極
效應時間已被控制到60 s；換極質(zhì)量的提高，減少了
電解槽側部內(nèi)襯破損的人為因素。在低電壓生產(chǎn)工
藝下提高了鋁水平，增加了側部散熱，又在陽極上增
加保溫料，需要在側部形成既保溫又絕緣的爐幫，這
是個對立而矛盾的關系。有文獻報道‘7|，陽極保溫
料每增減1 em，相當于60 mV槽電壓產(chǎn)生的熱量。
在電壓不變的情況下，增加陽極保溫料，相當于增加
了電解槽的極距，降低了鋁的二次反應。同樣調(diào)整
鋁水平也可改變電解槽的熱收入，調(diào)整1 em鋁水平
相當于70 mV電壓產(chǎn)生的熱量，并且鋁水平越高，槽
內(nèi)鋁液鏡面的波動越小，流動越平穩(wěn)，析出的鋁液參
與二次反應的機會減少，在降低槽溫及電解質(zhì)的過
熱度方面都有很大的好處，這些都是形成爐幫的先
決條件。某公司240 kA鋁電解槽鋁水平高度由22
em逐步提高到28～30 em。
2．3減少機械破損
電解槽基本上每兩天更換一次陽極，在更換陽
極時通常由操作多功能天車完成陽極周邊加工工
作，操作人員有時會因技術不熟練和視線不良碰掉
側部碳化硅。另外由于邊部加工頻繁或方法不當，
也會造成電解槽側部破損。因此，應加大對操作人
員培訓力度，提高操作技能，在邊部加工時必須離側
部炭塊80 mm以上。
3側部內(nèi)襯修補方法
目前，國內(nèi)電解鋁企業(yè)都采用不停槽熱修補方
法，某公司采用的也是不停槽熱修補方法，但是與傳
統(tǒng)的熱修補方法有所不同，該公司的熱修補方法對
鋁液質(zhì)量沒有任何影響。
3．1傳統(tǒng)熱修補方法
傳統(tǒng)熱修補方法是在側部內(nèi)襯破損修補部位對
應的陽極端頭處插下一片鋼板，鋼板起到阻擋電解
質(zhì)和鋁液的作用，然后在鋼板和槽殼之間補加一定
量的碎料塊，用多功能天車的打殼機構將修補處砸
實，砸實后在破損處沿著槽殼用風鎬刨開一條溝槽，
溝槽尺寸根據(jù)現(xiàn)場實際情況而定，一般溝槽刨到人
造伸腿的上沿，深度約20 em，寬度約12 em，刨溝槽或
者清理溝槽過程中出現(xiàn)少量滲鋁的現(xiàn)象，一般用耐火
泥和紅土泥糊住，再清理干凈溝槽，最下部噴撒煤焦
油，用100℃左右的熱搗糊找平下部后將側部炭塊放置
于溝槽內(nèi)。安裝側部炭塊時要求相鄰側部炭塊之間縫
隙盡可能小、側部炭塊上表面與電解槽槽沿板齊平或
降低1 cm，炭塊與側部槽殼之間的縫隙用氧化鋁粉填
充，上述施工完成后，將鋼板拔出，最后焊接壓鐵板。
3．2熱修補方法的優(yōu)化改進
修補方法改進的目的是在電解槽側部內(nèi)襯進行
修補時不影響電解槽運行和鋁液質(zhì)量。公司技術人
員研究后決定，修補時斷開修補部位對應的陽極導
桿，讓該陽極不導電，修補部位的溫度有所降低、磁
場減弱、在修補時滲鋁幾率較少，插入鋼板后對鋁液
質(zhì)量沒有影響，但能達到傳統(tǒng)熱修補方法的修補效
果。刨溝槽等工序與傳統(tǒng)熱修補方法工序一致，但
最下部找平的糊料應用了冷搗糊。
修補時為保證施工安全，斷開陽極導桿后，在導
桿與水平母線、導桿與小盒卡具之間都要包裹牛皮
紙，同時確保導桿垂直不與掛鉤接觸。防止因發(fā)生
突發(fā)陽極效應，造成接觸部位導電、局部過流、掛鉤
萬方數(shù)據(jù)
·20· 有色冶金節(jié)能口工藝節(jié)能
卡具損壞等事故的發(fā)生。
在電解槽側部內(nèi)襯修補期間，陽極導桿可斷電
的理論分析：某公司240 kA電解槽是雙陽極，陽極
電流密度為0．733 A／cm2，當一組陽極不導電時其
他陽極分擔了該組陽極的電流，此時陽極電流密度
增大至0．782 A／cm2。據(jù)文獻報道"。1?：隨著陽極
炭塊生產(chǎn)工藝水平的提高，目前陽極炭塊的電流密
度可達0．9 A／cm2以上，故斷開一組陽極導桿后實
施爐幫熱修補是可行的。
鋁電解生產(chǎn)中最主要的操作是更換陽極，在正
常生產(chǎn)情況下每槽兩天需更換一次陽極，更換陽極
時間大約20 rain，新陽極上槽后由于陽極與電解質(zhì)
之間存在巨大溫差，在新陽極浸入電解質(zhì)與陽極底
掌接觸后，因溫差原因在陽極底掌表面形成一層電
解質(zhì)凝殼，這一層凝殼將液態(tài)電解質(zhì)與陽極完全隔
離，從而使陽極炭塊失去導電作用。隨著新陽極
掛槽時間的延長、溫度逐漸升高，新陽極底掌表面
電解質(zhì)凝殼逐步熔化，陽極電流分布面積也逐步
增大，16 h后陽極電流分布面積達到70％，而修補
側部內(nèi)襯時斷開陽極的時間一般不超過3 h，這充
分證明在3 h內(nèi)斷開一組陽極對電解槽不會造成
任何影響。
3．3效果分析
熱修補方法改進前后修補的電解槽鋁液中鐵含
量的對比分析結果見表1。
從表1可以看出，熱修補方法改進前由于鋼板
在電解質(zhì)高溫下熔化，鋁液中鐵含量明顯升高，在實
際生產(chǎn)中個別電解槽修補后鐵含量高達0．63％；熱
修補方法改進后對鋁液中鐵含量沒有任何影響，確
保了鋁液的合格率。
表1熱修補方法改進前后原鋁中鐵含量的對比分析(Fe％)
改進后
520
536
O．10
O．13
0．12
0．13
0．12
0．12
0．11
0．12
電解槽側部內(nèi)襯破損部位修補前后爐幫溫度及為企業(yè)創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟效益。
爐幫厚度的測量對比分析結果見表2。[參考文獻]
表2修補前后爐幫溫度及爐幫厚度對比分析
項目420 436 520 536
爐幫溫度／℃ 389 392 394 385
修補前
爐幫厚度／。。0 0 O O
爐幫溫度／'E 286 278 291 284
修補后
爐幫厚度／cm 8．0 7．5 7．O 9．0
從表2可以看出，電解槽側部內(nèi)襯破損部位修
補后，爐幫厚度增加了8 cm左右，爐幫溫度降低了
100 oC以上，沒有發(fā)生爐幫發(fā)紅的現(xiàn)象，電解槽運行
穩(wěn)定，爐膛逐步規(guī)整。現(xiàn)已平穩(wěn)運行了一年多，取得
了顯著的經(jīng)濟效益。
4 結語
通過實施電解槽側部內(nèi)襯熱修補方法的改進，
減少了側部內(nèi)襯破損的幾率，確保了生產(chǎn)槽臺數(shù)，減
輕了工人的勞動量，保證了電解槽的持續(xù)平穩(wěn)生產(chǎn)，
同時也確保了原鋁質(zhì)量，延長了電解槽的使用壽命，
[1] 中國有色金屬工業(yè)協(xié)會．2015年鋁工業(yè)發(fā)展報告
[R]．北京：中國有色金屬工業(yè)協(xié)會輕金屬部，2016．
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