0 前言
因工作之便，筆者曾對(duì)G公司第一代電解槽槽壽命進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，鋁電解槽采用160kA電解槽生產(chǎn)技術(shù)，電解系列采用大面四點(diǎn)進(jìn)電技術(shù)，設(shè)計(jì)槽壽命為1500天。第一代電解槽于1994年9月底開始相繼焙燒啟動(dòng)，由于設(shè)計(jì)、材料、施工和生產(chǎn)治理等原因，其中第一代槽業(yè)已完成使命。據(jù)統(tǒng)計(jì)表明G公司160kA系列電解槽第一代槽的實(shí)際平均運(yùn)行壽命只有1343天，與原設(shè)計(jì)要求的1500天槽壽命還有一定的差距。因此分析和研究電解槽早期破損原因，探討延長槽壽命的對(duì)策，對(duì)鋁工業(yè)未來的發(fā)展是非常必要的。筆者結(jié)合自己在G公司160kA系列電解槽的生產(chǎn)實(shí)踐和研究心得，僅對(duì)生產(chǎn)治理上影響槽壽命的一些因素進(jìn)行分析和探討。
1 焙燒啟動(dòng)對(duì)槽子壽命的影響
多年的生產(chǎn)實(shí)踐證實(shí)，槽子的運(yùn)行壽命與焙燒啟動(dòng)關(guān)系很大，好的焙燒啟動(dòng)技術(shù)對(duì)延長槽壽命非常有益。C公司160kA系列電解槽第一代槽全部采用鋁液焙燒啟動(dòng)技術(shù)，而鋁液焙燒有其致命的缺點(diǎn)：通電前把液體鋁添加到陰極上，會(huì)引起陰極塊和搗固糊表面快速升溫，使陰極遭受熱沖擊而產(chǎn)生缺陷，同時(shí)液體鋁粘度低，在其凝固前有可能滲入陰極中任何細(xì)小的裂紋和孔洞，熱脹冷縮，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損傷陰極內(nèi)襯層；焙燒后期，為了獲得將電解槽加熱到運(yùn)行溫度所必須的鋁液層電壓降，必須調(diào)整陽極-鋁液的接觸，既抬陽極(1至2個(gè)回轉(zhuǎn)數(shù) /h)，這樣就會(huì)造成電流分布不均，導(dǎo)致槽內(nèi)升溫速度差別大，從而破壞陰極。G公司160kA系列第一代電解槽啟動(dòng)初期有16臺(tái)槽發(fā)生滲鋁的事實(shí)，及對(duì)停爐大修的電解槽刨爐解剖時(shí)發(fā)現(xiàn)：槽齡短的槽槽底變形嚴(yán)重程度、陰極鋼棒腐蝕、彎曲厲害程度、陰極內(nèi)襯縫隙充塞鋁和電解質(zhì)及陰極鋼棒四周生成的鋁鐵合金的量均高于槽齡長的槽，之所以出現(xiàn)這種結(jié)果，是因?yàn)椴捎昧虽X液焙燒技術(shù)及鋁液焙燒本身存在的缺陷所致，因此可以說鋁液焙燒嚴(yán)重地影響了G公司160kA系列一代槽的壽命(見表1)。
2 生產(chǎn)技術(shù)治理對(duì)槽子壽命的影響
生產(chǎn)治理(主要是指技術(shù)條件的治理)是影響槽子壽命的另一重要因素。按電解槽的運(yùn)行態(tài)勢(shì)，電解槽的生產(chǎn)治理一般可分為非正常期治理(即啟動(dòng)和啟動(dòng)初期)、正常期治理和破損期治理(即后期治理)。
2．1 非正常期治理
電解槽啟動(dòng)初期，要視電解槽的實(shí)際運(yùn)行情況即槽況，逐步地調(diào)整好技術(shù)條件(如CR、槽電壓、NB間隔，建立起較理想的能量平衡，形成規(guī)整的槽堂內(nèi)形即爐幫)。但c公司160kA系列電解槽的第一代槽在啟動(dòng)初期，由于供料系統(tǒng)不很正常，經(jīng)常缺料，或冒、漏料。電解槽經(jīng)常缺料，突發(fā)AE多，槽溫偏高，電解槽長期不能形成穩(wěn)定的能量平衡，爐幫長期無法形成，側(cè)部碳?jí)K長期受電解質(zhì)的沖刷和腐蝕，并且陰極在高溫下吸鈉膨脹加劇；而電解槽冒料或漏料，則易在爐底形成沉淀，產(chǎn)生沉淀的部位，爐底壓降大，導(dǎo)致爐底電流分布不均，并且有沉淀處陰極過冷，無沉淀處過熱，產(chǎn)生熱應(yīng)力導(dǎo)致陰極早期破損。這是影響G公司160kA系列一代槽壽命不可忽視的原因之一。另外一個(gè)原因是有二個(gè)區(qū)在電解槽啟動(dòng)初期開展了快速降CR試驗(yàn)，即槽子啟動(dòng)后第16天就開始添加AlF3降CR，之后30天確保CR值降到1．2，同時(shí)槽溫度也由970℃降至950℃C左右。由于在快速降CR試驗(yàn)中，CR和溫度降低頻度過快，同時(shí)其它相關(guān)的技術(shù)條件和操作又沒有匹配好，造成爐底趨冷，形成沉淀或結(jié)殼，從而加速了鈉離子的滲透速度，加劇了陰極的膨脹。這可從快速降CR的槽運(yùn)行情況得以證實(shí)：有些快速降CR的槽運(yùn)行不到90天就開始出現(xiàn)陰極破損(見表2)。
2．2 正常期治理
電解槽啟動(dòng)后大約80天即可轉(zhuǎn)入正常期治理。正常期治理的重點(diǎn)是保證電解槽在合理的生產(chǎn)技術(shù)條件(主要指槽電壓、CR、電解溫度、兩水平、AE系數(shù)等)下平穩(wěn)運(yùn)行，形成規(guī)整的爐膛。假如技術(shù)條件控制不好，會(huì)引起槽溫波動(dòng)，造成內(nèi)襯各部位溫度的波動(dòng)，不能形成穩(wěn)定的爐幫，從而導(dǎo)致內(nèi)襯孔隙沉積物和生成物的變化，這是加速陰極變形(如上抬、開裂)的主要原因(見表3)。
G公司160kA系列第一代電解槽在轉(zhuǎn)入正常期后，個(gè)別工區(qū)調(diào)整和穩(wěn)定技術(shù)條件的工作沒有做好，表現(xiàn)在有些槽子鋁水平、溫度、CR波動(dòng)大，爐子長期無法形成爐幫，爐底溫度忽高忽低，槽子運(yùn)行總是不能脫離長沉淀、長伸腿或結(jié)殼←→化沉淀、伸腿或結(jié)殼的惡性循環(huán)，產(chǎn)生沉淀或結(jié)殼的部位，電阻大，電流不易流過，造成電解槽有沉淀處的陰極偏冷和無沉淀處的陰極偏熱，產(chǎn)生熱應(yīng)力導(dǎo)致陰極發(fā)生早期破損，嚴(yán)重影響了槽子壽命；此外，G公司160kA系列一代槽生產(chǎn)中AE系數(shù)控制不好，也是影響其槽子壽命的一大因素。一代槽運(yùn)行期間的平均AE系數(shù)高達(dá)1．5，頻繁的AE沖擊導(dǎo)致槽子運(yùn)行過程中不能形成穩(wěn)定的爐膛。
2．3 破損槽的治理
G公司在第一代電解槽的生產(chǎn)治理中，對(duì)最初出現(xiàn)的一批破損槽治理措施不當(dāng)，表現(xiàn)在：不能準(zhǔn)確判定出破損部位，沒有把握可行的修補(bǔ)方法，沒能制訂出合適的識(shí)別基準(zhǔn)。結(jié)果導(dǎo)致這批槽突發(fā)漏爐率高，槽齡極短。一般來說，電解槽一旦出現(xiàn)破損，只要及時(shí)采取合適的修補(bǔ)方法，槽子還能運(yùn)行一至二年，而G公司電解槽在發(fā)現(xiàn)破損后一般運(yùn)行不到半年就停了，之所以這樣，一是因?yàn)榻?jīng)驗(yàn)不足，二是因?yàn)殡娊獠鄣募夹g(shù)條件調(diào)整不當(dāng)。
3 提高槽壽命實(shí)踐
3．1 采用焦粒焙燒啟動(dòng)技術(shù)
自1998年開始，G公司大修槽重新啟動(dòng)時(shí)均采取自主開發(fā)的焦粒焙燒啟動(dòng)技術(shù)，由于該焦粒焙燒啟動(dòng)技術(shù)焙燒期間陽極電流分布均勻，啟動(dòng)時(shí)先灌電解質(zhì)液，后灌鋁液，這樣就能使陰極在焙燒時(shí)形成的裂紋或孔洞被液體電解質(zhì)有效填充，從而有效地避免了鋁液焙燒啟動(dòng)時(shí)鋁液滲入給電解槽造成的損害，杜絕了電解槽在焙燒啟動(dòng)初期就發(fā)生破損漏鋁現(xiàn)象，有利于延長槽壽命。自從采用了焦粒焙燒啟動(dòng)以來，G公司還未曾有1臺(tái)電解槽出現(xiàn)早期破損漏鋁現(xiàn)象。
3．2 規(guī)范技術(shù)條件治理
在電解槽運(yùn)行期的技術(shù)治理雖不能改變槽子本身的設(shè)計(jì)缺陷和焙燒啟動(dòng)期間埋下的隱患，但它對(duì)提高技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和延長槽壽命意義重大。電解槽的技術(shù)條件治理要力求實(shí)現(xiàn)：電解生產(chǎn)平穩(wěn)，爐底干凈，爐膛規(guī)整。電解鋁生產(chǎn)主要技術(shù)條件有槽電壓、CR、電解溫度、兩水平、AE系數(shù)，槽電壓設(shè)定是否合理首先要視極距是否合理，其次是看電解溫度和CR等，電解溫度是否在合理范圍主要根據(jù)電解質(zhì)的CR等判定，電解質(zhì)溫度一般要比電解質(zhì)的初晶點(diǎn)高10度至15度，鋁水平的高低則與電解槽的設(shè)計(jì)水平有關(guān)，假如電解槽的磁場和流場等設(shè)計(jì)合理則鋁水平可適當(dāng)?shù)忘c(diǎn)，這樣有利于降低能耗，至于AE系數(shù)不僅與電解槽計(jì)算機(jī)控制水平高低有關(guān)，而且也與槽況有關(guān)，因此在制訂電解槽生產(chǎn)技術(shù)條件時(shí)，一定要視槽子的實(shí)際運(yùn)行情況，不可機(jī)械的照搬。
3.3 加強(qiáng)破損槽的修補(bǔ)維護(hù)工作
電解槽破損是電解鋁生產(chǎn)上司空見慣的事，碰到電解槽破損時(shí)也用不了驚慌，要分析電解槽破損部位和原因，是陰極碳?jí)K開裂、剝層、腐蝕，還是扎固部位破損，根據(jù)槽子的破損情況，制定出合理的修補(bǔ)維護(hù)措施：采取用鎂磚碎塊、氟化鈣和爐底沉淀的混合物堵塞裂縫或孔洞，并制定出合理的技術(shù)條件(如適當(dāng)提高鋁水平，適當(dāng)降低AE系數(shù)和槽溫度等)，穩(wěn)定槽況假如方法得當(dāng)，可延長槽齡100～300天。
4 結(jié)束語
影響槽壽命的因素較多，但作為電解槽的治理者和操作者來說，主要靠選擇較好的焙燒啟動(dòng)技術(shù)(如焦粒焙燒啟動(dòng))和制定出合理的技術(shù)條件等措施，確保槽子爐幫規(guī)整、爐底干凈、運(yùn)行平穩(wěn)，從而實(shí)現(xiàn)延長槽壽命。當(dāng)然加強(qiáng)對(duì)破損槽的修補(bǔ)和維護(hù)也是延長槽壽命的有效手段。
參考文獻(xiàn)
[1] 邱竹賢。鋁電解原理與應(yīng)用。徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1998。
[2] 程祥等。平果鋁320kA電解槽啟動(dòng)技術(shù)的開發(fā)和運(yùn)用。輕金屬，2003(1)：16-18。
因工作之便，筆者曾對(duì)G公司第一代電解槽槽壽命進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，鋁電解槽采用160kA電解槽生產(chǎn)技術(shù)，電解系列采用大面四點(diǎn)進(jìn)電技術(shù)，設(shè)計(jì)槽壽命為1500天。第一代電解槽于1994年9月底開始相繼焙燒啟動(dòng)，由于設(shè)計(jì)、材料、施工和生產(chǎn)治理等原因，其中第一代槽業(yè)已完成使命。據(jù)統(tǒng)計(jì)表明G公司160kA系列電解槽第一代槽的實(shí)際平均運(yùn)行壽命只有1343天，與原設(shè)計(jì)要求的1500天槽壽命還有一定的差距。因此分析和研究電解槽早期破損原因，探討延長槽壽命的對(duì)策，對(duì)鋁工業(yè)未來的發(fā)展是非常必要的。筆者結(jié)合自己在G公司160kA系列電解槽的生產(chǎn)實(shí)踐和研究心得，僅對(duì)生產(chǎn)治理上影響槽壽命的一些因素進(jìn)行分析和探討。
1 焙燒啟動(dòng)對(duì)槽子壽命的影響
多年的生產(chǎn)實(shí)踐證實(shí)，槽子的運(yùn)行壽命與焙燒啟動(dòng)關(guān)系很大，好的焙燒啟動(dòng)技術(shù)對(duì)延長槽壽命非常有益。C公司160kA系列電解槽第一代槽全部采用鋁液焙燒啟動(dòng)技術(shù)，而鋁液焙燒有其致命的缺點(diǎn)：通電前把液體鋁添加到陰極上，會(huì)引起陰極塊和搗固糊表面快速升溫，使陰極遭受熱沖擊而產(chǎn)生缺陷，同時(shí)液體鋁粘度低，在其凝固前有可能滲入陰極中任何細(xì)小的裂紋和孔洞，熱脹冷縮，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損傷陰極內(nèi)襯層；焙燒后期，為了獲得將電解槽加熱到運(yùn)行溫度所必須的鋁液層電壓降，必須調(diào)整陽極-鋁液的接觸，既抬陽極(1至2個(gè)回轉(zhuǎn)數(shù) /h)，這樣就會(huì)造成電流分布不均，導(dǎo)致槽內(nèi)升溫速度差別大，從而破壞陰極。G公司160kA系列第一代電解槽啟動(dòng)初期有16臺(tái)槽發(fā)生滲鋁的事實(shí)，及對(duì)停爐大修的電解槽刨爐解剖時(shí)發(fā)現(xiàn)：槽齡短的槽槽底變形嚴(yán)重程度、陰極鋼棒腐蝕、彎曲厲害程度、陰極內(nèi)襯縫隙充塞鋁和電解質(zhì)及陰極鋼棒四周生成的鋁鐵合金的量均高于槽齡長的槽，之所以出現(xiàn)這種結(jié)果，是因?yàn)椴捎昧虽X液焙燒技術(shù)及鋁液焙燒本身存在的缺陷所致，因此可以說鋁液焙燒嚴(yán)重地影響了G公司160kA系列一代槽的壽命(見表1)。
2 生產(chǎn)技術(shù)治理對(duì)槽子壽命的影響
生產(chǎn)治理(主要是指技術(shù)條件的治理)是影響槽子壽命的另一重要因素。按電解槽的運(yùn)行態(tài)勢(shì)，電解槽的生產(chǎn)治理一般可分為非正常期治理(即啟動(dòng)和啟動(dòng)初期)、正常期治理和破損期治理(即后期治理)。
2．1 非正常期治理
電解槽啟動(dòng)初期，要視電解槽的實(shí)際運(yùn)行情況即槽況，逐步地調(diào)整好技術(shù)條件(如CR、槽電壓、NB間隔，建立起較理想的能量平衡，形成規(guī)整的槽堂內(nèi)形即爐幫)。但c公司160kA系列電解槽的第一代槽在啟動(dòng)初期，由于供料系統(tǒng)不很正常，經(jīng)常缺料，或冒、漏料。電解槽經(jīng)常缺料，突發(fā)AE多，槽溫偏高，電解槽長期不能形成穩(wěn)定的能量平衡，爐幫長期無法形成，側(cè)部碳?jí)K長期受電解質(zhì)的沖刷和腐蝕，并且陰極在高溫下吸鈉膨脹加劇；而電解槽冒料或漏料，則易在爐底形成沉淀，產(chǎn)生沉淀的部位，爐底壓降大，導(dǎo)致爐底電流分布不均，并且有沉淀處陰極過冷，無沉淀處過熱，產(chǎn)生熱應(yīng)力導(dǎo)致陰極早期破損。這是影響G公司160kA系列一代槽壽命不可忽視的原因之一。另外一個(gè)原因是有二個(gè)區(qū)在電解槽啟動(dòng)初期開展了快速降CR試驗(yàn)，即槽子啟動(dòng)后第16天就開始添加AlF3降CR，之后30天確保CR值降到1．2，同時(shí)槽溫度也由970℃降至950℃C左右。由于在快速降CR試驗(yàn)中，CR和溫度降低頻度過快，同時(shí)其它相關(guān)的技術(shù)條件和操作又沒有匹配好，造成爐底趨冷，形成沉淀或結(jié)殼，從而加速了鈉離子的滲透速度，加劇了陰極的膨脹。這可從快速降CR的槽運(yùn)行情況得以證實(shí)：有些快速降CR的槽運(yùn)行不到90天就開始出現(xiàn)陰極破損(見表2)。
2．2 正常期治理
電解槽啟動(dòng)后大約80天即可轉(zhuǎn)入正常期治理。正常期治理的重點(diǎn)是保證電解槽在合理的生產(chǎn)技術(shù)條件(主要指槽電壓、CR、電解溫度、兩水平、AE系數(shù)等)下平穩(wěn)運(yùn)行，形成規(guī)整的爐膛。假如技術(shù)條件控制不好，會(huì)引起槽溫波動(dòng)，造成內(nèi)襯各部位溫度的波動(dòng)，不能形成穩(wěn)定的爐幫，從而導(dǎo)致內(nèi)襯孔隙沉積物和生成物的變化，這是加速陰極變形(如上抬、開裂)的主要原因(見表3)。
G公司160kA系列第一代電解槽在轉(zhuǎn)入正常期后，個(gè)別工區(qū)調(diào)整和穩(wěn)定技術(shù)條件的工作沒有做好，表現(xiàn)在有些槽子鋁水平、溫度、CR波動(dòng)大，爐子長期無法形成爐幫，爐底溫度忽高忽低，槽子運(yùn)行總是不能脫離長沉淀、長伸腿或結(jié)殼←→化沉淀、伸腿或結(jié)殼的惡性循環(huán)，產(chǎn)生沉淀或結(jié)殼的部位，電阻大，電流不易流過，造成電解槽有沉淀處的陰極偏冷和無沉淀處的陰極偏熱，產(chǎn)生熱應(yīng)力導(dǎo)致陰極發(fā)生早期破損，嚴(yán)重影響了槽子壽命；此外，G公司160kA系列一代槽生產(chǎn)中AE系數(shù)控制不好，也是影響其槽子壽命的一大因素。一代槽運(yùn)行期間的平均AE系數(shù)高達(dá)1．5，頻繁的AE沖擊導(dǎo)致槽子運(yùn)行過程中不能形成穩(wěn)定的爐膛。
2．3 破損槽的治理
G公司在第一代電解槽的生產(chǎn)治理中，對(duì)最初出現(xiàn)的一批破損槽治理措施不當(dāng)，表現(xiàn)在：不能準(zhǔn)確判定出破損部位，沒有把握可行的修補(bǔ)方法，沒能制訂出合適的識(shí)別基準(zhǔn)。結(jié)果導(dǎo)致這批槽突發(fā)漏爐率高，槽齡極短。一般來說，電解槽一旦出現(xiàn)破損，只要及時(shí)采取合適的修補(bǔ)方法，槽子還能運(yùn)行一至二年，而G公司電解槽在發(fā)現(xiàn)破損后一般運(yùn)行不到半年就停了，之所以這樣，一是因?yàn)榻?jīng)驗(yàn)不足，二是因?yàn)殡娊獠鄣募夹g(shù)條件調(diào)整不當(dāng)。
3 提高槽壽命實(shí)踐
3．1 采用焦粒焙燒啟動(dòng)技術(shù)
自1998年開始，G公司大修槽重新啟動(dòng)時(shí)均采取自主開發(fā)的焦粒焙燒啟動(dòng)技術(shù)，由于該焦粒焙燒啟動(dòng)技術(shù)焙燒期間陽極電流分布均勻，啟動(dòng)時(shí)先灌電解質(zhì)液，后灌鋁液，這樣就能使陰極在焙燒時(shí)形成的裂紋或孔洞被液體電解質(zhì)有效填充，從而有效地避免了鋁液焙燒啟動(dòng)時(shí)鋁液滲入給電解槽造成的損害，杜絕了電解槽在焙燒啟動(dòng)初期就發(fā)生破損漏鋁現(xiàn)象，有利于延長槽壽命。自從采用了焦粒焙燒啟動(dòng)以來，G公司還未曾有1臺(tái)電解槽出現(xiàn)早期破損漏鋁現(xiàn)象。
3．2 規(guī)范技術(shù)條件治理
在電解槽運(yùn)行期的技術(shù)治理雖不能改變槽子本身的設(shè)計(jì)缺陷和焙燒啟動(dòng)期間埋下的隱患，但它對(duì)提高技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和延長槽壽命意義重大。電解槽的技術(shù)條件治理要力求實(shí)現(xiàn)：電解生產(chǎn)平穩(wěn)，爐底干凈，爐膛規(guī)整。電解鋁生產(chǎn)主要技術(shù)條件有槽電壓、CR、電解溫度、兩水平、AE系數(shù)，槽電壓設(shè)定是否合理首先要視極距是否合理，其次是看電解溫度和CR等，電解溫度是否在合理范圍主要根據(jù)電解質(zhì)的CR等判定，電解質(zhì)溫度一般要比電解質(zhì)的初晶點(diǎn)高10度至15度，鋁水平的高低則與電解槽的設(shè)計(jì)水平有關(guān)，假如電解槽的磁場和流場等設(shè)計(jì)合理則鋁水平可適當(dāng)?shù)忘c(diǎn)，這樣有利于降低能耗，至于AE系數(shù)不僅與電解槽計(jì)算機(jī)控制水平高低有關(guān)，而且也與槽況有關(guān)，因此在制訂電解槽生產(chǎn)技術(shù)條件時(shí)，一定要視槽子的實(shí)際運(yùn)行情況，不可機(jī)械的照搬。
3.3 加強(qiáng)破損槽的修補(bǔ)維護(hù)工作
電解槽破損是電解鋁生產(chǎn)上司空見慣的事，碰到電解槽破損時(shí)也用不了驚慌，要分析電解槽破損部位和原因，是陰極碳?jí)K開裂、剝層、腐蝕，還是扎固部位破損，根據(jù)槽子的破損情況，制定出合理的修補(bǔ)維護(hù)措施：采取用鎂磚碎塊、氟化鈣和爐底沉淀的混合物堵塞裂縫或孔洞，并制定出合理的技術(shù)條件(如適當(dāng)提高鋁水平，適當(dāng)降低AE系數(shù)和槽溫度等)，穩(wěn)定槽況假如方法得當(dāng)，可延長槽齡100～300天。
4 結(jié)束語
影響槽壽命的因素較多，但作為電解槽的治理者和操作者來說，主要靠選擇較好的焙燒啟動(dòng)技術(shù)(如焦粒焙燒啟動(dòng))和制定出合理的技術(shù)條件等措施，確保槽子爐幫規(guī)整、爐底干凈、運(yùn)行平穩(wěn)，從而實(shí)現(xiàn)延長槽壽命。當(dāng)然加強(qiáng)對(duì)破損槽的修補(bǔ)和維護(hù)也是延長槽壽命的有效手段。
參考文獻(xiàn)
[1] 邱竹賢。鋁電解原理與應(yīng)用。徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1998。
[2] 程祥等。平果鋁320kA電解槽啟動(dòng)技術(shù)的開發(fā)和運(yùn)用。輕金屬，2003(1)：16-18。
