铝电解槽系列停限电之后

2013-10-12供稿李育贤杨丽春LIYuxianYANGLichun

金属世界 2013年1期

供稿|李育贤，杨丽春/ LI Yu-xian, YANG Li-chun

近年来，随着国家政策的调整和市场行情的变化，出现了许多新建铝电解厂，如青海省甘河工业园区。这些铝电解厂具有槽型大、年产量大、建厂周期时间较短等特点，部分铝电解厂还是转型企业兴建的铝厂，因此新的铝电解企业往往缺乏对铝电解生产事故的处理经验。而产能大、槽型大的电解槽相应地对电能的需求也就更大。

国内电力供应紧张的严峻形式和一些不可预知的突发事件造成铝电解槽系列的停电或限电 (限电——特指电流能全额供应)，给停限电后的管理及铝电解槽重新启动带来很大困难。于是，如何应对有计划或突发的停限电，把损失降到最低，已成为电解铝厂必须面对的现实问题。

青海某大型铝电解槽车间照片

停限电对电解槽的影响

停限电意味着电解槽失去和减少了热量来源，电解槽热平衡会遭到破坏。随着电解槽炉帮、大面、炉底的热量散失，电解槽温度迅速下降，给电解质、槽寿命等造成极大影响。

电解质

电解质熔体随着温度的降低会析出分子比高、CaF2含量较低的固态冰晶石，使得电解槽内熔体电解质中 AlF3、CaF2的含量升高。在这种状况下，电解质中的氧化铝溶解度会降低，并逐渐达到过饱和状态而析出，沉积在电解槽底形成沉淀 (如图1 所示)。随着停限电时间的延长，温度进一步降低，沉淀越积越多，且逐渐变硬后，形成槽底结壳和过长的侧部伸腿，使得炉底凸凹不平，炉膛严重收缩，炉底上升，使槽况严重恶化，会给以后的生产和维护带来严重不良影响，既会增加能耗和清除时的劳动强度，还会影响电流效率。

图1 在电解槽底的沉淀位置

随着停限电时间的延长，温度的降低，电解质严重收缩，高温状态下的阳极大面积裸露，被空气氧化、掉渣。大量碳渣混合和漂浮于电解质之中，给以后电解槽的生产造成严重不良影响。

电解槽寿命

电解槽长寿命的先决条件是平稳的供电制度和电解温度。在停限电和再送电过程中，由于电流和温度的迅速变化，侧部碳块受到强大电流和热差的冲击而破裂，给电解质和铝的渗入和腐蚀创造了机会。

钠对阴极碳块的渗透随温度的降低而加强。在 550～1000℃，碳素材料吸收钠的量较多，并且钠容易在碳晶核间沉积并生成较稳定的碳钠化合物，使晶核的层间距增大，致使碳素阴极体积膨胀而破裂。这是造成电解槽破损和寿命缩短的主要原因之一。

对于温度低、电解质水平低的电解槽，停限电无疑是致命的危害：在停限电过程中，随着温度的降低，电解质会收缩得更快，最后阳极脱离电解质会更严重，形成大面积断路，甚至铝液凝固，在送电过程中很容易发生瞬间高电压击坏槽设备、造成二次启动被迫停槽事故，严重损伤槽内衬和槽壳变形，影响槽寿命，造成重大的设备和经济损失。

恢复正常供电

在恢复正常供电以后，电解质性质差且碳渣多、炉底沉淀厚、槽温高、槽膛变形，在这段时间内，不但要付出很大的心血维护使其正常，而且会影响电流效率。

事故原因及应措施

原因

造成铝电解槽系列的长时间停电或限电状况的原因有以下两种：

(1) 动力厂运行机组出现重大问题 (即整流机组发生故障)，有可能出现长时间停限电。

(2) 电网出现问题导致交直流停限电。

停限电前的准备

如果提前得知较长时间停电或限电 (在 150 kA 以下) 后，以最大限度地保持电解槽温度为中心，采取以下措施：

(1) 适当提高电解质水平、槽电压和系列电流，关闭电解槽的排烟系统，停止换极操作，以增加槽内熔体的热容量，提高停电前电解槽温度，以避免发生停限电时电解质收缩严重而造成阳极脱离电解质事故。

(2) 停限电的前一天适当降低铝水，减少炉底散热。

(3) 停限电之前增加保温料厚度，用氧化铝、破碎料或冰晶石封堵所有火眼，减少槽面散热。下料口和出铝口可适当用冰晶石封盖，但不可堵死，以免影响测量电解质和送电时熄灭阳极效应。

(4) 注意记录大梁母线位置所对应的标尺，以供送电时和送电后作参考。

(5) 准备足够的效应棒和冰晶石、固体电解质碎块，以备送电过程中熄灭阳极效应和补充电解质用。

停限电后的电解槽管理

(1) 停止一切生产性作业。停止净化系统运行，以减少电解槽热损失。

(2) 将电解槽控制系统设置为“手动”状态。

(3) 做好保温工作。由电解工对各自负责的电解槽保温料和电解槽壳面冒火情况进行全面检查，对保温料不足的和打壳火眼、出铝口、大面冒火进行封堵。并检查所有槽盖板是否盖好。要求在出铝口仅覆盖簿簿一层冰晶石，便于测量铝液和电解质水平。

(4) 测量电解质。由工区长每 30 min 测量一次。出现铝电解槽系列停限直流电后，若无短期内恢复的可能性，由于电解质收缩严重，则需要人工降阳极。必须牢记：在送电时，只有存在液态电解质的前提下，电解槽才具备抬阳极二次启动的条件。因此使电解槽存在液体电解质是关键。

(5) 观察阳极。主要观察阳极底掌与液体电解质的接触情况。由于电解质过度收缩，如发现阳极底掌脱离了电解质，应缓降阳极，直到阳极底掌接触液体电解质，避免送电时出现瞬时高电压，损伤设备。

(6) 统计停限电时间。与整流所及时相互联系，以免发生意外。

突发停电处理方案

突发停电后，电解车间与整流所立即相互联系，以确定停电原因及可能持续时间。按时间的长短可分为几种处理方案。

方案 1 停电持续 5 h 之内，电解质未完全凝固，且送电时保证能将电流送到全额。不进行阳极升降，停止净化系统，停止换阳极、出铝、提母线等日常作业，电解槽控制系统转换至手动，盖严槽罩板，加强保温。待送电之后，电解槽来效应立即熄灭，直至所有槽恢复正常。

方案 2 停电或限电 (电流在 150 kA 以下) 持续时间多于 5 h，电解质全部凝固，阳极与铝液有逐渐脱离危险时，必须人工将阳极降入铝液中成为短路状态。待电流恢复后，将电解槽逐台重新启动。

方案 3 限电 (电流在 150 kA 以上) 无短期内恢复的可能性。根据具体槽况适当提高槽电压、槽温、分子比、效应系数，延长下料间隔，停止氟盐添加等，实施一系列措施后，在保证一定电解质水平的前提下，继续进行正常的生产作业，如出铝、换极等。出铝原则上产多少出多少，但必须根据具体槽况而定。换极尽量缩短时间，不能搅动太大，避免出现低电压，装上新极后在最短时间内加完保温料，盖好槽盖板，加强保温工作。换极根据当天换出残极消耗的薄厚，可适当延长时间，例如原来一天换一块，则根据具体槽况和定量的残极消耗情况改成两天换一块。

由于系列供电不足，电流明显下降，电解质温度降低，有可能使电解槽处于过冷行程。出现槽底大量沉淀、槽膛不规整、氧化铝溶解速度低、效应系数增加、极距降低、铝液面不稳定等原因，电解槽很可能会出现槽电压摆动、噪声增大等现象。出现这些现象时，要视具体槽况而定，不能一味的调整阳极。此时的电解槽很脆弱，稍有不慎就可能引发病槽而越发难以管理。另外，在电解槽供电允许的情况下，也可以利用阳极效应来提高槽温，增加电解槽热量收入。

方案 4 停电且短期内不会恢复，铝液降温有凝固趋势，要在铝液凝固之前停槽，尽可能将铝液全部撤出，然后将槽内物料尽快清理干净，检查内衬。若无大裂缝、破损，则在恢复供电时，能在最短时间内第二次启动该电解槽；若内衬破损严重，则需更换内衬，进行大修后，方可重新启动。

送电制度

(1) 送电前必须确认电解槽系列安全，必须完全排除隐患后方可送电。若一时难以完全排查或很难找到具体的原因，可将此电解槽暂时断开，待日后问题完全解决后再通电。

(2) 电解槽系列送电前的检查，主要是再次检查阳极底掌是否脱离电解质液面。如果发现脱离现象，则适当手动下降阳极，使阳极底掌接触电解质液面。

(3) 恢复供电时，应先恢复辅助动力供电，使电解槽控制系统、多功能天车、广播等运转起来，再准备恢复电解槽系列供电。

(4) 在确认阳极底掌全部进入电解质液面后，恢复供电，并且要采取分级送电。如 180 kA 电解槽的送电过程 (如表1 所示)：先将电流送至 40 kA，逐台检查电解槽，检查阳极周围的电解质的情况，检查阳极与电解质之间是否有弧光现象，检查槽电压是否有上升过快和跳跃式上升现象，以便及时采取措施。在确认无异常后，将电流送至 80 kA，依此类推。

表1 180 kA 电解槽送电制度

(5) 效应控制：送电过程中，原则上不允许多发生效应。因为过多的阳极效应会给供电系统设备带来强大的压力，影响电流的输送，所以必须避免大量阳极效应同时发生。在送电的同时，可向阳极底部插入效应棒，通过燃烧的效应棒激活部分电解质，避免或熄灭阳极效应。

(6) 下料间隔的控制。在送电之前应停止下料，停止自动控制。待电流升到额定电流，恢复自动控制，根据具体槽况适当将下料间隔延长，根据槽况的变化和恢复速度逐渐转为正常下料间隔。

(7) 在送电过程中发生意外情况，要采取果断措施，防止事故扩大。若发现电压持续过低 (1.8～2.5 V)，此时不但要停止往阳极底部插入效应棒，而且要立即逐步抬高电压，强迫该槽发生阳极效应。使凝结在炉底和侧部槽帮的固体电解质逐渐溶化，以增加液体电解质量。与此同时，适量加入冰晶石，待有一定量的液体电解质时，插效应棒熄灭效应。

(8) 送电完毕后，加强电解槽的精细化管理，合理调整槽温、电压、铝液和电解质水平、效应系数、下料间隔、氟盐添加等工艺技术参数，规整好炉膛，使电解槽逐步转入正常生产阶段。