铝电解槽内衬筑炉施工质量分析

2018-10-10付明录金岭

世界有色金属 2018年14期

付明录，金岭

（黄河鑫业有限公司，青海西宁，811601）

关健词：铝电解槽；破损原因；施工质量改进

1 前言

在铝电解的生产中，电解槽寿命是制约电解生产发展的重要因素，虽然国内电解槽300KA以上的槽型发展比较快，设计院从设计方面做了很多的改进，生产企业从焙烧启动、后期的生产管理也在不断的提高，但电解槽的寿命问题是直接影响电解铝的生产成本和生产效率的核心，延长铝电解槽寿命是电解铝企业的一贯追求。目前电解槽的寿命在不断提高，从2005年的1200-1500天的使用寿命提高到目前的2000天以上，电解槽槽寿命总体呈上升趋势，笔者从铝电解槽内衬筑炉施工质量进行分析探讨。

2 施工中容易出现的原因

2.1 阴极炭块的问题

从早期破损的电解槽看，阴极炭块的质量是导致早期破损的直接原因，目前阴极炭块的生产厂家多，质量参差不齐。其中有些生产厂家是振动成型，有些厂家是挤压成型，不管是挤压成型还是振动成型，关键在于阴极炭块在生产过程中的工艺控制，针对出现的几台早期破损槽的分析看，阴极炭块的横向断裂、起层、局部出现裂纹（如图1），说明生产厂家在产品出入库存在问题，没有严格检查，导致不合格的产品进入施工现场；原材料在使用前保管不好，掺入了杂质（煤矸石等），阴极炭块在生产过程中杂质挥发或高温爆裂，出现阴极炭块空洞，导致电解槽从空洞处漏炉（如图2），另外在配比过程中的计量不准也是造成上述现象的因素之一，如果阴极炭块破损或裂缝，导致铝液中的钠与炭块中的炭作用生成化合物，使炭晶格间的距离增大，使炭块的体积膨胀，很容易使铝液和电解质液沿炭块的裂纹渗透，至致接触到阴极钢棒生成合金铝，严重时导致漏炉。

图1 阴极炭块的横向断裂、起层、局部出现裂纹

图2 阴极炭块空洞

2.2 侧部炭块的问题

目前各铝企业中依据设计院设计不同而结构各不相同，有普通的碳素侧部块，有氮化硅结合碳化硅侧部复合块，有氮化硅结合碳化硅。普通的碳素侧部块在运行到1000天左右时，氧化和侵蚀后几乎不复存在，主要是理化指标达不到要求，另外表面裂纹及龟裂导致普通的碳素侧部块快速氧化和侵蚀，造成早期破损。氮化硅结合碳化硅侧块与普通碳素异型块组成的侧部复合块，是由生产厂家整体将氮化硅结合碳化硅侧块与碳素异型块粘结后供货，在施工过程中出现粘结强度达不到指标而分离，从而使两种炭块之间产生缝隙导致早期破损，另外普通的碳素侧部块表面裂纹及龟裂导致普通碳素侧部块快速氧化和侵蚀（如图3），启动初期伸腿以上的普通碳素侧块脱落（如图4），造成早期破损。氮化硅结合碳化硅主要的问题是理化指标达不到标准，在运行到1000天以上是与电解质接触部位侵蚀严重，几乎二分之一以上的厚度已经侵蚀完。

图3 侧部块表面裂纹及龟裂导致普通碳素侧部块快速氧化和侵蚀

图4 普通碳素侧块脱落

2.3 槽底砌筑中易出现的质量问题

在砌筑中灰缝大，四周的伸缩缝未按规定留设，特别是在钢棒孔等部位填充的氧化铝未充分填实，干式防渗料与阴极钢棒之间接触的阴极钢棒底部未捣实，这些原因的存在导致阴极碳素材料出现破裂或裂缝时顺着未填实的部位进行渗透，导致熔化钢棒从钢棒孔漏炉，发生早期破损。

2.4 筑炉砌筑中的扎固问题

筑炉砌筑中的关键工序是扎固工序，此道工序有两个方面的原因：一个原因是此道工序是每个人之间的配合，在每层的扎固中相邻的捣固机手容易造成漏扎现象，此处就存在质量隐患，也就是为早期破损埋下了隐患；另一个原因是糊料的操作使用存在问题，糊料加热搅拌不均匀，这主要是：一方面生产糊料的厂家配比存在问题造成每一批或每锅的糊料不均匀，同一槽中可以说是使用不同配比或不均匀的糊料，另一方面将成袋的糊料经预热炉加热后直接送到电解槽进行扎固，造成各区使用的糊料不一样，虽然是同一批的糊料，但是生产厂家在搅拌过程中由于设备问题而出现糊料搅拌不均匀，经常出现返浆和扎不到一起的现象，也是造成早期破损的原因之一。

2.5 内衬材料的质量

铝电解槽内衬的阴极碳素材料质量直接影响着电解槽的使用寿命和电能消耗等，在日常的大修理中，由于使用的阴极碳素材料比较混杂而各自的理化指标也不尽相同，这就给电解槽的早期破损造成不利的因素，而阴极碳素材料在生产、采购等到方面都比较困难，迫使在电解槽的施工中采用几家的碳素材料，在实际操作中也很难达到阴极碳素材料一体化。在生产中出现周围糊料、阴极炭块脱落和阴极炭块断裂等现象也时有发生，这就给电解槽的早期破损创造了条件。

2.6 使用中的设备及工器具问题

在扎固过程中使用的设备和工器具是关键因素，一方面没有固定的风源和自备空压机，导致在扎固过程中使用厂房的风源，在整个施工过程中风压不稳定，忽高忽低保证不了压缩比。另一方面是扎固使用的工器具不规范，捣锤有缺棱、凸头现象经常存在，造成捣压不均匀，特别是糊料与阴极炭块接触的立缝，如出现凸头或缺棱，怎么捣固都会出现扎不实的现象，留下很大的质量隐患，可以说扎固过程中出现1%的工序不合格，也就是整个工程100%的不合格。

2.7 电解槽壳的稳定性

目前大修中的电解槽槽壳不一定都是更换新槽壳，不更换新槽壳的都存在座不实的现象，新制作的槽壳与支撑梁之间缝隙小，而不进行更换的槽壳与支撑梁之间缝隙大，最大的在30mm左右，这之间的缝隙如不进行处理，待安装完阴极炭块等内衬材料后未座实的缝隙将会压不下去，而内衬砌筑中将会产生新的缝隙。这也是留下质量隐患的原因之一。

3 改进内衬砌筑

3.1 阴极炭块的生产厂家的选择

针对阴极炭块比较杂又比较多的情况下，对阴极炭块的生产厂家进行实地考察，从各厂家的生产规模、生产工艺、原材料的进货渠道、阴极炭块的焙烧、炭块的加工等等了解，确定3-4家合格供应商，每次从这几家比价确定每批次的供应厂家，绝对不能选择贸易商供应阴极炭块，贸易商选择的阴极炭块厂家是以价格为目的，以次充好，炭块质量难以保证。

3.2 电解槽阴极炭块的组装

针对阴极炭块的缺陷，首先是从源头把关，组装前检查是否有裂纹、缺棱、掉角等现象，其次是组装后的检查，通过比电阻测试仪和外观质量的检查，第三是在安装阴极炭块前进行检查，通过打音、表面观察等措施，确保阴极炭块的质量。第四是用电子吊钩称对扎入的糊料量进行计量，确保每组阴极炭块扎入的糊料量不低于设计要求的重量，第五是阴极炭块的外观尺寸一定要规范，目前的阴极炭块的尺寸偏差大，尽可能的将尺寸偏差相近的安装在一起。另外阴极炭块在阴极炭块的两长侧和两短侧都开槽，防止侧部和立缝渗漏，从筑炉内衬工艺上消除缺陷。杜绝有缺陷炭块组进入电解槽中，保证了安装到电解槽中的每一块阴极炭块组的质量。

3.3 改进筑炉施工工艺

从进入电解槽内衬砌炉开始，先划出每层的高度控制线和伸缩缝的控制线，改变以往的随意性砌筑，这样不但操作时方便，更主要是能保证纵横伸缩缝的位置和高度控制线，达到规范操作的目的。在电解槽四周的砌筑时，严格控制各层的灰缝，在钢棒孔和耐火砖的空隙中用氧化铝填满填实不能留有空隙，保证在铝液、电解质渗漏时无渗漏空间，从源头堵住渗漏，防止从钢棒孔中漏炉发生。另外在扎固工艺时，首先控制好糊料的温度和加热搅拌。在几年前曾经出现每批中的糊料不一样，其中有的糊料油份较大有些糊料油份较小，而且骨料也不一样，这样在扎固时就会出现油份较大的温度高，油份较小的温度低，同时油份大的容易出现返桨现象，油份小的出现扎不在一起的现象，所以为避免糊料温度不均匀，在扎固前一天将糊料放入预热炉，按规定进行预热，同时为避免生产厂家每批或每锅的配比不均匀性，将糊料二次进入混捏锅进行搅拌，待搅拌均匀后运到施工现场，力求糊料达到均衡。其次在扎固时对各区域进行划分，划分的目的就是各捣固机手在扎自己的区域外同时还要延伸200mm到两边区域进行扎固，这样避免在接搓处的漏扎现象，保证整体的扎固效果，

3.4 严格控制内衬材料质量

电解槽的内衬材料是延长槽寿命的关键因素之一，而阴极碳素材料最为关键，它是在高温和熔盐强烈侵蚀的环境下工作的，所以碳素材料质量好坏直接影响到电解槽的寿命。在每台槽中应尽量使用同一厂家的碳素材料，尽可能达到电解槽内衬素材料一体化。严格控制内衬碳素材料的理化指标，对超标的材料禁止使用，防止由于内衬碳素材料而引起的早期破损。另外阴极内衬材料在运输中和保管时必须符合技术要求，严禁日晒雨淋、强烈震动和受潮。

3.5 改善扎槽的设备和工器具

为了杜绝扎固进程中使用墙壁风源的问题，保证扎固中风压的稳定性，用自备空压机进行供风，满足了扎固工艺要求，达到了预期目标，从而保证扎固中糊料的温度。另外还对缺棱、角的捣固锤及时进行更换和加工，保证扎固过程中各个角落的扎固质量，为整体扎固质量提供保障，避免由于扎固质量而造成的早期破损。为防止扎固糊出现分层现象，改进扎固工具，采用梅花锤捣固使周围糊层间紧密衔接，有效解决原工艺糊料层间拉毛不好及层间结合差的现象，扎固和拉毛过程一次完成，有利于提高了电解槽的扎固质量。