电解槽阳极钢爪熔化原因分析及对策

董健龙

摘 要：阳极钢爪熔化是电解槽的病态之一，其对电解槽的危害可大可小，严重时对电解槽的稳定性、电流效率以及原铝质量均有较大影响。但实际生产过程中，又无法避免这种病态的发生，为减少钢爪熔化的数量，则需要对影响因素和数据进行系统分析，以制定适宜的对策来有效控制。

关键词：阳极钢爪;熔化;对策

阳极钢爪熔化在电解生产过程中，经常发生，且有时数量较大。钢爪熔化主要是由电流偏流造成，其次是电解质的长时间浸泡，严重时，可造成阳极组连续脱落[1]。在熔化过程中，其槽温上升，稳定性变差，进而造成电流出现空耗，电效降低。因此，钢爪熔化对生产有较大的危害，是值得技术人员去研究和攻关的课题。有效控制化爪数量，对提高电解槽的稳定性和电效有着显著的现实意义。

1 钢爪熔化的主要因素

钢爪熔化的主要原因是电解槽电流分布不均匀时，局部阳极电流过大，分摊到钢爪的电流也会随之增加，进而使得钢爪温度急剧上升而熔化，其次为电解质的长时间浸泡造成化爪。严重时，会出现一组极多只钢爪化断或者一个电解槽多组极化爪等情况。

2 钢爪熔化数量的趋势分析

钢爪熔化根据其熔化程度可分为，化爪、化断和熔断等三种类型。其中化爪是因电解质长期浸泡钢爪，造成钢爪局部熔化变细;化断是指部分钢爪在电解质中长时间浸泡熔化变短，其程度较化爪严重;而熔断一般是指强电流下作用下，钢爪出现熔化。

3 钢爪熔化特征解析及要因分析

3.1 化爪

当阳极偏薄或者是阳极氧化时，钢爪裸露而与电解质长时间接触，造成钢爪变细或局部熔化，实际该部分占比较大，造成的主要后果是磷生铁环粘爪，压脱较为困难。

那纠正是何原因造成阳极偏薄或者阳极氧化呢？就电解车间自身而言，主要原因有以下几点：①过热度偏大或槽温高时，由于高温氧化和大过热度的冲刷，阳极消化速度较快，造成阳极偏薄[2]，另外过热度较大时，会造成壳面塌陷而出现阳极氧化等情况;②提极造成残极电流分布过大，而消化速度加快;③大面整形或者封中缝质量较差，造成阳极氧化，从实际观察的现象来看，中缝氧化居多，主要是下料处氧化。

3.2 化断

化断为严重的化爪，因此其产生的原因与化爪一致，即电解质浸泡的时间更长，再加之电流的作用，以及发现不及时，造成阳极钢爪已熔化而变短了，化断的阳极钢爪需要进行局部修补焊接，方可再组装阳极使用。化断的数量相对较小，若能控制化爪的数量，则化断的数量会进一步下降。

熔断是钢爪熔化中最严重的一种形态，表现为多只钢爪头熔化，严重者造成阳极组局部脱落或完全脱落，一般情况下，脱落的阳极具有一定的高度，甚至是刚换不久的新极。出现这种情况的主要原因有以下几个方面：①若运行不久的新极即出现熔断脱落。原因有新极安装过低（或新极安装后，邻极被提极以处理电解槽针摆）;新极本身电阻不均匀，造成局部电流过大，一般表现为单块阳极脱落;②运行有一段时间的阳极组出现熔断脱落。一般可以肯定的认为是电解槽运行的不稳定性对其的影响。该过程相对较为复杂，有可能是电解槽自身存在的问题，如阴极工作面差异较大，包括阴极破损在内，也可能是电解槽冷热行程偏离造成或者说主要工艺条件严重偏离，部分极是因为修补炉底或侧部炉帮造成;③即将更换的残极。一般还有几天就要更换，这些极出现熔断最可能的原因是，残极整体偏薄，导电面积小，而电流过于集中，继而出现残极熔断。

4 减少钢爪熔化数量的对策

4.1 加强阳极封极质量的检查

封极质量对阳极的氧化影响较大，封极质量越好，塌壳冒火越少，则阳极的氧化就会越少，反之，阳极氧化越多，继而造成阳极钢爪熔化。从阳极氧化的分布来看，一般中缝处阳极的氧化较为严重，主要是因为中缝下料处较宽，封极难度大，且中缝经常打壳下料，保温料不能完全板结而保护阳极。

4.2 稳定控制在产铝量

随着电解槽的运行，炉底状况会发生一系列的变化，如炉底上拱、结壳和冲蚀坑等，炉帮也有厚有薄。因为这些情形的存在，就很难直接准确的测量出在产铝量，一般近似处理，即假定炉膛基本稳定，炉底因沉淀结壳和上拱，按年炉底平面平均上升1cm进行计算，这从停槽铝水平和停槽铝量的关系可以得出。

根据资料记载，每10kA电流保持的铝量控制在0.75-0.8t之间[3]，按目前415kA的运行电流，计算得在产铝量为31t左右，对应新槽铝水平的高度大概在28-30cm之间，即出铝后铝水平不宜低于28cm，平均运行槽寿命按2年计算，则出铝后平均铝水平应该保持在30cm，这样才能满足电解槽稳定运行的需求。若在产铝量保持过低，则不均匀的炉底将造成电流分布极其不均匀，进而造成大面积阳极长包和氧化等现象。

4.3 保持合适的设定电压

一般而言，设定电压越高，有效极距越大，阳极气泡溢出对熔体的扰动就会越小，但是，极距并不是越大越好，极距太大一方面电耗损失大，造成成本上升，其次可能造成电解槽偏热，使得电解槽运行风险增加，因此，极距应保持合适。理想的极距一般控制在4.5-5cm之间，基础管理和装备较差的可适当偏上限保持，若按照理论上每厘米的极距对应的电解质压降约为320mV进行计算，则理论的电解质压降应控制在1440-1600mV，取中值为1520mV。通过电压平衡的测算可知，要想控制在该中值电解质电压，其设定电压应控制在4V左右。低于该值，可能因为有效极距相对偏小，造成电解槽波动概率增加。

4.4 提高阳极组均质化率

影响阳极组均质化率的因素较多，主要包括阳极组的组装质量和材质的质量，任何一个条件控制不到位，均可能造成阳极组均质化率变差，其中主要以电阻均质化影响为最大，而影响电阻均质化的主要包括钢爪质量和浇铸质量。

作为企业管理者，要制定钢爪和导杆报废标准和使用年限，一旦不满足使用标准，即使未达到使用年限，也可予以报废处置。

浇铸质量的控制相对简单，因为浇铸质量检查较容易，只要浇铸后，磷生铁均匀饱满，裂纹不超过1条为最佳。精工出细活，要稳定控制浇铸质量，则要权衡质量与效率的关系，否则有了数量，则质量会很难保障。

4.5 保证新极的定位精度

新极定位精度越高，对提高16h的等距压降的均匀性会越好。为提高换极定位精度，可采用自动定位来取代人工定位。定位精度提升后，电流分布的均匀性就会提高，这对电解槽的稳定运行有利。

4.6 有效处理针摆槽

电解槽产生针摆后，直接的影响是造成炉膛和壳面冲刷，进而造成阳极氧化化爪。但是电解槽出现针摆的原因较多，一部分是因为阳极运行异常造成，这需要通过检查电流分布，然后对单个极进行处理即可;一部分是因为氧化铝浓度分布不均匀，造成局部区域内阳极运行异常，这需要处理局部浓度问题，严重时，需效应放热来处理;还有一部分是炉膛造成，若炉膛存在畸形或者炉底沉淀结壳分布不均匀，则会造成电解槽整体电流分布而出现大幅度摆动，处理时，首先需大幅提高电压，拉开极距来抑制电解槽摆动幅度。有效的处理电解槽波动，就是有针对性的制定对策，第一时间进行处理。若处理方法不当，则可能加剧电解槽波动，继而出现严重的病槽事故，如滚铝等情况。

5 结语

①钢爪熔化的影响因素较多，不同的因素其影响程度也是不一样的;②钢爪熔化根据其严重程度，主要分为化爪、化断和熔断三种。期中化爪和熔断的占比较高，有效控制钢爪熔化，即是要控制化爪和熔断的数量;③减少钢爪熔化的主要措施包括强化封极质量的检查、稳定控制在产铝量、保持合适的设定电压、保证新极的定位精度和有效控制针摆槽等措施。措施控制得当，可减少阳极的氧化。

参考文献：

[1]李清.大型预焙槽炼铝生产工艺与操作实践[M].长沙：中南出版社，2005.

[2]刘业翔，李劼.现代铝电解[M].北京：冶金工业出版社， 2008.

[3]沈洪远，梅炽，蔡祺风.铝电解槽二维稳流传质决定的电流效率模型[J].中南礦业学报，1992（6）：693-699.