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1、浅析 240KA 电解槽角部阳极导杆断裂的对策电解一工段 卢琳摘 要：本文从实际出发，浅析 240KA 大型预焙槽生产中角部阳极导杆断裂产生的原因，并提出预防措施和处置方法。关键词：槽膛阳极导杆分子比炉帮伸腿前言铝电解生产中，我们总期望电解槽槽膛规整，角部伸腿适中，槽况运行稳定，阳极不因导杆断裂提前换出，但在电解槽实际运行当中，电解槽的炉底、炉帮、伸腿是不断变化的，它们之间相互制约、相互影响，并受其它技术条件的干扰，特别是随着槽龄的老化，炉底沉淀、结壳更会增厚，槽膛会逐渐变畸形。在 2007 年底，电解一工段部分槽有适当留铝，到 2008 年初出现多台槽电解质收缩，所以进一步加剧了老槽槽膛变形
2、，造成槽膛不规整，角部伸腿较大，到 23 月份，电解一工段出现多台槽角部阳极导杆被角部伸腿顶断现象，特别是 B8、B1 角部阳极导杆。角部阳极导杆断裂，增加了作业组工作量，增加了阳极导杆焊接成本，同时影响电解槽工艺控制，工段通过分析引起角部阳极导杆断裂的原因，并提出了具体处理措施，经过近三个月的处理，基本消除角部阳极导杆断裂现象。1 角部阳极导杆断裂的原因造成角部阳极导杆断裂最根本的原因是电解槽角部伸腿较大，角部阳极电流分布不均，阳极电流较小，阳极消耗不均，阳极角部长牙，被角部伸腿顶断。而造成角部伸腿较大的原因主要有电解工艺的保持与调控，换极作业质量等。角极电流分布不均的原因，一方面是设计时
3、2#3#立柱母线电流偏大，1#4#立柱母线电流偏小，对阴极回路的补偿母线又不够，造成电流偏移，另一方面角极靠近伸腿，当铝液正常运动时容易在角部造成阻碍，引起角部阳极电流分布偏大，易针振与电压摆，所以常提角部极，当电压稳定后，又造成角部极电流分布偏小，角部区域偏冷，又加剧角部伸腿的长长。2 角部阳极导杆断裂的预防措施为了防止角部阳极导杆断裂，建立规整的槽膛内型，防角部伸腿长长尤为重要，槽膛内型是影响槽内温度分布以及电流效率的重要因素，理想规整的槽膛是四周伸腿比较适中，有一定斜坡，也可以说要求伸腿“高、陡、平” ，侧部有适当的炉帮，保护侧部炭块和炉膛，炉底比较平坦，无明显沉淀、结壳，整个炉膛内型成
4、梯形，上大下小，阳极向下的正投影正好与伸腿的底部四边相齐、面积相等（图 1） ，要建立规整的炉膛内型，关键取决于非正常期电解槽合理的技术条件和与之相适应的操作制度，以及正常生产期间保持适宜而稳定的工艺技术条件，保持电解槽热平衡与物料平衡制度，防止出现波动。因为影响伸腿形成最主要因素是底部保温与电解质温度，所以在正常生产中要防铝水平过高，和过低的电解温度与电解质水平，否则易造成电解质发粘，电解质收缩，氧化铝溶解能力降低，炉底易形成沉淀与结壳，角部伸腿易长长（图 2 红色区域） 。图 1 规整槽膛内型 图 2 角部伸腿较大电解槽3 角部阳极导杆断裂的处理措施前面分析了造成角部阳极导杆断裂最主要的原
5、因是，电解槽角部伸腿较大，角部阳极电流分布不均，阳极导电能力偏弱，所以在处理措施上应围绕以上两个主要原因展开工作。3.1 合理搭配工艺技术条件，通过工艺调控来规整炉膛根据槽况合理搭配技术条件，保持合理的两个水平、电解温度、分子比，加强精细化操作，保持较好的炉底和槽帮，适当收缩角部伸腿。角部导杆易顶断的槽，通常炉膛内型较差，如：炉底沉淀、结壳较多；伸腿过大，炉底上涨，且电解质水平较低，电解槽过热度较低，电解质流动性变差，氧化铝不易溶解，特别是铝水平较高，如工段角部极易顶断的电解槽：101#、104#、121#、127#槽，铝水平长期偏高。所以处理伸腿较大槽的关键是，以槽膛内型不变为原则，适当降低
6、铝水平，保持中分子比生产，适当提高电解温度，有利于使电解质凝固等温线外移，在不泡爪的情况下，电解质水平按高限保持，电解质水平提高后，电解槽热容量较大，电解槽热稳定性更好，增强电解质对氧化铝的溶解度和溶解速度，弥补高铝水平低过热度对炉底的负面因素，有利于兼顾热平衡变化和槽膛变化。设定电压可维持不变或适当降低，因在升温升分子比的过程中，增加了电解质的导电性，变相的增加了极距，在规整槽膛方面，撤铝升温比提电压更有效果，如既撤铝又提电压，电解槽热平衡易破坏，槽帮易熔化，槽膛变大，影响电流效率。在工艺调控中必须保证平稳，变化应是循序渐进，各项工艺变化只能在槽子的自适应范围之内。3.2 减少电解槽角部散热
7、，加强角部阳极的保温工作电解槽两加工面为 420310mm，每个角部存在两个面散热，小面比大面更宽，造成热损失更大，所以应做好电解槽角部的保温工作，特别是小面的保温，前面已分析了，电解槽如炉底散热较大，易长沉淀与伸腿，所以工段把伸腿较大的电解槽 B 侧两小面，靠近角部炉底三排散热孔内用保温砖添实，再在散热孔口用石棉板盖住（图 3），减少空气对流，有利于炉底保温，减少角部散热，可有效防止角部槽帮因散热大而增厚，炉底偏冷而伸腿长长。角部新极在刚安装上后，角部阳极靠近大面与小面上的壳块平整有一定坡度，无缝隙，但随着阳极的不断消耗，阳极在不断往下移，当电解槽角部偏大时，水平电流相对较大，常常因针振而调
8、整角部阳极,所以角部阳极调极的频率较高，在阳极不断的下移与上移过程中，角部阳极与大小面之间会形成一条形状的缝隙，特别是靠近小面的缝隙更大，此缝隙的存在，增加了角部的散热，所以工段要求每个作业组在第二个中班，封堵责任槽角部缝隙与火眼，工段第二天再检查封堵效果，经过不间断的封堵，可以有效的减少角部极散热。图 3 电解槽角部散热孔封堵示意图做好角部极阳极保温料的封堵工作，换角极时，勾出的壳块较多，勾出的壳块要敲细后再用来垒墙，且要求在不滑料的情况下，尽量多用氧化铝保温料，少用碎块，使阳极保温效果更好。阳极的内爪、外爪、高低极应覆盖足够阳极保温料，保温料高度应与钢梁平齐，杜绝边部冒火，减少通过槽上部的
9、散热损失，使热量下移，保证炉底有足够高的温度，使电解质的初晶温度等温线降到阴极炭块之下，以保持良好的热平衡。随着阳极的消耗，阳极的厚度会渐渐变薄，阳极的变薄，阳极保温性能逐渐变差，且阳极的的保温料会被组员用来堵火眼，角部极上的保温料会逐渐减少，增加热量损失，所以对于这种情况，工段要求对伸腿较大槽的角部极，平时角部保温料注意检查，当阳极高度在剩余 15 天之后，再在角部极上补打一次保温料。3.3 勤测角部阳极电流，及时调整角部阳极电流分布 240KA 电解槽因磁场设计的原因，当换角部极时，如电解槽有针振与电压摆，通常调极有如下的规律，换 A1A8 极，通常会调 B1B8 极，换 B8 极，通常会
10、调 B7 极，当 A1A8 导电后，又会造成 B1B8 电流分布偏小，所以当角部区域刚换新极后，如果对极或临极区域阳极电流分布又小，会加速炉底冷趋势，电解槽伸腿易长长，针对这种趋势，工段当初要求所有槽当班有提过 B1B8 极，下个班要求复原，这样做的结果是，由于 A1A8 在 16 个小时之内没有全导电，如下个班就放下 B1B8，会造成以上两极电流分布较大，结果是造成部分槽持续针振，后面分析今年 23 月份电解一工段电解槽针振与电压摆较多原因，多数与下个班放角部阳极有关，从 4 月底工段调整策略，安排 B1B8 极当天有提极，下个班不用放极，而是由工段白班根据角部阳极电流分布情况，安排是否需要
11、下放角部阳极，从 5 月份中旬开始，工段针振槽明显减少。平时也常测伸腿较大槽角部阳极电流分布，检查角部极导杆是否有裂纹，如伸腿较大槽角部阳极在没有提极的情况下，电流分布持继变小，安排天车又不能下放阳极，此时应考虑阳极已经顶住角部伸腿，角部阳极可能已经长牙，此时应安排置换此极，检查角部伸腿及阳极情况，否则会造成角部伸腿进一步长长，阳极导杆被伸腿顶断。3.4 提高作业质量，减少换极热损失提高换极作业质量，特别是换角部极的作业质量，换角部极时，散热面较大，掉下的物料较多，这就要求各作业组，在提阳极之前，把极上的氧化铝扒干净，减少落入槽中的氧化铝量，把壳块尽量全部勾上来，减少块料落入槽中，用大勾扒干净
12、炉底，用小耙把沉淀捞干净，减少沉淀的形成，使阴极导电均匀，保证炉底洁净，阳极电流就会更多的往此阳极正对阴极方向走,促使铝水中的伸腿熔化变薄，伸腿的肥大、畸形可以得到较好的控制；加大对碳渣的打捞，提高了电解质的清洁度，改善其物理性质，加大了对氧化铝的溶解度和溶解速度；换极速度尽量快，避免电解表面结壳的情况直接坐极，会使导电滞后，顶断阳极导杆。角部区域的温度和流体速度决定了沉淀与碎块不容易化掉，所以最后用钢钎把角部伸腿捅一捅，把在角部区域的细碎块或沉淀往阳极底部区域推，预防阳极碎块或沉淀在角部区域堆积使伸腿变大。3.5 提高换极定位精度，角部阳极定位少返尺新阳极装入电解槽时，由于高的温差，电解质会
13、大幅局部降温，阳极表面的电解质迅速处于凝固壮态，从而导致电解质对阳极的润湿性变差，阳极基本上不导电，随着阳极温度的逐渐上升，表面的润湿性变好，导电性才能逐渐恢复，角部极换极前本身就存在阳极电流分布偏小，如果角部阳极安装按中部阳极高度定位，阳极导满全电流时间可能要达 48小时以上，而在这 48 小时内，角部电解质完全处于冷凝聚状态，角部伸腿极易长长。为了尽快提高角部阳极导电量，对角部极 B1A8B8 设置比其他极低 0.5cm，以缩短角极导满全电流时间，有利于缓解角部区域冷趋势。3.6 调整换极制度，用残极置换电解槽角部伸腿特大阳极提高阳极安装精度，用新极安装角部伸腿较大的槽时，阳极底掌至伸腿至
14、少应预留510cm 左右的空间，当角极因伸腿大，新阳极不能放到位或阳极底掌至伸腿距离较小的情况，电解槽角部伸腿是最严重，且较难处理，此类情况应用残极置换角部极，选用十天左右的残极置换较好，在提角部阳极之前，指挥天车在角部及侧部槽帮较厚的地方多打，尽量把伸腿或槽帮打薄，把结壳打松，让阳极边部至槽帮之间，浸泡更多的电解质，安装残极时，残极的角部成直角的一面应朝电解槽角部，如残极的角部成弧形的一面朝角部，会加速伸腿的长长。角部极提出到置换极安装这段时间应尽量短，工段在处理 104#B8 角部伸腿时，总想通过一至两次的置换极把角部伸腿处理好，所以造成每次处理角部伸腿时间较长，角部散热较多，当用置换极定
15、位准确安装后，阳极底掌至伸腿至少有 10cm 左右的空间，但过 2 天测量 B8 电流分布，发现此阳极仍然不导电，后面分析原因：角部换极时，掉的块较多，如处置角部伸腿时间较长，角部空极时间较多，散热量大，虽说此时阳极定位安装好后，阳极底掌至伸腿还有一定距离，但角部电解质已处于冷凝收缩状态，当阳极安装后，会加速角部区域电解质的冷凝，使角部区域电解质结晶变成伸腿顶住阳极，所以过几天测电流分布较小，角部伸腿根本没有收缩。4 处理角部伸腿时就注意几个问题工艺是电解之本，处理伸腿过程中应坚持工艺调控为主，操作为辅，角部伸腿是在几个月或更长时间慢慢形成的，所以在处理伸腿上，不能急于求成，对伸腿较大的角部，
16、可能要通过多个换极周期才能收缩伸腿。在工艺调整中，特别是撤铝过程中不能过度，角部伸腿是电解槽最冷区域，所以它也是最难熔化的区域，如果撤铝后铝水平掉得太多，铝水平过低，炉底发热，熔化炉底沉淀结壳，边部伸腿变得瘦而短，角部伸腿可能变化不多，会影响到老龄电解槽的安全生产，容易引起侧部炭块和阴极出现裂纹破损。用残极置换角部极时，选用热残极较好，且残极不应太低，最好选用十天左右的残极，如残极太低，会造成角部区域换极频繁，角部散热较大，且太低的阳极角部氧化利害，阳极四个角部易成弧形，阳极安装上后伸腿与槽帮易向内长。当角部伸腿有熔化收缩，新极能放到位且有一定空间时，此时角部极应用新极置换，如果此时为了消化高残极，伸腿较大角部极仍用残极置换，由于残极较薄，相对散热较大，且伸腿较大的角部常打开，会造成角部区域偏冷，伸腿易长长，所以为了消化高残极，选用 A1 位置置换较好。参考文献:1 殷恩生， 160KA 中心下料预焙铝电解槽生产工艺及管理,中南工业大学出版社，20012冯乃祥， 铝
