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1、延长大型预焙槽寿命的生产实践延长大型预焙槽寿命的生产实践党建平1 胡金平2 景翠林2 孙建新2（1.中南大学冶金科学与工程学院，湖南长沙 4100832.山西关铝股份有限公司，山西运城 044001）摘摘 要要：本文分析某公司 3 台 200kA 级大型预焙槽侧部内衬早期破损的主要原因是：铝电解槽热损失分布不合理，局部熔体冲刷严重等原因，并采取“侧部重造”补救办法对 侧部内衬破损处进行修补。经实践证明，该办法技术上可行，经济上合理，具有一定推广价值。关键词关键词：铝电解槽 槽寿命 侧部重造我国已跻身于全球产铝大国之列。据有关专家预测1，按照目前铝工业的发展速度（包括地方私营小企业），我国的原铝
2、产量在 2002 年有可能居世界第一，然而我国电解槽槽寿命短（平均槽寿命不到国外的一半）却是摆在国内铝行业同仁面前亟待解决的严峻问题。槽寿命长短不仅关系到企业经济效益的好坏，而且随着国家对环境保护的日益重视，大修槽产生的有毒废炭衬如何处理或再生利用，也是一个亟待解决的世界性难题（废炭衬中有 26 种2有毒物质被列入美国有毒污染物清单） 。因此，研究如何最大限度地延长槽寿命将具有极其重要的经济效益和社会效益。据国际国内有关报道与资料显示，大型预焙槽因侧部内衬原因造成大修的占相当大的比例，故研究侧部内衬早期破损对延长槽寿命具有重要意义。影响槽寿命长短的综合因素包括：设计、材质、砌筑、焙烧启动及操作
3、管理等各方面。上世纪 80 年代末，有人对铝电解槽寿命的影响因素进行了系统统计和分析3，认为以上五个环节的相对重要性百分数分别为设计 20%，材质 10%，筑炉 20%，焙烧启动 25%，操作管理 25%。近年来，随着大型预焙槽计算机控制技术的应用和操作水平提高，操作管理因素影响所占的百分比降低，而设计与材料的重要性则有所增加。当然，影响槽寿命的因素不是孤立的，而是相互关联的。本文在分析某公司3 台200kA 大型预焙槽侧部内衬早期破损原因的基础上，采取了相应的补救措施，从而有效的延长了槽寿命作者简介：党建平（ 1967）,男,高级工程师1、侧侧部部内内衬衬早早期期破破损损原原因因众所周知，国
4、内预焙槽普遍存在炉帮形成不好的通病，这一结果的产生与大型预焙槽整体设计不足有一定关系。现代大型预焙槽在设计上要求加强侧部散热和底部保温，在工艺上力求要有一个合理的操作规程与适宜的技术条件匹配。铝电解槽热损失分布数据可以作为评价铝电解槽设计和工艺合理性的一个主要参考依据。图1给出了预焙槽典型的热损失分布数据。图 1 铝电解槽典型的热损失分布某公司 2001 年 4 月委托国内某研究院对其 200kA 电解槽热损失分布进行测试4，具体测量数据（折合成电压）见表 1：表 1 某公司 200kA 电解槽各部位热损失分布列表508#槽702#槽折合电压百分数折合电压百分数电解烟气0.51526.710.
5、52326.07槽罩板0.1688.710.20710.32槽沿板0.0522.70.0532.64槽壳侧部0.80641.80.944.87阴极钢棒0.1879.70.0924.59槽 底0.19910.320.23311.62合合 计计1.9281002.006100以电解槽槽沿板所在的平面为界限将电解槽分为上半部和下半部，各部位热损失实测值与典型值相比较，见表 2：表 2 某公司 200kA 电解槽各部位热损失分布与典型值比较槽 号项 目电解槽热损失分布典型值项 目 百分数百分数电解烟气槽罩板槽上部槽沿板38.5850槽壳侧部43.3335阴极钢棒7.158槽 底10.977合合 计计1
6、00100从表 2 可以看出，某公司 200kA 代表槽各部位散热量与典型值比较存在一定差异，以槽沿板所在平面为界限将电解槽分为上半部和下半部，上半部散热量小于典型值，下半部散热量大于典型值，尤其是侧部。事实上，在运行1 年以后出现了炉帮发红现象，根据现场对槽膛检查结果来看，发现侧部较空，甚至侧部炭块局部没有任何结壳。同时测量槽侧部散热孔温度较高，且高温区集中在大面的第7 根阴极钢棒与第 12 根阴极钢棒之间所对应的侧部槽壳部 位，而且研究院对某公司铝电解槽熔体运动状态一项测量结果也证明了这一点，见图2、图 3。图 2 508 号槽流场分布图图 3 702 号槽流场分布图图 2、图 3 显示出
7、：电解槽熔体的流动呈不对称的漩涡运动。上述说明在电解槽的漩涡分流处是铝液和电解质流动冲刷最强烈的地方，正好对应于电解槽两大面（即 A 侧大面与 B 侧大面）的第 7 根阴极钢棒与第 12 根阴极钢棒之间所对应的侧部槽壳部位，造成该处炉帮不易形成，侧部炭块容易受到电解质侵蚀而破损等问题，结果引起槽壳局部过热，严重时槽壳会发红，甚至发生漏槽事故，导致停槽，缩短槽寿命。因为该类槽型具有良好的磁场设计（平均垂直磁场z 为 10.00GS4） ，铝液流速降低（平均值为 12.03cm/s4） ，所以该类铝电解槽采用低铝水平操作成为可能，而且保持低铝水平时，电解槽稳定，电压不波动，但运行结果却使得电解槽高
8、温区下移，致使电解槽上半部散热量减少，下半部散热量增加，而侧部的通风又不是很好，通风量小，单位时间散热量少，所以电解槽内衬使用寿命受到严重影响。由此可以看出，铝电解槽良好的磁场设计，并不是保持低铝水平的唯一前提，必须与铝电解槽良好的热平衡等因素结合起来，才能取得良好的经济技术指标，包括延长槽寿命。当然，焙烧启动方法及生产过程中的不当操作对侧部内衬早期破损造成的负面影响，也不可忽视。2、延延长长槽槽寿寿命命的的措措施施有关技术人员通过对各项技术参数分析和现场测量的具体位置，对于侧部内衬严重遭受侵蚀的部位，采取 “侧部重造”的补救方法。根据 “侧部重造”所采用的材料不同，分为底糊扎固与更换侧部炭块
9、两种方法，经实践证明这两种方法都能延长槽寿命。具体工序如下：准备工作a.确定破损槽的破损部位和修补时间。b.器具的准备：风镐、钢钎、风管、捣固锤、铁铣、铁箱、钢板等。c.材料的准备： 底糊数袋（或侧部炭块数块）；镁砖数块；结壳块适量。d.技术条件的调整：修补前铝水平、电解质水平按特殊要求调整到位。修补过程a. 操作人员提前 2h 把待修补处用天车扎实，并用风冷却待修补部位的散热孔。b. 待扎实修补处后，开始用风镐挖修补处，边挖边清理挖出块，间或用风管吹净挖掘处，直到两边挖见侧部炭块，底部挖见底部炭块为止，并用风吹干净上述挖开的地方，然后割开相应部位槽沿板。c. 往挖开的破损处填底糊，然后用风镐
10、、捣固锤捣实，待捣打到一定高度后用钢板定型，外用镁砖支撑，边加底糊边捣打，直至与槽沿板齐（或将相应大小的侧部炭块放入挖开的破损处，并用底糊捣实边部的缝隙）。d. 拆除钢板及镁砖，焊住槽沿板，继续用风冷却修补处。修补后维护a. 在日常的扎边工作中，要距侧部炭块 100mm 处扎边，以免损伤侧部内衬修补处（或新换的侧部炭块），根据槽实际情况，每天进行合理扎边，以便于形成保护修补处的侧部炉帮。b. 在修补后 10d 内对修补处炉帮进行检查 。c. 修补后铝电解槽阳极上的保温料由 160-180mm 降至 100-120mm。3、修修补补前前后后有有关关情情况况对对比比3.1 槽膛内型的对比（炉帮厚度
11、）（以修补后 10d 所测数据绘制）见图 4补前 补后图 4 破损槽修补前后槽膛内型对比从图 4 中可以看出，修补前原来 125mm 后的侧部炭块在运行 1 年多后被侵蚀得只剩 20mm 左右（局部地方有薄薄一层炉帮形成），该处槽壳经常发红。修补后经对修补处炉帮形状测量，发现此处侧部（含已形成的炉帮）有150mm 厚（更换侧部炭块后也形成良好的炉帮）。3.2 生产情况对比见表 3表 3 破损槽修补前后生产情况对比4、经经济济效效益益分分析析电解槽槽龄长短直接影响电解铝厂经济效益。将电解槽的大修费用以及由此而产生的其它直接费用分摊到电解槽的大修费中，得到单位槽龄所消耗的费用为下式X= 式中：X单
12、位槽龄所消耗的费用（万元 /年）A大修费用及由此而产生的其它直接费用（万元）Y实际运行槽龄（年）设经“侧部重造”补救方法处理后，增加的费用为 C（万元） ，炉龄增加时间为 y（年） ，则炉龄延长后单位槽龄所消耗的费用为 X（万元/年）X = 只要 X X，则说明该处理办法就取得了经济效益。目前 200kA 大型预焙槽大修费用及由此而产生的其它直接费用约为60 万元（各种原料价格有变化时，可能存在差异），如果电解槽运行 2 年就出现早期破损：则 X= = =30（万元/年）而经采取“侧部重造”补救方法后，每台槽实际增加成本 C 为 0.08 万元（含各种原辅材料费用、多功能机组折旧费、劳动力报酬
13、等）。电解槽目前运行已超过1 年，而未出现任何异常现象。因此，以延长槽龄 1 年计算：X = =20 .03（万元/年）由此可见 X X，所以该补救方法经济上可行。5、结结论论（1）在铝电解槽不停槽的前提下，采用 “侧部重造”补救方法修补侧部内衬早期破损，操作简便易行，且不影响正常生产。（2）采用“侧部重造”补救方法，延长槽龄达 1 年以上是完全可行的。（3）采用“侧部重造”补救方法对于早期破损槽进行修补，经济效益显著。参考文献：1国际铝业形式及技术创新动态 赖延清2铝电解槽废炭衬的再生利用工艺 美国奥梅特铝业公司玻璃化法 王祝堂3 Hale. W.R.,J.Metals 41J.(11) 1989 P20254 190kA 预焙阳极电解槽“三场”测试分析报告 2001.5内部资料
