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1、影响电解槽寿命因素分析2008-10-05 10:34:16|分类： 筑炉工艺 |标签： |字号大中小订阅 1. 电解温度众所周知, 电解槽温度是电解槽重要的工艺参数, 对电解槽有重要影响。但并非人们传统所认为的:温度越低,槽寿命越长, 温度越高,寿命越短. 国际上电解铝厂电流效率最高的电解槽当属Pechiney在加拿大魁北克的325kA电解槽系列，该电解槽系列年平均电流效率为96.0，电耗13.0kWh/kg?Al，炭阳极净耗0.397kg/kg?Al(理论值0.333kg/kg?Al)。电解温度973,过热度6.8. 世界上最大的500kA电解槽AP50，长18米，宽5米，阳极电流密度0.
2、8A/cm2，电流效率95.0，2003年4月公布的电流效率为95.9，也接近96 , 过热度9.7 , 而这两种电解槽的寿命都在2500天以上. 对铝电解槽而言,其寿命与其说与温度有关,倒不如说是与电解质的过热度和槽稳定性关系更密切.这是当今国外采取的高电解温度、较高电解质初晶温度、低过热度、高电解槽稳定性、低电解质电阻、低过电压、低效应系数、高电流效率的铝电解槽工艺操作技术路线 在我国电解铝厂中，一直习惯于用传统的低温、低分子比来提高电流效率的方式组织生产。这也不能说完全不对，实验研究表明，低温、低电解质分子比确实有降低铝在电解质熔体中的溶解度和溶解速度，减少铝的溶解损失，显著提高电流效率
3、的作用。但低温、低电解质分子比的负面作用是，电解质成份的稳定性、热稳定性大大降低，由于电解质成份不稳定性增加，容易产生沉淀，而沉淀又不容易溶解，槽帮不结壳，伸腿过长、过大，造成水平电流大，槽电压不稳，铝水摆动大，效应系数多，电解质电阻大，反电动势高等缺点。而不容易使低温、低分子比操作达到理想的提高电流效率的目的。此外，由于电解槽的热稳定性降低，电解槽阴极内的电流分布不均，槽内衬应力不均匀，也容易降低电解槽的寿命。 加拿大铝冶金专家Utigard从铝和电解质的表面张力、电导、相图、过热度、电解质成份的稳定性、热稳定性等各方面，综合分析并得出了使电解槽实现稳定的基本技术条件是，电解质温度应不低于9
4、55，对于添加有LiF的电解质的电解温度应不低于940。 2. 过热度 有些文献报道，电解温度每降低10，可使电流效率提高23。实验室的研究也表明，降低电解温度会使电流效率连续升高，在工业电解槽上，当过热度恒定时，电解温度的高低对电流效率几乎是没有什么影响。国际著名的铝冶金专家豪平(Haupin)对大量的电流效率数据的统计分析表明，电解槽的电流效率更依赖于过热度，而不是电解质温度，其原因现在尚未搞清而最近Solheim研究指出7，较低的过热度可以在铝阴极表面沉积一层冰晶石壳膜，因而可阻止铝的溶解损失，提高电解槽的电流效率。Haupin也同意这种观点6。然而过热度太低时也会引起过多的冰晶石沉积和
5、沉淀，而导致电解槽的不稳定。 最佳的电解质过热度必须由实践加以确定。最佳的过热度的大小应与电解质的分子比、电解质初晶温度有关。分子比较低时，需要适当提高一点过热度，因为在此时，电解质的初晶温度的变化受电解质分子比变化的影响较大。目前国外大型预焙阳极电解槽的过热度一般在810，法国彼斯涅AP50电解槽的电解质过热度为9.7，电解质的初晶温度953，电流效率95.9；AP35(350kA)电解槽，平均电解质初晶温度953.7，过热度7.8，电流效率96.0。由此可见，国外大型预焙阳极电解槽电解质的过热度一般都在810，并将这一数值作为电解槽的重要工艺技术参数和控制指标。 3. 过热度和初晶温度控制
6、技术 在铝电解生产过程中取得好的技术经济指标和使电解槽稳定运行，是工业铝电解生产追求的目标，这只有通过控制好电解槽的热平衡和物料平衡才能实现，电解槽的热平衡是通过调整电解槽的极距、能量输入来实现；而物料平衡是通过对氧化铝和AlF3的合理加料制度来实现。但是对铝电解槽来说，热平衡和物料平衡是相互关联，相互配合的。 电解槽中添加AlF3无疑提高电解质中AlF3的浓度，但另一方面对电解槽直接或间接影响又使电解质的初晶温度降低，过热度升高。过热度的增加将导致槽侧部的散热量增加，影响热平衡，使槽帮结壳及伸腿熔化，AlF3的浓度降低，其最终结果是所添加的AlF3并不能达到预想的在电解质中的浓度要求。 如果
7、是极距增加，输入到电解槽中的能量就会增加，直接的影响就是使电解质的温度增加和过热度增加。但在另一个方面，电解质温度增加时，也会使沉淀和槽帮结壳熔化，电解质的初晶温度上升，这反过来又使过热度降低和电解槽侧部热损失减小。因此有可能由于极距的增加而导致的热损失增加比预计的要小电解槽物料平衡的稳定和热平衡稳定的控制是可以通过正确的电解质初晶温度和过热度的控制战略实现的. 4. 电解槽的焙烧 (一)电解槽焙烧的目的 驱散出槽内衬材料中的水分； 使槽内衬阴极碳块之间和阴极碳块与侧部内衬之间的炭素捣固糊得到很好的焙烧，将其中的粘结剂分解； 焙烧使电解槽得到较高的温度，使启动前槽内的熔融电解质不会凝固，也不能
8、在碳块阴极表面生成一层凝固的电解质； 提供一个使冷的电解槽平稳地过渡到电解槽生产状态的过程； 避免当电解质或铝水倒入电解槽时，使电解槽受到热的冲击。 (二)理想和较好的焙烧质量 为了使电解槽高效长寿，理想的和比较好的电解槽焙烧质量是： 电解槽焙烧过程应是较为缓慢的升温过程，使槽内衬中的水分和气体缓慢排出，当电解槽内衬中的水分完全排除和捣固糊的焙烧温度得到550600后，可加快焙烧升温速度； 比较理想的电解槽焙烧方法应是从外向里加热焙烧，这样可减少热应力，即减少槽内衬水分和粘结剂分解产物的排除而产生的对电解槽有破坏性的应力； 铝电解槽在焙烧过程要尽量受热均匀，发热体的发热均匀，这是减少焙烧过程中
9、阴极内部的热应力，减少阴极碳块内部裂纹的基本保障； 铝电解槽应该有尽可能高的焙烧温度，在传统的铝电解槽采用铝液焙烧的技术规程中，通常将角部温度达到800850作为最终焙烧温度的标准，这一标准在现在仍应该适用， (三)较高的焙烧温度对电解槽的益处 较高的焙烧温度有利于使本就已经存在于阴极碳块内的微裂纹和小裂纹由热膨胀作用而减少，特别是对于阴极钢棒与阴极碳块之间的缝隙来说，适当高的焙烧温度可减少这些缝隙，增加阴极钢棒与阴极碳块之间的压力。减少在电解槽开动以后由于电解质渗透而产生的电解质沉积量，从而使阴极碳块与阴极钢棒之间的接触电压降得到降低； 适当高的焙烧温度，可增加阴极碳块内的热膨胀，并配合使用
10、低温收缩，高温膨胀捣固糊使用，有利于减少阴极碳块与边部烧结后捣固糊之间的缝隙，从而减少阴极渗漏电解质和金属铝的几率； 适当高的焙烧温度，有利于在电解槽启动后平稳而较快地达到电解槽的热平衡； l 适当高的焙烧温度，可以使电解槽启动起来后，渗透入阴极碳块内的电解质成熔融状态，并通过其阴极碳块内的孔隙进入下面的的防渗层，如果电解槽的焙烧温度很低，渗入到阴极碳块中的电解质在碳块内部凝固，这无疑会增加阴极碳块内部由化学和电化学渗透压力，这种化学和电化学的渗透产生的内压力会很大，容易使阴极碳块出现早期破损，合理的电解槽焙烧温度应该是阴极碳块底表面的温度应不低于888，这一温度是NaF-Na3AlF6的共晶
11、温度。 (四) 快速焙烧和快速启动的方法不可取 谈到电解槽的焙烧温度问题时要顺便提及一下，目前我国一些电解铝厂，或早先的很多电解铝厂作为一种节能节电经验而加以推广的所谓“快速焙烧、快速启动”的电解槽焙烧启动技术，我在轻金属杂志上阅读过这种“经验”，在一些工厂也亲眼目睹过这种技术。采用这种技术的电解槽铝液焙烧有的短至2天，长的为3天。我要告诉我的电解铝厂的朋友们，这是一种对电解槽寿命极为有害的焙烧方式，不可取。采用这种焙烧技术的电解槽的炉底压降高，槽寿命不会长，电流效率不会高，槽热稳定性差，不好管理。(五) 电解槽的焙烧方法: 铝液焙烧法的基本原理是在准备焙烧的新槽或大修后的电解槽的阴极与阳极之
12、间注入铝液，然后通电，借助铝液、阴极炭块和阳极炭块的电阻热使电解槽升温。这种焙烧电解槽方法的缺点是：a.高温铝水瞬间倒入冷槽中，巨大的温差产生的热冲击容易使阴极炭块产生裂纹。b.电解槽的突然升温使槽内衬中的水分大量蒸发，膨胀所产生的气体压力容易从炭块与捣固糊之间的薄弱连接处或处于塑性状态捣固糊的某个薄弱部位拱出，从而使槽底产生孔缝或孔洞。C.新槽或大修的电解槽内，有数吨捣固糊，按理论，它们的焙烧需要遵守严格的焙烧曲线，并且由外向里焙烧才能具有一定的强度和密度，才能不产生裂纹，并与阴极炭块有很好的粘结。而铝液焙烧时，900以上的高温铝水倒入冷槽，使槽内衬的捣固糊在突如其来的高温下焙烧分解，必然导
13、致捣固糊焙烧的强度很低、孔隙大、裂缝多。铝液焙烧的优点是方法简单，槽内焙烧温度和电流分布相对比较均匀。在焙烧结束前，角部和边部的温度都可以达到800以上。 炭粉（石墨粉）焙烧也称之为炭粒焙烧。其原理是在阳极和槽底炭块的窄缝之间铺设炭粉（石墨粉）或炭粒，使阳极和阴极之间实现电连接，然后通电，借助于阳极、炭粉层和阴极的电阻产生的焦耳热，加热焙烧电解槽。该法相对铝液焙烧法来说，其优点是升温焙烧速度得到了较好的控制，消除了铝液焙烧的缺点。其缺点是由于两极之间铺的焦粉的导电性对温度而言是随着温度的升高而降低，即具有负的温度系数，而且电阻受焦粉的粒度、粒度分布、密度和外部压力的影响变化较大，因此使阴极电流
14、分布较不容易控制，槽底容易出现局部电流过高而产生局部过热，由此而产生槽底裂纹也在所难免。炭粉焙烧的另一个最大缺点是由于炭块和捣固糊的导热系数很小，即使在焙烧终了时，其角部和边部的温度也只在500左右。在此情况下开动电解槽时，倒入高温电解质熔体，较大的温差也容易使边部捣固糊承受较大的热冲击，而产生裂缝和裂纹，其边部捣固糊的焙烧强度也得不到保证。除此之外，焦粉焙烧在开始阶段不能使用全电流，这使操作变得复杂，如果使用分流器，造成电能浪费，如果不使用分流器，又给供电和其它电解槽的生产带来影响。 火焰焙烧法的原理是用火焰使电解槽内衬得到加热焙烧。由于这种焙烧方法的传热过程是由外向里，符合炉衬材料特别是捣
15、固糊的焙烧升温制度，因此用该法焙烧的电解槽的质量最好，捣固糊焙烧的强度最高。这种方法克服了铝液焙烧和炭粉焙烧的缺点，因此是一个较为理想的、有利于提高电解槽寿命的焙烧方法。其缺点是操作非常复杂，附加设备也比较多，且槽内衬容易氧化。 固体铝焙烧法与炭粉焙烧法有些相近，它也和炭粉焙烧法一样，在焙烧过程中，阳极导杆与阳极母线之间使用软导体连接。为了在焙烧初期一段时间内使阴极炭块及捣固糊的升温速度不至太快而使用分流技术。固体铝焙烧法与炭粉焙烧法的不同之处仅在于阳极炭块于炭块阴极之间不是用炭粉或石墨粉，而是用固体铝（铝锭、铝板、铝屑，或者是铝锭与铝屑、铝板与铝屑的结合）。固体铝焙烧的优点是：a.具有铝液焙
16、烧法的优点而克服了铝液焙烧法的缺点。2.电流分布均匀，不容易产生局部过热。b.固体铝在660左右的温度熔化后，会逐渐地流到整个槽膛内，利用铝液具有非常好的导热性的优点，使整个槽膛内各处温度比较均匀。其典型的铝电解槽固体铝焙烧方法。 5.电解槽的启动 (一)启动需重视的几个问题 电解槽启动起来后要保持适当高的槽电压，以便使电解槽有足够的能量输入，保证电解质要有较高的温度，使其电解槽不能过早地出现槽底沉淀和槽帮结壳，并使电解槽阴极内衬包括侧部碳内衬和阴极碳块的底部都被熔融的电解质所渗透，用一句俗话，就是让电解槽内衬吃饱喝足电解质； 电解槽内衬“吃饱喝足”电解质熔体后，开始缓慢地降低槽电压，降低电解质温度，直至正常的电解温度，在降温降低槽电压过程中，
