付明錄，金嶺

（黃河鑫業(yè)有限公司，青海西寧，811601）

關健詞：鋁電解槽；破損原因；施工質量改進

1 前言

在鋁電解的生產(chǎn)中，電解槽壽命是制約電解生產(chǎn)發(fā)展的重要因素，雖然國內電解槽300KA以上的槽型發(fā)展比較快，設計院從設計方面做了很多的改進，生產(chǎn)企業(yè)從焙燒啟動、后期的生產(chǎn)管理也在不斷的提高，但電解槽的壽命問題是直接影響電解鋁的生產(chǎn)成本和生產(chǎn)效率的核心，延長鋁電解槽壽命是電解鋁企業(yè)的一貫追求。目前電解槽的壽命在不斷提高，從2005年的1200-1500天的使用壽命提高到目前的2000天以上，電解槽槽壽命總體呈上升趨勢，筆者從鋁電解槽內襯筑爐施工質量進行分析探討。

2 施工中容易出現(xiàn)的原因

2.1 陰極炭塊的問題

從早期破損的電解槽看，陰極炭塊的質量是導致早期破損的直接原因，目前陰極炭塊的生產(chǎn)廠家多，質量參差不齊。其中有些生產(chǎn)廠家是振動成型，有些廠家是擠壓成型，不管是擠壓成型還是振動成型，關鍵在于陰極炭塊在生產(chǎn)過程中的工藝控制，針對出現(xiàn)的幾臺早期破損槽的分析看，陰極炭塊的橫向斷裂、起層、局部出現(xiàn)裂紋（如圖1），說明生產(chǎn)廠家在產(chǎn)品出入庫存在問題，沒有嚴格檢查，導致不合格的產(chǎn)品進入施工現(xiàn)場；原材料在使用前保管不好，摻入了雜質（煤矸石等），陰極炭塊在生產(chǎn)過程中雜質揮發(fā)或高溫爆裂，出現(xiàn)陰極炭塊空洞，導致電解槽從空洞處漏爐（如圖2），另外在配比過程中的計量不準也是造成上述現(xiàn)象的因素之一，如果陰極炭塊破損或裂縫，導致鋁液中的鈉與炭塊中的炭作用生成化合物，使炭晶格間的距離增大，使炭塊的體積膨脹，很容易使鋁液和電解質液沿炭塊的裂紋滲透，至致接觸到陰極鋼棒生成合金鋁，嚴重時導致漏爐。

圖1 陰極炭塊的橫向斷裂、起層、局部出現(xiàn)裂紋

圖2 陰極炭塊空洞

2.2 側部炭塊的問題

目前各鋁企業(yè)中依據(jù)設計院設計不同而結構各不相同，有普通的碳素側部塊，有氮化硅結合碳化硅側部復合塊，有氮化硅結合碳化硅。普通的碳素側部塊在運行到1000天左右時，氧化和侵蝕后幾乎不復存在，主要是理化指標達不到要求，另外表面裂紋及龜裂導致普通的碳素側部塊快速氧化和侵蝕，造成早期破損。氮化硅結合碳化硅側塊與普通碳素異型塊組成的側部復合塊，是由生產(chǎn)廠家整體將氮化硅結合碳化硅側塊與碳素異型塊粘結后供貨，在施工過程中出現(xiàn)粘結強度達不到指標而分離，從而使兩種炭塊之間產(chǎn)生縫隙導致早期破損，另外普通的碳素側部塊表面裂紋及龜裂導致普通碳素側部塊快速氧化和侵蝕（如圖3），啟動初期伸腿以上的普通碳素側塊脫落（如圖4），造成早期破損。氮化硅結合碳化硅主要的問題是理化指標達不到標準，在運行到1000天以上是與電解質接觸部位侵蝕嚴重，幾乎二分之一以上的厚度已經(jīng)侵蝕完。

圖3 側部塊表面裂紋及龜裂導致普通碳素側部塊快速氧化和侵蝕

圖4 普通碳素側塊脫落

2.3 槽底砌筑中易出現(xiàn)的質量問題

在砌筑中灰縫大，四周的伸縮縫未按規(guī)定留設，特別是在鋼棒孔等部位填充的氧化鋁未充分填實，干式防滲料與陰極鋼棒之間接觸的陰極鋼棒底部未搗實，這些原因的存在導致陰極碳素材料出現(xiàn)破裂或裂縫時順著未填實的部位進行滲透，導致熔化鋼棒從鋼棒孔漏爐，發(fā)生早期破損。

2.4 筑爐砌筑中的扎固問題

筑爐砌筑中的關鍵工序是扎固工序，此道工序有兩個方面的原因：一個原因是此道工序是每個人之間的配合，在每層的扎固中相鄰的搗固機手容易造成漏扎現(xiàn)象，此處就存在質量隱患，也就是為早期破損埋下了隱患；另一個原因是糊料的操作使用存在問題，糊料加熱攪拌不均勻，這主要是：一方面生產(chǎn)糊料的廠家配比存在問題造成每一批或每鍋的糊料不均勻，同一槽中可以說是使用不同配比或不均勻的糊料，另一方面將成袋的糊料經(jīng)預熱爐加熱后直接送到電解槽進行扎固，造成各區(qū)使用的糊料不一樣，雖然是同一批的糊料，但是生產(chǎn)廠家在攪拌過程中由于設備問題而出現(xiàn)糊料攪拌不均勻，經(jīng)常出現(xiàn)返漿和扎不到一起的現(xiàn)象，也是造成早期破損的原因之一。

2.5 內襯材料的質量

鋁電解槽內襯的陰極碳素材料質量直接影響著電解槽的使用壽命和電能消耗等，在日常的大修理中，由于使用的陰極碳素材料比較混雜而各自的理化指標也不盡相同，這就給電解槽的早期破損造成不利的因素，而陰極碳素材料在生產(chǎn)、采購等到方面都比較困難，迫使在電解槽的施工中采用幾家的碳素材料，在實際操作中也很難達到陰極碳素材料一體化。在生產(chǎn)中出現(xiàn)周圍糊料、陰極炭塊脫落和陰極炭塊斷裂等現(xiàn)象也時有發(fā)生，這就給電解槽的早期破損創(chuàng)造了條件。

2.6 使用中的設備及工器具問題

在扎固過程中使用的設備和工器具是關鍵因素，一方面沒有固定的風源和自備空壓機，導致在扎固過程中使用廠房的風源，在整個施工過程中風壓不穩(wěn)定，忽高忽低保證不了壓縮比。另一方面是扎固使用的工器具不規(guī)范，搗錘有缺棱、凸頭現(xiàn)象經(jīng)常存在，造成搗壓不均勻，特別是糊料與陰極炭塊接觸的立縫，如出現(xiàn)凸頭或缺棱，怎么搗固都會出現(xiàn)扎不實的現(xiàn)象，留下很大的質量隱患，可以說扎固過程中出現(xiàn)1%的工序不合格，也就是整個工程100%的不合格。

2.7 電解槽殼的穩(wěn)定性

目前大修中的電解槽槽殼不一定都是更換新槽殼，不更換新槽殼的都存在座不實的現(xiàn)象，新制作的槽殼與支撐梁之間縫隙小，而不進行更換的槽殼與支撐梁之間縫隙大，最大的在30mm左右，這之間的縫隙如不進行處理，待安裝完陰極炭塊等內襯材料后未座實的縫隙將會壓不下去，而內襯砌筑中將會產(chǎn)生新的縫隙。這也是留下質量隱患的原因之一。

3 改進內襯砌筑

3.1 陰極炭塊的生產(chǎn)廠家的選擇

針對陰極炭塊比較雜又比較多的情況下，對陰極炭塊的生產(chǎn)廠家進行實地考察，從各廠家的生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)工藝、原材料的進貨渠道、陰極炭塊的焙燒、炭塊的加工等等了解，確定3-4家合格供應商，每次從這幾家比價確定每批次的供應廠家，絕對不能選擇貿(mào)易商供應陰極炭塊，貿(mào)易商選擇的陰極炭塊廠家是以價格為目的，以次充好，炭塊質量難以保證。

3.2 電解槽陰極炭塊的組裝

針對陰極炭塊的缺陷，首先是從源頭把關，組裝前檢查是否有裂紋、缺棱、掉角等現(xiàn)象，其次是組裝后的檢查，通過比電阻測試儀和外觀質量的檢查，第三是在安裝陰極炭塊前進行檢查，通過打音、表面觀察等措施，確保陰極炭塊的質量。第四是用電子吊鉤稱對扎入的糊料量進行計量，確保每組陰極炭塊扎入的糊料量不低于設計要求的重量，第五是陰極炭塊的外觀尺寸一定要規(guī)范，目前的陰極炭塊的尺寸偏差大，盡可能的將尺寸偏差相近的安裝在一起。另外陰極炭塊在陰極炭塊的兩長側和兩短側都開槽，防止側部和立縫滲漏，從筑爐內襯工藝上消除缺陷。杜絕有缺陷炭塊組進入電解槽中，保證了安裝到電解槽中的每一塊陰極炭塊組的質量。

3.3 改進筑爐施工工藝

從進入電解槽內襯砌爐開始，先劃出每層的高度控制線和伸縮縫的控制線，改變以往的隨意性砌筑，這樣不但操作時方便，更主要是能保證縱橫伸縮縫的位置和高度控制線，達到規(guī)范操作的目的。在電解槽四周的砌筑時，嚴格控制各層的灰縫，在鋼棒孔和耐火磚的空隙中用氧化鋁填滿填實不能留有空隙，保證在鋁液、電解質滲漏時無滲漏空間，從源頭堵住滲漏，防止從鋼棒孔中漏爐發(fā)生。另外在扎固工藝時，首先控制好糊料的溫度和加熱攪拌。在幾年前曾經(jīng)出現(xiàn)每批中的糊料不一樣，其中有的糊料油份較大有些糊料油份較小，而且骨料也不一樣，這樣在扎固時就會出現(xiàn)油份較大的溫度高，油份較小的溫度低，同時油份大的容易出現(xiàn)返槳現(xiàn)象，油份小的出現(xiàn)扎不在一起的現(xiàn)象，所以為避免糊料溫度不均勻，在扎固前一天將糊料放入預熱爐，按規(guī)定進行預熱，同時為避免生產(chǎn)廠家每批或每鍋的配比不均勻性，將糊料二次進入混捏鍋進行攪拌，待攪拌均勻后運到施工現(xiàn)場，力求糊料達到均衡。其次在扎固時對各區(qū)域進行劃分，劃分的目的就是各搗固機手在扎自己的區(qū)域外同時還要延伸200mm到兩邊區(qū)域進行扎固，這樣避免在接搓處的漏扎現(xiàn)象，保證整體的扎固效果，

3.4 嚴格控制內襯材料質量

電解槽的內襯材料是延長槽壽命的關鍵因素之一，而陰極碳素材料最為關鍵，它是在高溫和熔鹽強烈侵蝕的環(huán)境下工作的，所以碳素材料質量好壞直接影響到電解槽的壽命。在每臺槽中應盡量使用同一廠家的碳素材料，盡可能達到電解槽內襯素材料一體化。嚴格控制內襯碳素材料的理化指標，對超標的材料禁止使用，防止由于內襯碳素材料而引起的早期破損。另外陰極內襯材料在運輸中和保管時必須符合技術要求，嚴禁日曬雨淋、強烈震動和受潮。

3.5 改善扎槽的設備和工器具

為了杜絕扎固進程中使用墻壁風源的問題，保證扎固中風壓的穩(wěn)定性，用自備空壓機進行供風，滿足了扎固工藝要求，達到了預期目標，從而保證扎固中糊料的溫度。另外還對缺棱、角的搗固錘及時進行更換和加工，保證扎固過程中各個角落的扎固質量，為整體扎固質量提供保障，避免由于扎固質量而造成的早期破損。為防止扎固糊出現(xiàn)分層現(xiàn)象，改進扎固工具，采用梅花錘搗固使周圍糊層間緊密銜接，有效解決原工藝糊料層間拉毛不好及層間結合差的現(xiàn)象，扎固和拉毛過程一次完成，有利于提高了電解槽的扎固質量。

3.6 提高人員素質

在電解槽工藝技術不改變的前提下，要防止電解槽早期破損、延長電解槽使用壽命，提高施工人員素質是非常重要的。為了解決因人為因素造成電解槽大修質量降低而導致電解槽使用壽命低的情況，經(jīng)常性對電解槽大修人員進行理論和技能培訓，提高員工的操作技能、質量意識和責任心。

4 結束語

通過以上對電解槽內襯質量的分析，找出了在內襯砌筑中的幾個問題，并且按照找出問題采取了相應的措施，使電解槽的壽命有了明顯的提高，有效遏制早期破損槽的發(fā)生，總之要提高鋁電解槽的壽命，不僅從電解槽槽殼設計、碳素材料、施工質量等各環(huán)節(jié)做好，而且更重要的是從電解槽的焙燒啟動及正常的生產(chǎn)管理進行嚴格控制。