郭立國(guó)

摘 要 本文論述了鋁電解槽破損修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，為鋁電解槽破損修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用走可持續(xù)發(fā)展道路提供了一定的見解。

關(guān)鍵詞 鋁電解槽破損 修復(fù)技術(shù) 應(yīng)用與發(fā)展

一、引言

鋁電解槽是電解鋁生產(chǎn)的重要設(shè)備。其運(yùn)行狀態(tài)良好程度，壽命長(zhǎng)短，直接關(guān)系到電解鋁生產(chǎn)的質(zhì)量和產(chǎn)量，同時(shí)也對(duì)電解鋁生產(chǎn)的成本有很大影響。鋁電解槽經(jīng)多年使用，運(yùn)行周期較長(zhǎng)，電解槽槽殼變形、破損嚴(yán)重，需進(jìn)行大修理。改進(jìn)電解槽大修理工藝，提高電解槽大修理質(zhì)量和大修理效率，降低維修成本，是生產(chǎn)中一項(xiàng)重要的設(shè)備管理、維護(hù)工作。鋁電解槽的破損及維修是一項(xiàng)重要的工作。其只有了解電解槽破損的原因之后，才能對(duì)其實(shí)行維修處理，保障鋁電解槽的可靠性，以滿足電解鋁的實(shí)踐過(guò)程。由于鋁電解槽發(fā)生破損后容易影響生產(chǎn)的效果，因此其只有做好維修的工作，恢復(fù)鋁電解槽的基本結(jié)構(gòu)，才能完善鋁電解槽的具體應(yīng)用。

二、對(duì)鋁電解槽破損修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀的分析與認(rèn)識(shí)

（一）電解槽破損鑒定

在停電過(guò)程中，需要對(duì)電解槽的破損進(jìn)行鑒定。電解槽的破損主要是由于槽側(cè)部的炭塊過(guò)度損耗或人為因素造成破壞未及時(shí)處理造成的。其主要的破損形式有以下兩種：一是側(cè)部伸腿的過(guò)度損耗導(dǎo)致電解質(zhì)與鋁液從陰極鋼棒處滲漏。二是側(cè)部爐幫發(fā)紅導(dǎo)致側(cè)部擊穿滲漏電解質(zhì)。

引起這種現(xiàn)象的原因主要有空氣對(duì)側(cè)部炭塊的氧化和爐幫的形成不良，使高溫和強(qiáng)腐蝕的電解質(zhì)溶液直接對(duì)側(cè)部炭塊的沖刷和侵蝕。

1.小修。一是陰極炭塊在電、熱、磁等共同作用下會(huì)時(shí)常出現(xiàn)碳內(nèi)襯中的熱膨脹、鈉膨脹，陰極斷裂、沖蝕、剝層，以及碳內(nèi)襯下部各滲透物漸漸填充的現(xiàn)象等，這些都造成了槽底炭塊的隆起。如果隆起在50mm以下，凹坑在80mm以下時(shí)可定位小修。二是側(cè)部?jī)?nèi)襯兩小面仍可見炭塊的輪廓，大面伸腿以上受到不同程度破損和侵蝕，但如若側(cè)部炭塊破損不至于見到鋼板則不需更換。經(jīng)過(guò)干刨伸腿的局部都有橫向裂紋，但整體形狀規(guī)整。按照我公司的122臺(tái)小修啟動(dòng)后發(fā)現(xiàn)鋼棒發(fā)紅、漏鋁比值是2.46%。三是對(duì)槽內(nèi)沒(méi)脫落的陰流塊要嚴(yán)格檢查，因?yàn)樗碗娊獠鄣氖褂脡勖幸欢ǖ穆?lián)系。

2.中修。更換1～14塊破損嚴(yán)重的陰極炭塊，若一塊陰極炭塊破損50%以上、低于其他陰極炭塊表面120mm以上的話，則給予更換。

3.大修。陰極炭塊拱起90mm以上、爐底鋼板溫度異常、表面破損嚴(yán)重裂紋較多。

（二）鋁電解槽常見破損形式及原因

通常所說(shuō)的電解槽破損是指其陰極內(nèi)襯的破損。鋁電解槽的陰極內(nèi)襯使用期不到1年，稱為早期破損。槽內(nèi)鋁液中的鐵含量連續(xù)增加，一般情況下，是槽底部陰極鋼棒受鋁液侵蝕熔化所致。這往往是陰極炭塊破損的征兆。當(dāng)鋁液中的鐵含量連續(xù)超過(guò)1%時(shí)，表示陰極炭塊已發(fā)生嚴(yán)重破損。電解槽陰極內(nèi)襯破損可歸納為如下幾種形式：

1.陰極炭塊及保溫絕熱結(jié)構(gòu)的變異。陰極內(nèi)襯的變異主要有：陰極炭塊發(fā)生變形——膨脹、隆起、裂開或有沖蝕坑穴，炭塊之間的炭糊接縫發(fā)生裂紋。其中浸漬著碳化鋁、電解質(zhì)和鋁，炭塊中的鋼棒彎曲變形，一部分被鋁熔解侵蝕，形成亮晶晶的鋁鐵合金，炭塊下面的耐火磚層局部變質(zhì)，向上隆起，呈凸棱鏡狀，側(cè)部炭塊受到侵蝕，其中滲透著鋁和電解質(zhì)，體積膨脹，槽殼變形，側(cè)壁向外鼓出，四角上抬，底部呈船形。

2.鈉的滲透。在一定的NaF/A1F3分子比和溫度下，鋁中的鈉含量應(yīng)為平衡值。但是實(shí)際的鈉含量恒低于平衡值。其主要原因是鈉向炭陰極滲透擴(kuò)散引起的。鈉往陰極炭塊中滲透之后，形成炭鈉化合物，炭的晶格體積膨脹，使晶格變得酥松，這是造成炭陰極破損的一個(gè)重要原因。一般認(rèn)為，鈉的侵蝕作用在較低溫度下尤其嚴(yán)重，因?yàn)樘库c化合物在高溫下部分分解，一般在溫度400～1，000℃，鈉對(duì)炭的破壞作用隨溫度升高而減弱。

故對(duì)于電解槽槽底的焙燒而言，焙燒溫度達(dá)到900～950℃之后再啟動(dòng)為宜。

3.電解質(zhì)的滲透。電解質(zhì)的滲透量與陰極炭塊的材質(zhì)有很大關(guān)系。滲透量增大的順序與炭活性增大的順序一致。在無(wú)煙煤基陰極（未經(jīng)高溫焙燒的）中滲透量最多，其次是油焦和瀝青基（未經(jīng)高溫焙燒的），在石墨陰極中最少。而且，孔度大的材料滲透量多，孔度小的滲透量小。

（三）陰極內(nèi)襯破損的檢查與維修

破損部位的檢查：

第一，用鐵釬探查槽底把直鐵釬的尖端前部彎成長(zhǎng)約10cm的直角鉤，然后把鉤尖伸入陰極下面，按照底塊和底縫排列的縱橫順序逐塊逐縫依次探鉤，把有坑和有縫的部位記錄下來(lái)，并估計(jì)出破損部位的長(zhǎng)度和深度。另外，也可觀察鉤尖的情況。在破損部位，由于鋁水和陰極鋼棒的接觸，電阻很小，通電較多，沉淀較少，溫度較高，因此，鉤尖插入這里拔出后，鉤尖會(huì)有冒白煙現(xiàn)象。

第二，測(cè)量陰極電流分布和陰極鋼棒的溫度為了進(jìn)一步證實(shí)該槽是否破損，可根據(jù)槽內(nèi)初檢的情況，再測(cè)量一下陰極電流分布和陰極鋼棒溫度。一般情況下，熔化的陰極鋼棒的電流分布和溫度都比正常的高。

（四）破損部位的填補(bǔ)方法

確定破損部位以后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行填補(bǔ)。填補(bǔ)材料常用鎂砂、鎂磚塊、氟化鈣和氧化鋁沉淀。這些材料中的金屬元素電位順序都在鋁以上，即使熔入電解質(zhì)中，也不會(huì)在陰極上析出，不會(huì)影響電解的正常進(jìn)行和原鋁質(zhì)量。同時(shí)，這些材料密度較大，易沉在槽底，熔化或半熔化后，能以勃稠狀態(tài)充填于破損的深處或覆蓋在槽底，阻止鋁液的滲漏，減少陰極鋼棒被鋁液進(jìn)一步侵蝕，從而延長(zhǎng)電解槽的壽命。

三、依靠技術(shù)進(jìn)步，促進(jìn)鋁電解槽破損修復(fù)技術(shù)應(yīng)用的可持續(xù)發(fā)展

（一）電解槽破損的修補(bǔ)方法

針對(duì)上述電解槽側(cè)部破損的情形，國(guó)內(nèi)同行業(yè)最初采取的是風(fēng)管冷卻，多功能機(jī)組進(jìn)行砸補(bǔ)，以及這兩種方式的結(jié)合和加大巡視力度等措施。盡管投入了大量的人力和物力，但是效果差強(qiáng)人意，不能自效地解決問(wèn)題。為此，筆者針對(duì)傳統(tǒng)方法的不足，同時(shí)結(jié)合自己多年檢修大型電測(cè)曹的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，依據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐，總結(jié)出以下方法：

第一，若側(cè)部的炭塊破損較小，如表層剝落、側(cè)部鋼板微紅或者暗紅，我們可以采取扎邊操作的方法。具體是用風(fēng)鎬把破損的殘留側(cè)炭和氧化鋁料塊沿著槽鋼殼刨出，深度約為50cm～60cm，寬度約15cm，長(zhǎng)度視側(cè)部炭塊破損多少而定，一般不超過(guò)60cm。再用炭糊補(bǔ)充刨出的坑內(nèi)，并用搗固機(jī)層層扎固，確保炭糊與側(cè)部炭塊緊密結(jié)合，扎固到與原來(lái)側(cè)炭的相仿高度即可。若側(cè)部的炭塊破損較為嚴(yán)重時(shí)，先在槽沿板上用粉筆劃好欲修補(bǔ)的側(cè)部炭塊的長(zhǎng)度，用鋁液和干燥的鎂砂與氟化鈣混合成厚約10cm的相應(yīng)大小的餅狀材料。然后在導(dǎo)桿處加紙斷電，將相關(guān)的爐底沉淀清理干凈，再用漏鏟，釬子等工具把補(bǔ)爐材料準(zhǔn)確送至破損處并壓住，將修補(bǔ)炭塊與四周的炭塊燒結(jié)成一體。

第二，對(duì)陰極炭塊凹坑為110mm ～150mm修復(fù)可采用表面打花、鉆孔以及扎糊料進(jìn)行修補(bǔ)。

第三，在中修時(shí)取出破損嚴(yán)重的陰極炭塊，不能用液壓千斤頂及天車等大型設(shè)備進(jìn)行拆除，只能用人工用風(fēng)鎬打碎取出。

第四，碳?jí)K重塑法修補(bǔ)。對(duì)電解槽陰極電流的分布、陰極鋼棒溫度、散熱孔溫度等全面分析，在換極過(guò)程中對(duì)爐幫、伸腿部位進(jìn)行測(cè)量，確定電測(cè)曹損壞區(qū)域，對(duì)于發(fā)生嚴(yán)重浸蝕、散熱孔發(fā)紅的區(qū)域采取以下固定流程進(jìn)行修補(bǔ)。一是確定電解槽損壞部位。通過(guò)綜合技術(shù)分析對(duì)電測(cè)槽的損壞部位進(jìn)行確定，包括損壞面積、損壞程度等。調(diào)整維修技術(shù)條件，并準(zhǔn)備好維修過(guò)程中各種工器具、材料。二是操作人員需提前四小時(shí)用多功能操作機(jī)械將需要修補(bǔ)的地方砸實(shí)，在兩個(gè)方向留下一定寬度，同時(shí)將修補(bǔ)部位散熱孔用風(fēng)冷卻，在修補(bǔ)的過(guò)程中電解質(zhì)不得超過(guò)過(guò)十八毫升。剩余的電解質(zhì)必須及時(shí)排出。三是確認(rèn)修補(bǔ)后，清除砸實(shí)區(qū)域上部結(jié)殼決，去除對(duì)應(yīng)部位的雜質(zhì)。四是將損壞部位的殘余雜質(zhì)用風(fēng)鎬挖出。在清理的過(guò)程中，如果發(fā)現(xiàn)有鋁液泄露，必須將泄露的鋁液清理干凈，堵住泄露源頭。根據(jù)損壞程度，刨挖的寬度一般為二到四塊側(cè)塊寬，底部挖到耐火磚部位，用風(fēng)管吹干凈挖掘處。五是在槽殼上及耐火磚上涂上焦油.添加熱搗糊將底部撫平，安放側(cè)部碳?jí)K，同時(shí)用鎂磚支持，在修補(bǔ)區(qū)域的兩端頭，用鋼板固定，添加熱搗糊將側(cè)部碳?jí)K空隙搗實(shí)。六是焙燒二十到四十小時(shí)，拆除鋼板，沿側(cè)部碳?jí)K邊緣鋪部分氧化鈣，焊好鋼帶。繼續(xù)風(fēng)冷。七是對(duì)陰極炭塊裂縫的修補(bǔ)則需先將裂縫刨成內(nèi)八型，如果鋼棒融化部位能用鎂磚制成料狀與糊料扎固第一層，其他層數(shù)則按照扎縫的工藝來(lái)施工。八是對(duì)于沒(méi)見到鋼板破損的側(cè)部碳?jí)K應(yīng)采用碳化硅水泥和水及成漿進(jìn)行三次修補(bǔ)，硬化后和側(cè)部塊的硬度相似，以降低成本。

（二）防止和減少槽殼破損的改進(jìn)措施

1.采用新槽形，提高槽殼鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。根據(jù)設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)論證和電解鋁廠實(shí)際使用表明，采用船形結(jié)構(gòu)的槽殼（如圖1所示）比原電解槽的槽殼抗變形強(qiáng)度好，易于分散熱量，不易破損，運(yùn)行周期長(zhǎng)。某公司對(duì)舊槽殼報(bào)廢后，更新的電解槽槽殼也已改用船形槽殼。其在電解現(xiàn)場(chǎng)使用效果很好。

2.保證原輔材料和大修質(zhì)量合格。管理部門要嚴(yán)格舊槽殼的報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)大修槽的焊接及槽膛的耐火磚砌筑質(zhì)量檢查，提高槽殼大修后就位的準(zhǔn)確率，陰極炭塊和扎固糊料等的原料進(jìn)貨質(zhì)量檢查等基礎(chǔ)環(huán)節(jié)上要嚴(yán)格，以避免因槽殼變形或漏爐而造成的早期破損、停槽大修。

3.加強(qiáng)電解的日常操作維護(hù)。在日常的操作和維護(hù)上，要從提高換極質(zhì)量到保溫料的添加，從爐底處理到大面整形，都精細(xì)操作，嚴(yán)格根據(jù)槽運(yùn)行情況設(shè)定合理的目標(biāo)電壓、保持合理的槽溫，控制好合理的氧化鋁濃度、分子比，設(shè)定理想的加料間隔，保持匹配的電解質(zhì)水平和鋁水平，密切關(guān)注電解槽運(yùn)行狀態(tài)，使各項(xiàng)技術(shù)條件相互匹配，為延長(zhǎng)槽殼的運(yùn)行周期奠定基礎(chǔ)。

（三）鋁電解槽操作規(guī)范

分析鋁電解槽破損后維修時(shí)的操作規(guī)范，諸如：

第一，鋁電解槽工作中發(fā)現(xiàn)有破損時(shí)，先將鋁電解槽停運(yùn)、冷卻一周的時(shí)間，提出陽(yáng)極結(jié)構(gòu)后執(zhí)行槽體拆卸，所有的拆卸工作必須由專業(yè)的人員操作。

第二，維修現(xiàn)場(chǎng)要樹立起安全警示牌，提醒工作人員注意安全，所有的維修工具都要擺放整齊，以免有不規(guī)范的操作，現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行拆卸工作時(shí)也要保證安全工作。

第三，維修中處理鋁電解槽的上下槽體時(shí)，需要采用梯子類型的輔助設(shè)施，維修人員上下過(guò)程中不能直接接觸槽體，預(yù)防安全事故。

第四，鋁電解槽彎料管、煙道管、扣壓管拆卸維修時(shí)，需確保鋁電解槽處于安全的環(huán)境中，禁止維修現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生漏電事故，保護(hù)維修人員的安全等。

四、結(jié)語(yǔ)

鋁電解槽使用中為了降低破損的發(fā)生概率，就要落實(shí)操作規(guī)范，通過(guò)規(guī)范的操作延長(zhǎng)鋁電解槽的壽命，同時(shí)也能減少破損維修時(shí)的工作量，避免影響鋁電解槽的具體應(yīng)用，由此才能為鋁電解槽的應(yīng)用提供優(yōu)質(zhì)的環(huán)境。只有對(duì)電解槽的破損原因有了充分的了解才能較為準(zhǔn)確的判斷電解槽的修復(fù)性質(zhì)。在停電過(guò)程中對(duì)電解槽進(jìn)行修復(fù)能有效地節(jié)約生產(chǎn)成本，對(duì)修槽過(guò)程中的問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)解決。

（作者單位為包頭鋁業(yè)有限公司）

參考文獻(xiàn)

[1] 高文義.大型預(yù)焙鋁電解槽局部破損小修的生產(chǎn)實(shí)踐[J].輕金屬，2008（06）：9-11.

[2] 李祥祺.大型預(yù)焙鋁電解槽側(cè)部破損的處理方法[J].輕金屬，2006（04）：11-12+47.