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电解槽寿命提高的研究

　影响槽寿命的因素：

　　影响槽寿命的因素较多，但总的可以归纳为以下五个方面，即电解槽内衬设计、材料、筑炉、焙烧启动和正常槽管理。其中槽壳结构，母线设计等电解槽安装完备后就已确定，所以碳素材料质量、焙烧启动和电解槽运行时的管理表现的尤为重要。从国外先进经验来看，优质内衬，尤其是优质阴极是提高槽寿命的先决条件，从国外发展来看，石墨化阴极炭块优良的指标受到了铝工业的青睐，但是由于石墨资源十分有限，所以发展前景不容乐观，但半石墨质阴极炭块和石墨化阴极炭块也具有良好的性能，对延长槽寿命也是十分有利。如埃肯和美铝公司1997年以来的统计数据表明，所属各铝厂的平均槽寿命接近或达到了3000天，有的还达到甚至超过了3500天(当然绝大部分为中型电解槽)。这些铝厂大多使用半石墨质阴极碳块。

　　1、电解槽内衬设计

　　当电解槽的槽壳选定后，内衬的合理设计对电解槽的寿命影响较大，内衬的设计主要涉及的是电解槽在运行期间的热平衡的保持和合理的应力分布。对于电解槽热平衡设计来说，应该以侧部能否形成并维持的合理的槽帮为设计重点，因为在电解槽运行周期内保持热平衡所遵循的一个主要原则是：输入能量－为生产铝所需的化学能－向四周的热损失=0，如果此项大于0，说明电解槽过热，很难形成良好的炉帮，侧炭破坏严重，小于0，说明热损失过量，槽帮结壳，影响生产。

　　2、阴极材料的选择

　　阴极碳块的质量严重影响了电解槽的寿命，不解决阴极碳块质量问题，就不可能达到国际先进的铝电解技术水平。

　　3、筑炉工艺

　　筑炉工艺主要应从筑炉所用工具、捣固糊、筑炉温度、所砸层数几方面来提高筑炉质量。

　　4、焙烧和启动

　　电解槽寿命其实就是电解槽内衬的寿命，保证电解槽炭素内衬没有缺陷，是延长电解槽寿命的关键，但是要保证炭素内衬没有缺陷是非常困难的。只能是减少内衬的缺陷或是使电解槽没有大的缺陷。相关资料和生产实践表明电解槽炭素内衬的缺陷大多是在电解槽焙烧启动和运行初期形成的。这些缺陷的存在和发展，如裂纹的进一步扩展，各种孔洞的加深等，很容易形成一个渗漏通道，使高温铝液和电解质渗漏至槽底，侵蚀保温层，造成槽底上抬，或侵蚀阴极钢棒，造成漏炉或其它事故，最终导致电解槽被迫停槽大修。当电解槽内衬材料选定后，电解槽的焙烧启动质量是影响电解槽寿命的关键因素。有资料表明凯撒米德铝厂已经做过的工作表明，使用大致相同的槽内衬而槽寿命不同的原因，电解槽焙烧的不均匀性可能是一个主要因素。

　　电解槽焙烧良好的标准是：以足能避免阴极材料产生热应力的低速度把炭素材料加热到电解槽的操作温度；使阴极表面加热的温度梯度最小，以避免在表面上产生热应力；保证全部生糊区的沥青的热解速度，以使焙烧糊具有最佳特性。

　　焦粒焙烧法一方面使电解槽内衬的温度由常温逐步提高到启动温度，很好的避免了对内衬的热冲击，另一方面焙烧产生的裂纹中首先渗入的是高温电解质，在电解槽以后的运行中，电解质凝固后，堵塞了渗铝通道。避免了电解槽产生先天不足。对于焦粒焙烧来说，关键是焙烧时间，即内衬升温梯度，电解槽焙烧其实就是对内衬糊料粘结剂进行焦化使整个内衬成为一个整体，另一方面排除内衬中的水分和挥发份。所以电解槽焙烧制度的制订应与粘结剂性能与温度的变化关系相符合，即电解槽的焙烧也应遵循“两头快，中间慢”的原则。但是对焙烧时间的研究国内和国外是有不同的结果，国内研究认为焙烧时间应达到120小时左右为宜。主要是因为当电解槽焙烧至250℃左右时，炭素内衬是处于软化阶段，此阶段主要是扣除内衬中的水分阶段，升温速度应当加快，否则软化时间过长易造成炭素内衬的变形，在250℃～600℃是挥发份大量排出阶段，此阶段升温速度应当缓慢，要保证挥发份的顺利排出，否则沥青的分解速度加快，挥发份急剧排出使内衬产生焙烧裂纹，进而导致结构疏松、内衬强度降低，对延长槽寿命不利。但资料表明国外焦粒焙烧的时间一般都控制在48小时，过快和过慢都对内衬填缝糊的性能有不良影响。过快(<40小时)会使糊料的裂纹增多，强度下降；过慢(>72小时)会使边部大缝里的糊处在200～450℃的时间过长，蒸馏掉大量沥青组份，使沥青的粘结性能下降，同样也会使糊的孔隙度增大、强度下降，对电解槽寿命产生不利影响。　　无论是电-铝焙烧还是焦粒焙烧，都不能对电解槽侧部人造炉帮进行很好的焙烧，所以对电解槽侧炭的焙烧实际是在启动时进行，因此启动对电解槽寿命也有一定的影响。目前较通用的启动方法为湿法效应启动和湿法无效应启动。

　　5、生产中的管理

　　当前面的各种条件确定后，槽寿命的长短直接由正常生产时的管理所决定，如果管理到位，对内衬在焙烧启动时所产生的某些缺陷起到弥补作用，可延长槽寿命，相反有可能会使内衬缺陷产生扩展，对槽寿命不利。正常生产时的管理主要应建立规整的炉膛，规整的炉膛一方面可以保护电解槽内衬不受高温电解质的腐蚀，另一方面还可以提高电流效率。

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