延长铝电解槽寿命

1、1. 前前 言言 延长铝电解槽寿命是降低电解铝生产成本的需要。延长铝电解槽寿命是降低电解铝生产成本的需要。 延长铝电解槽寿命是环境保护需要。延长铝电解槽寿命是环境保护需要。 延长铝电解槽寿命是追赶国外先进技术的需要。延长铝电解槽寿命是追赶国外先进技术的需要。 国内出现国内出现3000天以上的电解槽是延长电解槽寿命天以上的电解槽是延长电解槽寿命技术成功的标志。技术成功的标志。2.1 铝电解槽内衬破损直接影响槽寿命铝电解槽内衬破损直接影响槽寿命 铝电解槽内衬破损的成因铝电解槽内衬破损的成因阴极碳块局部破损阴极碳块局部破损捣固糊局部破损捣固糊局部破损侧部碳块局部破损侧部碳块局部破损 铝电解槽内衬破损

2、的机理铝电解槽内衬破损的机理热冲击产生的热应力不均热冲击产生的热应力不均 阴极内衬吸钠产生应力不均阴极内衬吸钠产生应力不均 机械磨损以及阴极表面的副反应机械磨损以及阴极表面的副反应 2. 影响铝电解槽寿命的主要因素影响铝电解槽寿命的主要因素2.2 铝电解槽运行状况间接影响槽寿命铝电解槽运行状况间接影响槽寿命 铝电解槽经济槽寿命铝电解槽经济槽寿命维护成本低维护成本低 潜在危害小潜在危害小 技术指标好技术指标好 2.3 铝电解槽停槽的条件铝电解槽停槽的条件 槽壳温度、槽壳变形程度槽壳温度、槽壳变形程度 原铝质量原铝质量 电流效率电流效率2. 影响铝电解槽寿命的主要因素影响铝电解槽寿命的主要因素根据

3、仿生学原理，确定影响电解槽寿命的五个环节根据仿生学原理，确定影响电解槽寿命的五个环节 电解槽结构设计电解槽结构设计 材料选择材料选择 筑炉工艺筑炉工艺 焙烧启动技术焙烧启动技术 生产操作生产操作 3.延长槽寿命措施及有效性分析延长槽寿命措施及有效性分析 3.1.1电解槽结构设计电解槽结构设计 铝电解槽较佳设计效果铝电解槽较佳设计效果侧部散热，底部保温；侧部散热，底部保温；钢壳强度高，变形小；钢壳强度高，变形小；下料器布局利于氧化铝溶解扩散，浓差变化小；下料器布局利于氧化铝溶解扩散，浓差变化小； 母线配置均衡槽内磁场分布，铝液流速适当。母线配置均衡槽内磁场分布，铝液流速适当。 3.1 电解槽结构

4、设计、筑炉工艺操作电解槽结构设计、筑炉工艺操作以及筑炉材料选择以及筑炉材料选择 高效大容量电解槽结构设计特点高效大容量电解槽结构设计特点四端、五端、六端进电四端、五端、六端进电单围带摇篮架式单围带摇篮架式四点交替下料四点交替下料 模糊控制技术模糊控制技术 窄炉面窄炉面3.1.1 电解槽结构设计电解槽结构设计 电解槽结构设计对槽寿命的影响实例电解槽结构设计对槽寿命的影响实例贵州分公司贵州分公司186KA电解槽与电解槽与160KA电解槽停槽槽龄统计电解槽停槽槽龄统计 3.1.1 电解槽结构设计电解槽结构设计槽型 2004年 2005年 2006年 2007年平均 186KA槽（天） 1709186

5、0.418822006.71879.5160KA槽（天） 14921524162917491598.5 阴极碳块组装质量阴极碳块组装质量 扎固糊温度及扎固压力控制扎固糊温度及扎固压力控制 针对薄弱部位，强化扎固质量针对薄弱部位，强化扎固质量 根据筑炉材料的性质，制订技术措施和施工方案根据筑炉材料的性质，制订技术措施和施工方案 完善电解槽内衬砌筑检查规程，保证施工工程质量完善电解槽内衬砌筑检查规程，保证施工工程质量3.1.2 筑炉工艺和施工质量的把关筑炉工艺和施工质量的把关 30%石墨阴极碳块的工业应用，提高抗钠侵蚀和石墨阴极碳块的工业应用，提高抗钠侵蚀和膨胀能力膨胀能力 上下复合侧部炭上下复合

6、侧部炭-氮化硅的工业应用，提高电解氮化硅的工业应用，提高电解槽侧部散热能力槽侧部散热能力 异型阴极碳块的工业应用，提高铝电解技术经济异型阴极碳块的工业应用，提高铝电解技术经济指标指标3.1.3 新型内衬材料的开发应用新型内衬材料的开发应用3.2.1 铝电解槽常用焙烧方法及优缺点比较铝电解槽常用焙烧方法及优缺点比较3.2 大型预焙槽预热焙烧启动技术分析评价大型预焙槽预热焙烧启动技术分析评价焙烧方法焙烧方法优点优点缺点缺点铝液焙烧铝液焙烧 过程简单、平稳，最过程简单、平稳，最终温度分布较匀、碳块氧终温度分布较匀、碳块氧化少、电解质洁净化少、电解质洁净 灌铝时对冷的阴极、捣固糊表面产生热灌铝时对冷的

7、阴极、捣固糊表面产生热冲击。铝液渗透到阴极裂缝中，影响寿命。冲击。铝液渗透到阴极裂缝中，影响寿命。焙烧时间长。初期升温过快，温度梯度大，焙烧时间长。初期升温过快，温度梯度大，能耗高。能耗高。焦粒焙烧焦粒焙烧 容易控制，焙烧时间容易控制，焙烧时间较短，较短，48-72小时，启动小时，启动效应电压低，可弥补内衬效应电压低，可弥补内衬缺陷缺陷 阳极电流分布控制较难，易出现局部温阳极电流分布控制较难，易出现局部温度过高及局部欠烧情况。温度梯度较大，阴度过高及局部欠烧情况。温度梯度较大，阴极电流分布不均，电解质含碳高，能耗略高，极电流分布不均，电解质含碳高，能耗略高，操作复杂。操作复杂。石墨粉焙石墨粉焙

8、烧烧 温度梯度小，可弥补温度梯度小，可弥补内衬缺陷，电解质洁净内衬缺陷，电解质洁净 石墨价格高，操作复杂，石墨电阻较低，石墨价格高，操作复杂，石墨电阻较低，升温缓慢，焙烧时间较长。升温缓慢，焙烧时间较长。燃料焙烧燃料焙烧 可达到很均匀的温度可达到很均匀的温度分布，加热速度可控，不分布，加热速度可控，不需电能，无阳极氧化问题，需电能，无阳极氧化问题，能耗低，外能源预热。能耗低，外能源预热。 阴极和捣固糊表面氧化破坏，易出现阴阴极和捣固糊表面氧化破坏，易出现阴极裂缝、上抬和削落，启动困难，启动效应极裂缝、上抬和削落，启动困难，启动效应时间长，设备复杂，操作难度大，需要维修，时间长，设备复杂，操作难

9、度大，需要维修，安全措施、有害气体防护等要求较高。安全措施、有害气体防护等要求较高。3.2.2.1 预热方式的对比分析预热方式的对比分析 铝液焙烧预热铝液焙烧预热铝液高温热冲击是造成电解槽产生早期破损的主要原因。铝液高温热冲击是造成电解槽产生早期破损的主要原因。 混合料焙烧预热混合料焙烧预热符合符合“缓慢加热，均匀升温缓慢加热，均匀升温” 原则原则 ，为延长槽寿命创造，为延长槽寿命创造条件。条件。 3.2.2 混合料焙烧与铝液焙烧应用情况混合料焙烧与铝液焙烧应用情况对比对比 焙烧过程升温曲线焙烧过程升温曲线混合料混合料焙烧更接近于理想的升温曲线焙烧更接近于理想的升温曲线。 焙烧过程阴、阳极电流

10、分布焙烧过程阴、阳极电流分布混合料焙烧电流分布均匀较好混合料焙烧电流分布均匀较好。 焙烧过程温度场分布焙烧过程温度场分布混合料焙烧能有效控制混合料焙烧能有效控制850等温线，横向温度分布等温线，横向温度分布均匀。均匀。 焙烧过程电压变化曲线焙烧过程电压变化曲线混合料焙烧冲击电压低，焙烧过程电压下降平缓；铝混合料焙烧冲击电压低，焙烧过程电压下降平缓；铝液焙烧冲击电压高，焙烧过程电压波动大。液焙烧冲击电压高，焙烧过程电压波动大。 3.2.2.2 焙烧环节的对比分析焙烧环节的对比分析 评判焙烧效果的数据资料评判焙烧效果的数据资料 预热焙烧期间加热速率，即升温过程；预热焙烧期间加热速率，即升温过程；

11、阴极碳块、耐火材料及绝热材料的垂直温度梯度；阴极碳块、耐火材料及绝热材料的垂直温度梯度； 预热焙烧期间阳极（阴极）电流分布；预热焙烧期间阳极（阴极）电流分布； 最终阴极表面平均温度；最终阴极表面平均温度； 最终阴极表面温度分布。最终阴极表面温度分布。3.2.2.2 焙烧环节的对比分析焙烧环节的对比分析3.2.3 混合料、铝液启动阶段对比分析混合料、铝液启动阶段对比分析 3.2.3.1 干法、湿法启动的特点分析干法、湿法启动的特点分析 湿法、干法启动特点及优缺点分析对比表湿法、干法启动特点及优缺点分析对比表 启动启动方法方法干法启动干法启动湿法启动湿法启动无效应启动无效应启动有效应启动有效应启动

12、低低AE启动启动高高AE启动启动特点特点靠弧光放电，靠弧光放电，熔化冰晶石造熔化冰晶石造液液控制电压在控制电压在10V以以内，慢慢熔化固体内，慢慢熔化固体料造液料造液AE电压在电压在12V以下以下AE电压在电压在12V以上以上优缺优缺点点电压波动大，电压波动大，在在10-30V之间之间启动时炉底温度高，启动时炉底温度高，并且电解质中碳渣并且电解质中碳渣不易分离不易分离碳渣易从电解质中分碳渣易从电解质中分离出来离出来3.2.3.2 启动效果对比启动效果对比 贵州分公司贵州分公司不同焙烧技术阴极破损或剥层统计不同焙烧技术阴极破损或剥层统计中中铝贵州分公司推广应用混合料焙烧启动技术铝贵州分公司推广应

13、用混合料焙烧启动技术后，后，平均停槽槽龄增加平均停槽槽龄增加305.5天。天。 内容内容铝液焙烧铝液焙烧混合料焙烧混合料焙烧启动槽数量（台）启动槽数量（台）96138阴极破损或剥层数量（台）阴极破损或剥层数量（台）194所占比率所占比率19.5%2.9%3.3.1 三种非正常期技术管理的特点三种非正常期技术管理的特点 三个月非正常期三个月非正常期严格严格执行原日方基准。执行原日方基准。 缩短非正常期缩短非正常期快速快速降低分子比和电解温度，提高铝水平。降低分子比和电解温度，提高铝水平。 延长非正常期延长非正常期增加增加电解槽的过渡期，缓慢降低电解温度、分子比，电解槽的过渡期，缓慢降低电解温度、

14、分子比，铝水平相对较低。铝水平相对较低。3.3 非正常期管理技术的评价非正常期管理技术的评价 电解槽采用碱性电解质启动之后，缓慢提高酸度电解槽采用碱性电解质启动之后，缓慢提高酸度有利于降低阴极压降。有利于降低阴极压降。 缩短非正常期能获得短期高电流效率。缩短非正常期能获得短期高电流效率。 缩短非正常期，电解槽产生热震，阴极破损机率缩短非正常期，电解槽产生热震，阴极破损机率增加。增加。 增加过渡期，符合增加过渡期，符合“不至在内衬中形成非正常期不至在内衬中形成非正常期的温度梯度以及减少由此造成的内衬材料损坏的温度梯度以及减少由此造成的内衬材料损坏”的工艺要求。的工艺要求。 3.3.2 非正常期管

15、理分析与评价非正常期管理分析与评价3.4.1 装备技术的创新装备技术的创新 自适应技术及点式下料系统的开发应用自适应技术及点式下料系统的开发应用 分布式技术的开发应用分布式技术的开发应用 电解计算机管理程序的开发应用电解计算机管理程序的开发应用 模糊控制技术的开发应用模糊控制技术的开发应用 3.4 正常期电解槽管理正常期电解槽管理 新工艺的特点是有效控制针振、冷热新工艺的特点是有效控制针振、冷热好的工艺更需好的执行好的工艺更需好的执行! 3.4.2 新工艺概念的提出和应用新工艺概念的提出和应用 随着电解新技术、新工艺、新材料、新装备的应随着电解新技术、新工艺、新材料、新装备的应用，对工艺规程实

16、施动态管理；用，对工艺规程实施动态管理； 制定各种异常事件的应急预案；制定各种异常事件的应急预案； 严格实施各项工艺规程以及规章制度；严格实施各项工艺规程以及规章制度； 加大工艺纪律的检查；加大工艺纪律的检查； 严惩违章行为。严惩违章行为。 3.4.3 工艺规程的标准化管理工艺规程的标准化管理 3000天以上电解槽在技术条件控制上波动幅度小，特天以上电解槽在技术条件控制上波动幅度小，特别是电解温度波动小；别是电解温度波动小； 寿命短的电解槽肯定在某一长时间段内出现过较大幅寿命短的电解槽肯定在某一长时间段内出现过较大幅度的电压波动；度的电压波动； 热震导致内衬的热膨胀加大和钠渗透所造成的膨胀加热

17、震导致内衬的热膨胀加大和钠渗透所造成的膨胀加剧，阴极表面析钠和碳化铝副反应的发生是产生阴极剧，阴极表面析钠和碳化铝副反应的发生是产生阴极破损的重要原因之一。破损的重要原因之一。 3.4.4 长、短寿命铝电解槽调研与分析长、短寿命铝电解槽调研与分析 3.5.1 破损槽的评价认定破损槽的评价认定 原铝质量下滑原铝质量下滑 出现过炭块剥层出现过炭块剥层 槽壳温度升高槽壳温度升高 局部阴极电流分布增加幅度大局部阴极电流分布增加幅度大 内衬出现破损内衬出现破损3.5 破损槽及老龄槽的维护管理破损槽及老龄槽的维护管理 根据检测确定破损位置，判断破损程度；根据检测确定破损位置，判断破损程度； 修补破损部位；

18、修补破损部位； 跟踪分析破损槽原铝质量的变化跟踪分析破损槽原铝质量的变化 ； 确保破损槽的运行稳定性；确保破损槽的运行稳定性； 在破损槽及老龄槽上运用在线检测技术；在破损槽及老龄槽上运用在线检测技术； 为防止破损程度的加剧，必要时切割局部阴极钢棒；为防止破损程度的加剧，必要时切割局部阴极钢棒； 建立电解槽破损台帐。建立电解槽破损台帐。 3.5.3 破损槽的维护及管理破损槽的维护及管理贵州分公司延长破损槽生产槽昼夜调研表贵州分公司延长破损槽生产槽昼夜调研表3.5.3 破损槽的维护及管理破损槽的维护及管理项目项目98年前年前98年年-2003年年2004-2007年年延长最长天数（天）延长最长天数（天）38813001376平均延长天数（天）平均延长天数（天）60134479.7最高铁、硅含量最高铁、硅含量（%）1.21/0.075.21/0.595.46/0.11 铝电解槽实施局部小修的条件铝电解槽实施局部小修的条件槽龄较短槽龄较短破损点单一破损点单一 局部小修二次启动技术特点局部小修二次启动技术特点扎固糊修补扎固糊修补石墨