鋁電解槽內(nèi)襯施工與破損相關(guān)問(wèn)題分析

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摘要:鋁電解槽在生產(chǎn)過(guò)程中內(nèi)襯破損導(dǎo)致電解槽從側(cè)部，鋼棒窗口，端部的部位滲漏電解質(zhì)，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生漏爐事故進(jìn)而使其停槽。本文針對(duì)生產(chǎn)中出現(xiàn)的相關(guān)事例，探討如何從內(nèi)襯施工工藝進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)來(lái)進(jìn)一步提高槽壽命。

關(guān)鍵詞:鋁電解槽;破損;優(yōu)化

電解槽是電解鋁行業(yè)生產(chǎn)的核心設(shè)備，其內(nèi)襯的材料選擇，施工工藝與質(zhì)量，焙燒啟動(dòng)和早期生產(chǎn)管理中電解質(zhì)溫度不合理是影響電解槽壽命和技術(shù)指標(biāo)的重要因素［1］。在鋁廠的實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，高溫電解質(zhì)及鋁液從側(cè)部、鋼棒窗口、端部滲漏嚴(yán)重時(shí)擊穿槽殼載體，是導(dǎo)致電解槽破損或停槽的重要因素［2］。因此，通過(guò)必要的施工工藝技術(shù)的優(yōu)化來(lái)延長(zhǎng)鋁電解槽使用周期對(duì)鋁電解生產(chǎn)來(lái)說(shuō)非常重要。本文對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中由于施工工藝導(dǎo)致電解槽內(nèi)襯破損因素進(jìn)行分析和探討，總結(jié)出了內(nèi)襯施工工藝改進(jìn)等相關(guān)技術(shù)措施。

1電解槽破損事例分析

停槽電解槽解剖分析發(fā)現(xiàn):生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中鋁液通過(guò)從側(cè)部復(fù)合塊縫隙中滲入周邊，同時(shí)從糊料接縫中滲入;陰極炭塊組在周邊澆注體周?chē)_(kāi)裂縫較多(見(jiàn)圖1);陰極炭塊組中部易橫向斷裂，斷裂截面上碳化鋁侵蝕嚴(yán)重且燕尾槽底部有鋁滲入;陰極扁鋼存在變形彎曲的現(xiàn)象(見(jiàn)圖2)。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)上述事例進(jìn)行分析，可能的原因如下:(1)搗固糊的分層破損現(xiàn)象較普遍，搗固后的糊料在焙燒中或啟動(dòng)后期易開(kāi)裂破損。如果糊料出現(xiàn)“濕糊”現(xiàn)象(粘結(jié)劑過(guò)多)，在搗固時(shí)會(huì)出現(xiàn)粘結(jié)劑和細(xì)粉骨料集中在表面層，焙燒時(shí)此表面層的收縮性不同于其它層，因而在糊層之間產(chǎn)生裂紋;如果糊料出現(xiàn)“干糊”(粘接劑過(guò)少)現(xiàn)象時(shí)，糊料中焦粒在搗固中被壓碎，表面層上的細(xì)粒骨料增多，骨料表面積增大，搗固層之間的粘結(jié)受到影響，形成糊料層與層之間的薄弱層。在電解生產(chǎn)過(guò)程中容易出現(xiàn)裂縫、解體或形成滲漏通道。(2)施工過(guò)程中，搗固人員由于搗固次數(shù)未達(dá)標(biāo)從而造成糊料壓縮比過(guò)低，出現(xiàn)“欠搗”現(xiàn)象，從而導(dǎo)致后期啟動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)飄糊，造成鋁液滲透后沖刷糊料本體出現(xiàn)分層的現(xiàn)象;另一種是由于搗固人員施工次數(shù)過(guò)多，從而造成搗固壓縮比過(guò)大，出現(xiàn)“過(guò)搗”現(xiàn)象，糊料出現(xiàn)翻漿，從而導(dǎo)致糊料的層與層之間連接分層，造成后期啟動(dòng)或生產(chǎn)過(guò)程中鋁液滲入，出現(xiàn)分層。(3)槽周邊側(cè)部采用復(fù)合塊(碳化硅與炭素材料復(fù)合體)砌筑，角部炭塊為炭素材料，砌筑時(shí)與相鄰側(cè)部復(fù)合塊產(chǎn)生的立縫與炭間縫形成隱蔽垂直接縫(見(jiàn)圖3)。由此清晰可見(jiàn)，該區(qū)間在槽內(nèi)邊角處遭受電解質(zhì)及鋁液長(zhǎng)時(shí)間侵蝕沖刷較其它位置相對(duì)嚴(yán)重，因而易發(fā)生電解質(zhì)與鋁液滲漏。統(tǒng)計(jì)顯示，鋼棒窗口漏爐容易產(chǎn)生在如圖3的垂直接縫位置，如進(jìn)出電側(cè)第二根、第四十七根處鋼棒的側(cè)部，發(fā)生滲漏的比例占滲漏槽37%。這說(shuō)明，垂直隱蔽縫隙可能是該問(wèn)題的直接原因。同時(shí)漏爐時(shí)常常將電解槽陰極軟帶沖斷，槽周陰極母線損傷，從而造成電解槽導(dǎo)電不均勻造成過(guò)早停槽。(4)電解槽在運(yùn)行期間，槽殼兩端頭及側(cè)部窗口位置滲漏較為頻繁。內(nèi)襯清理中發(fā)現(xiàn)周邊縫與炭間縫結(jié)合處有鋁滲入現(xiàn)象。具體表現(xiàn)在:傳統(tǒng)的扎固方式需在槽內(nèi)兩端頭扎固糊料層之間每層預(yù)留接茬;需要安裝模具封堵炭間縫進(jìn)行扎固，需要在與糊料接觸的表面噴涂煤焦油;由于煤焦油粘接特性與糊料本體所采用的粘結(jié)劑有一定的差異，因此該工藝的實(shí)施，存在電解質(zhì)及鋁液滲漏的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)內(nèi)襯組織結(jié)構(gòu)、爐膛整體完好性及電解槽壽命均存在不同程度隱患。(5)陰極炭塊與澆注料液體粘連后，陰極炭塊接觸面會(huì)吸收澆注體內(nèi)未蒸發(fā)的水分，電解槽焙燒時(shí)此部分水分逸出，易于滲入陰極炭塊內(nèi)部。焙燒啟動(dòng)過(guò)程中，隨著此部分水氣的排除，可能會(huì)產(chǎn)生電解質(zhì)或鋁水的滲漏通道，造成側(cè)部早期破損，嚴(yán)重時(shí)停槽。(6)陰極炭塊周邊澆注料施工環(huán)節(jié)，由于施工單位使用水溫度未精細(xì)控制在4～27℃，同時(shí)施工用水存在雜質(zhì)，造成施工質(zhì)量缺陷。另外由于施工過(guò)程中用水量控制不均衡，用水過(guò)少，造成施工性大打折扣。用水過(guò)少，會(huì)出現(xiàn)澆注料分層，用水過(guò)多造成澆筑料離析。從而導(dǎo)致澆注料強(qiáng)度不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，電解槽啟動(dòng)和生產(chǎn)過(guò)程可能會(huì)導(dǎo)致滲漏。

2內(nèi)襯施工工藝優(yōu)化分析

(1)砌筑材料的理化指標(biāo)設(shè)計(jì)對(duì)改善內(nèi)襯水平電流的分布、導(dǎo)熱性能及熱膨脹應(yīng)力至關(guān)重要。氮化硅結(jié)合碳化硅在300～1000℃時(shí)熱膨脹系數(shù)及導(dǎo)熱率低于炭素材料，抗沖刷性能優(yōu)于炭素材料。因此，在角部選用氮化硅材料沿槽殼一角邊緣中心點(diǎn)將角部側(cè)塊定位后，將角塊復(fù)合塊按電解槽長(zhǎng)側(cè)方向靠緊砌穩(wěn)。然后沿小面方向順序砌筑，這種砌筑方法可優(yōu)化內(nèi)襯砌筑質(zhì)量，特別是有助于減少隱蔽垂直縫隙。此外，在施工現(xiàn)場(chǎng)采用側(cè)磚和異型塊粘接較整體側(cè)部粘接復(fù)合磚有利于提高砌筑質(zhì)量，將砌筑過(guò)程產(chǎn)生的累計(jì)誤差延伸到末端，解決了整體粘接復(fù)合塊在砌筑過(guò)程中，受到碳氮化硅粘接碳化硅與炭素材料異型塊部分相互牽制影響而產(chǎn)生接縫過(guò)大可能導(dǎo)致滲漏的隱患。同時(shí)角部選用氮化硅粘接碳化硅材質(zhì)能有效提高角部抗腐蝕沖刷的能力與保溫性能。與傳統(tǒng)采用炭素材料異型塊相比，有利于解決電解槽角部容易發(fā)涼導(dǎo)致結(jié)殼及堆積沉淀，從而影響角部陽(yáng)極工作等問(wèn)題。(2)冷搗糊施工溫度變化相對(duì)較小，可有效利用這一特性，采用無(wú)接茬循環(huán)搗固方式，有效壓縮了施工周期時(shí)間。由原來(lái)接縫扎固近5個(gè)小時(shí)的時(shí)間壓縮至2個(gè)小時(shí)，同時(shí)通過(guò)無(wú)接茬循環(huán)扎固，不再二次吹風(fēng)，節(jié)約了資源，有效預(yù)防粉塵污染，大幅提高了施工質(zhì)量，改善了施工環(huán)境，提高搗固質(zhì)量，預(yù)防后期糊搗體在焙燒啟動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)的分層破裂，減少滲漏事故及伸腿脫落事故的發(fā)生。(3)通過(guò)優(yōu)化內(nèi)襯結(jié)構(gòu)，將周?chē)虻降祝晕仗繅K因鈉膨脹產(chǎn)生的應(yīng)力，同時(shí)能夠緩沖后期焙燒過(guò)程中陰極炭塊熱膨脹產(chǎn)生的應(yīng)力釋放，防止?jié)沧⒘现苯雍吞繅K接觸誘發(fā)破損裂紋的產(chǎn)生，對(duì)延緩內(nèi)襯破損，保護(hù)爐膛整體完整性得到一定改善。(4)改進(jìn)搗固工藝，將炭間縫與周邊縫整體搗打，消除了因先搗固陰極炭塊中縫后搗固陰極炭塊周邊預(yù)留磨具固定的接口產(chǎn)生的垂直通縫。為預(yù)防在接茬處發(fā)生滲漏起到了良好的實(shí)用效果。(5)施工搗固控制，對(duì)比密度表格(見(jiàn)圖4)看搗實(shí)密度是否在合格的范圍內(nèi)，對(duì)扎固質(zhì)量來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。搗固密度與溫度密不可分，合理控制溫度和搗固次數(shù)成為關(guān)鍵因素，見(jiàn)圖4。(6)增加陰極鋼窗口再密封的工序。不僅能防止危害生態(tài)環(huán)境的氟化物通過(guò)窗口排除，還能有效預(yù)防外界空氣通過(guò)未封閉的外側(cè)鋼窗口進(jìn)入電解槽陰極內(nèi)襯，從而造成陰極炭塊和側(cè)部復(fù)合塊加速氧化現(xiàn)象發(fā)生，縮短陰極炭塊服役壽命。(7)增加電解槽周邊側(cè)部復(fù)合塊與背縫氧化鋁填充施工工序，確保側(cè)部復(fù)合塊與槽殼緊密接觸，阻斷電解質(zhì)或鋁液的滲漏通道的形成，有效形成一道物理保護(hù)層，確保電解槽后期啟動(dòng)平穩(wěn)。

3小結(jié)

通過(guò)對(duì)電解槽內(nèi)襯在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)滲漏等問(wèn)題進(jìn)行了分析。通過(guò)分析可以看出，品質(zhì)優(yōu)良的內(nèi)襯材料，嚴(yán)格按照規(guī)程的筑爐施工是延長(zhǎng)電解槽壽命的重要因素。通過(guò)對(duì)施工工藝和材料的環(huán)節(jié)的不斷改進(jìn)，有助于進(jìn)一步延長(zhǎng)槽壽命和提高電解系列技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

參考文獻(xiàn):

［1］邱竹賢．鋁電解［M］．北京:冶金工業(yè)出版社，2005．

［2］文義博，成庚．500kA大型鋁電解槽生產(chǎn)技術(shù)管理與病事槽處理［M］．北京:冶金工業(yè)出版社，2017．

作者：李元山 徐興超 單位：酒鋼集團(tuán)甘肅東興鋁業(yè)有限公司