190K A大型预焙槽延长槽寿命技术研究报告肥矿集团公司泰山铝业分公司二○○六年十一月目录前言 (2)一、课题的提出 (2)二、技术方案的开发和应用 (3)（一）190KA铝电解槽砌筑工艺的改进 (4)一）190KA铝电解槽内衬设计介绍 (4)二）190KA铝电解槽砌槽扎固工艺的改进 (6)（二）190KA铝电解槽二次铝液全电流焙烧启动方法的改进和创新 (9)（三）不同槽龄电解槽新工艺的改进和应用 (11)一）老龄电解槽工艺改进 (11)二）新启动电解槽工艺改进 (12)（四）规整炉膛技术的应用 (13)（五）低温电解在老龄电解槽中的应用与改进 (15)三、效果分析 (17)四、经济效益 (19)（一）直接经济效益 (19)（二）间接经济效益 (20)190KA大型预焙槽延长槽寿命技术研究前言铝电解槽作为在高温、强磁场、强腐蚀性电解质状态下运行的主要设备，虽然铝电解过程中本身不消耗底部阴极侧部碳块内衬，但在腐蚀和各种应力作用下，日积月累，电解槽内衬将受到严重破坏，迫使停槽。

停槽后，须进行大修，将旧内衬全部弃除，槽壳进行校正修复后重新砌筑。

这不仅缩短电解槽设计寿命，而且花费众多人力，也消耗大量昂贵材料，同时大修期间停产，经济损失巨大。

目前，一般电解槽的设计寿命在3～4年，少数可达4～6年。

我国电解铝技术属国际上等水平，但与国外先进水平相比，电解槽寿命相差500～1000天。

铝业公司自2002年11月开始致力于该项目的研究，期间经历了部分电解槽停产和二次启动、重建炉帮以及大修电解槽再开槽、续建电解槽启动等多次生产难关，积累了丰富的生产经验。

一、课题的提出190KA铝电解槽寿命是受电解槽内衬设计、材料、筑炉、焙烧启动和操作等因素影响的一项综合指标。

其中，内衬设计对电解槽寿命的影响能占到20%，其它材料占到10%，筑炉占到20%，焙烧启动占到25%，操作占到25%。

泰山铝业公司一期62台190KA电解槽自2002年11月投产以来，大部分运行已达到3年多，局部存在不同程度的内衬破损现象，如侧部碳块内衬侵蚀严重，个别所剩厚度不到5cm，散热孔温度超过400℃；底部阴极碳块存在局部小裂缝和冲蚀坑等破损，阴极钢棒局部熔化，甚至阴极钢棒头温度达到320℃，炉底钢板温度接近180℃，存在底部和侧部漏炉的潜在性危险，严重威胁到电解槽正常使用寿命。

因此，尽可能的延长190KA大型预焙槽寿命，成为泰山铝业公司发展亟待研究和解决的大问题。

二、技术方案的开发和应用本技术研究从铝业公司实际出发，主要针对槽内衬的设计、砌筑工艺质量和焙烧、启动以及炉膛的规整程度和正常运行控制过程进行攻关，研究和开发190KA铝电解槽砌筑工艺改进，研究和开发新的焙烧启动方法，研究和开发不同槽龄电解槽的新工艺改进，研究和开发规整炉膛技术的应用，研究和开发低温电解技术在老龄电解槽中的应用与创新，并提出了杜绝早期破损、保持中期运行稳定、晚期加强监护的三大系统关键技术的研究方向。

该项目技术创新点如下：1、研究改进了电解槽砌筑工艺设计，进一步优化电解槽内衬结构。

2、新焙烧启动技术的优化与推广应用，有利于提高槽寿命。

3、低温电解等工艺在老龄电解槽的应用改进，延长了槽寿命。

（一）190KA铝电解槽砌筑工艺的改进一）190KA铝电解槽内衬设计介绍电解槽内衬热平衡设计的基本原则，一是电解质凝固等温线应在阴极炭块之下的耐火砖层内，800°C等温线应在保温砖层之上的防渗层内；二是在侧部能迅速形成一定厚度和形状的凝固电解质保护层。

迄今没有任何材料能长时间经受电解质和铝的联合腐蚀，都必须借助于凝固电解质层(俗称槽帮)的保护。

槽帮不但可以保护侧部内衬，而且对铝电解生产的技术经济指标也有很大的影响。

因此侧部能否形成并维持可靠合理的槽帮是电解槽热平衡设计的重点。

电解槽内衬应力设计的基本原则是应使内衬始终处于一适量的压应力下，以防止界面(包括填缝糊-炭块界面和槽壳-侧块界面)和垂直裂纹张开，同时又不会压裂或压碎炭块。

内衬应力设计主要包括槽壳强度和应力缓冲区的设计。

内衬的应力主要源自于内衬的热膨胀和钠渗透所引起的膨胀，不同的材料的膨胀性能差别甚大。

因此，内衬的应力设计与电解槽热平衡设计和所采用的内衬材料是密切相关的。

内衬指底部炭块、填缝糊、侧块和槽壳。

槽壳的设计原则是在内衬最大应力作用下及在使用温度范围内，保证其变形都在弹性范围内。

除了考虑温度和应力外，还应考虑槽壳长时间在应力作用下的蠕变。

近年来槽壳的发展趋势是增大其强度(通过优化设计、增大钢板强度和加强支护等)。

采用强度小的槽壳虽然可以通过其变形来缓冲内衬的膨胀应力，但由于内衬的温度和应力是变化的，当温度降低内衬收缩时，就容易在槽壳和侧块间形成保温好的缝隙,破坏原来的热平衡设计，严重时会使槽帮消失、侧块被腐蚀、直至漏炉。

在底部炭块与槽壳间设立膨胀应力缓冲区是必要的。

用填缝糊捣实的边部大缝及炭块间缝都是膨胀应力缓冲区。

另外，还可用可压缩的耐火材料于靠近槽壳处专门设立一圈膨胀应力缓冲区(俗称伸缩缝)。

近年来发展起来的大电流电解槽倾向于取消侧上部的伸缩缝，即将侧块直接粘贴在槽壳上。

现代中间点式下料电解槽要求边部散热快，故边部设计得相当薄、没有伸缩缝且用导热好的半石墨化侧部炭块。

在这种情况下为减小膨胀应力，可采用热膨胀系数、钠膨胀系数和弹性模量都小的半石墨化炭块。

另一方面，在槽的侧下部优化保温设计的同时，保留伸缩缝仍是必要的。

炭块的抗弯强度远小于其抗压强度。

因此应尽量避免炭块受到弯曲应力的作用。

在炭块端部的上半部施加较强的膨胀限制而在其下半部(阴极钢棒周围)施加较小的膨胀限制可以抑制炭块向上拱起，从而减小炭块受到弯曲应力作用的可能性。

研究还表明，炭块端部下半部是裂纹诱发区，应力容易在此集中，裂纹多从这里产生并向其他部位扩展。

因此减小此处的应力还可减小裂纹产生的可能性。

为此,可在炭块端面下半部砌筑较软的耐火材料。

此处切忌使用坚硬的耐火水泥浇铸砖。

二）190KA铝电解槽砌槽扎固工艺的改进在电解槽内衬材料选择上，泰山铝业公司选用高质量的半石墨化阴极碳块，在阴极碳块之下敷设足够的干式防渗层，侧部选用半石墨化碳块，电解槽底部铺砌石棉板、硅酸钙板、保温砖、耐火砖等内衬材料。

在买进这些材料时，严格把握材料关，防止日晒雨淋。

但在砌槽过程中，若电解槽底部砖层砌筑不平，会使阴极碳块安放不平，中间悬空或挑担，当电解槽启动后受强烈热冲击和膨胀应力作用时，很容易出现劈断、开裂；阴极钢棒窗口密封不好，侧部碳块背面贴得不紧，阴极碳块安放不平，会使空气长驱直入，氧化侧部碳块，或进入内衬中、参与化学反应，破坏内衬；阴极钢棒与碳块组装不好，也会使钢棒变形加剧，使碳块隆起或断裂，加速内衬破损。

因此，铝业公司针对以上三种情况，对190KA铝电解槽砌筑工艺流程进行尝试改进，将边部伸腿由原来的200mm加高到250mm，将侧壁上的斜坡高度，提高到铝液表面线以上，以此保护侧部内衬。

整个改进工艺流程如下：a.用压缩风吹槽壳及底部，清理干净后进行基准放线工作。

b.铺石棉板底部第一层铺石棉板，板厚10mm，铺到斜坡出平。

c.铺硅酸钙板的接缝＜2mm，所有缝隙用氧化铝粉填满，钙板与槽壳间隙用耐火钙板颗粒填满，粒度＜5mm，钙板的加工用剧切割。

d.根据槽底变形情况，允许局部加工硅酸钙板，但加工厚度不大于10mm。

第一层隔热保温砖在硅酸钙板上进行作业，第二层隔热保温砖与第一层隔热保温砖错逢砌筑，每层隔热保温砖砌筑逢均小于2mm，并用氧化铝粉填满，每层隔热保温砖与槽壳间隙用砂状氧化铝粉填充。

两层隔热保温砖铺设完后，再在上面铺设50cm两层隔热保温砖，第一层与第二层铺缝铺开，出铝端及烟道端铺耐火砖，砖间缝隙用砂状氧化铝粉填充。

e.铺干式防渗料：一般分两层铺设，第一层铺在中间保温砖上面，用铝合金板刮平后，再用大功率电动平板振动器夯实；铺第二层干式防渗料时，四周用木模支起加防渗料到210mm，再用振动器夯实，夯实后防渗料总高170mm。

f.安装阴极碳块组：清扫槽底时，按照预先划好的基准线进行安装作业；把安装碳块组专用吊具挂在天车吊钩上，碳块组两端用吊具固定。

碳块组未放入电解槽之前，钢棒头的两端先装好窗口挡板（挡板是1mm厚的钢板）；间逢用水玻璃、石棉腻子塞满。

g.阴极碳块周围砌筑：四周紧靠槽壳立砌65mm黏土质隔热耐火砖采用湿砌砖逢3mm，靠槽壳侧用泥浆找平，砌筑高度用轻质浇注料高度。

然后，支模板浇注轻质浇注料，保证轻质浇注料至阴极碳块的距离±5cm，全高倾斜不大于5mm，其表面凹凸不大于2mm。

待浇注体干燥后，浇注体上用耐火泥浆，找平砌筑一层65mm耐火砖，砖逢3mm，泥浆饱满，砌好侧部碳块。

侧部碳块背逢和立缝用石膏浆灌满。

h.扎固工艺质量的改进:电解槽各缝隙捣鼓质量，尤其槽周围逢扎固质量不好，启动后不久就会出现侧部严重破损。

今年来，我过大型预焙槽多次出现从边部扎固区穿孔漏炉，扎糊起层脱落，主要是由于扎固质量不佳所造成。

因为碳糊扎固中不按技术规范操作，扎固不均不实，焙烧后不能焦化连成一体，受电解质等浸泡后，松散分离，脱落或、起层，使之成为坑穴和孔洞，很快从边部穿孔漏炉。

此外，扎固区纵向断裂，也与扎固不好有关。

泰山铝业公司采用冷糊扎固工艺，即所用糊略高于常温，控制在40～50℃之间的扎固工艺。

首先对阴极碳块及其间逢进行加热。

用压缩空气将槽内清理干净，然后进行加热作业。

用加热器进行加热，冬季加热时间不少于12小时，夏季加热时间不少于10小时，加热温度控制在100±10℃。

其次，阴极碳块立缝均涂一层稀释沥青，厚度在0.5mm。

开始按量加糊，用样板刮平，进行扎固作业。

扎固次数不少于两个来回，立缝分八次扎完，操作点风压不低于0.5Mpa，压缩比不低于1:1.6；在进行扎固碳帽作业时，要在模板内进行，以防止打坏碳块。

碳帽应高出阴极碳块上表面5mm，宽度40mm，铲去碳帽两侧毛边并用手锤压光使之表面平整，光滑无麻点。

最后，扎固周围缝。

用火焰加热器烘烤对周围缝进行加热，控制温度在90～110℃。

分至少八次扎完，斜坡高度250mm，工作点风压不低于0.5 Mpa，压缩比不低于1.6:1。

扎固坡面时，为使层间衔接牢固，用爪型捣锤把表面打成麻面，然后再铺糊扎固，周围糊接头处用火焰加热器烘烤，不准将糊烧成碳化物。

捣固后，表面呈平面，光滑整洁，不准有麻面。

（二）190KA铝电解槽二次铝液全电流焙烧启动方法的改进和创新电解槽焙烧和启动过程的好坏，是引起电解槽早期破损的关键环节之一。

目前比较通用的焙烧方法主要有焦粒变电流焙烧和铝液全电流焙烧法。

焦粒变电流焙烧是通过逐渐增大电流来提高预热温度；铝液全电流焙烧是逐渐提高阴、阳极极距来提高预热温度，无论采用何种方法，必须保证炉底温度分布均匀，逐渐升高，升温速度不能太快，按计划保证足够的预热时间，避免局部过热过冷，温度上升时快时慢。