趙濤

摘要：現(xiàn)如今，大型鋁電解槽節(jié)能技術不斷進步，其中電解槽的損壞問題也更多的引發(fā)關注。鋁電解槽作為鋁電解生產(chǎn)過程中的重要設施，其內(nèi)部產(chǎn)生的系列物理與化學反應。雖然鋁電解槽陰極內(nèi)襯不跟電解產(chǎn)生反應，隨之消耗，其在高熱度與強腐蝕。強物理情況下，會受到諸多因素的影響，結果無奈的修整。從現(xiàn)在情況來講，電解槽的使用期限通常在兩千至兩千五百天，少數(shù)大于兩千五百天。然而，在整體修整的同時，大部分內(nèi)襯原料需要拆卸，也會當做廢棄物解決掉，這樣做不但需要消耗大量的人力與資金，也會生成許多固體廢物，因此探究大型鋁電解槽在節(jié)能下槽壽命就十分的有必要。

關鍵詞：大型鋁電解槽;節(jié)能;槽壽命;

在大型電解槽高速發(fā)展的背景下，相關企業(yè)的生產(chǎn)與經(jīng)濟效率明顯提升，因此，大型電解槽的槽壽命問題一直被重視。干擾鋁電解槽壽命的因素有很多，其中，它的設計、內(nèi)襯材料的選擇、筑爐的品質(zhì)、焙燒啟動的方式、啟動后期的管理，還有關于工藝控制、操作等方面是主要的原因。其損壞的位置往往發(fā)生在側部與底部搗固糊漏爐，它們發(fā)生漏爐，必然是鋁水與電解質(zhì)滲入陰極碳塊底部，沿著極鋼棒滲漏，而在鋁水進入至陰極鋼棒，從而加快熔化鋼棒，最終陰極鋼棒熔化會出現(xiàn)漏爐。而電解鋁的陰極內(nèi)襯為碳塊與炭化硅砌筑形成，其投入生產(chǎn)的時間長，內(nèi)襯會產(chǎn)生磨損，最后造成停槽修整，基于此，務必針對上述原因加以重視。

一、節(jié)能和鋁電解槽壽命關聯(lián)

在早些年，我國電力價格持續(xù)上升，造成電解鋁公司的成本持續(xù)提升，相反鋁價格步步下調(diào)。面對此困境，大多數(shù)電解鋁公司逐步開展節(jié)能降耗的行動，結果收獲了欣喜的成果，即直流電耗持續(xù)減少。此外，在上述進程中，隨著電解槽前期出現(xiàn)破損問題逐漸增加，最終加大了電解鋁公司的費用投入。案例以500kA電解槽，其槽內(nèi)襯大規(guī)模整修的費用在八十萬上下，再算上停槽時段的電力空耗焙燒啟動電耗、焙燒裝爐費用、非正常期產(chǎn)鋁損失等，大約金額在一百二十二萬。而此槽的使用期限在三十年，核算出不一樣槽齡使用期限的整修費用融入到公司的費用，如果電解槽不出問題的槽壽命在兩千五百天，大約七年時間，其在使用期限內(nèi)每年的修整費用大約在十七萬每臺。假設槽壽命在三年左右，其修整費用在四十萬上下，依據(jù)國內(nèi)平均電價0.33元/kw.h來核算，一臺500KA電解槽要噸鋁節(jié)電990kW.h就等于補足修整成本。更加嚴重的局面就是部分公司的電解槽只是使用一年上下就需修整，此要噸節(jié)能2900KW.h就可補足修整成本。因此，當前技術想要做好節(jié)能工作異常艱難。所以，電解鋁公司消耗槽的使用周期，進而最大化追求節(jié)能，最終在經(jīng)濟上非常的吃虧。

二、大型鋁電解槽內(nèi)襯設計分析

2.1內(nèi)襯結構設計分析

目前，電解槽的槽型持續(xù)提升，此過程中節(jié)能關鍵方式為內(nèi)襯保溫、技藝調(diào)整和抑制水平電流陰極節(jié)能技術等。然而，一旦電壓降低，想要創(chuàng)建新的熱平衡，需要靠調(diào)整內(nèi)襯結構，使其減少槽散熱來完成。比如：冶鋁單位想強化底部保溫，需在電解槽底部增厚陶瓷纖維板和硅酸鈣板，想要保證陰極高度與防滲層厚度不動，保溫磚需降低一層。畢竟保溫效果的提升，致使電解槽在前期運轉(zhuǎn)中獲得了優(yōu)良成效，隨著使用周期的延長，幾年之后爐底溫度有迅速上升的趨勢。調(diào)研數(shù)家使用節(jié)能方式實施保溫設計的公司之后，槽底部鋼板溫度匯總，不一樣鋁廠強化底部保溫之后的草地鋼板溫度。分析其成因，大家獲取了內(nèi)襯每個保溫層上下外面溫度來實施解析，結論為在仿真核算中電解槽底部溫度是六十一攝氏度，在正常范圍內(nèi)，然而，硅酸鈣板上外面溫度上升至六百一攝氏度，其硅酸鈣板當作低溫區(qū)的保溫材料其溫度需把控在五百攝氏度之下。所以，伴隨著使用周期的延長，長久位于中溫區(qū)硅酸鈣板漸漸消失，進而導致溫度提升。此情況以干擾到槽熱平穩(wěn)性及其壽命。

然而，在無變動內(nèi)襯結構時，其由上至下的順序是陶瓷纖維板、硅酸鈣板、保溫磚、防滲料。隨后統(tǒng)計每個保溫層上下外面溫度得出結論，保持電解槽底部溫度恒定，硅酸鈣板上外表面溫度減少到四百多度，已達到安全使用區(qū)域。其陶瓷纖維板的上外面溫度從兩千多度降低至128℃，從而將系數(shù)平穩(wěn)過渡。

2.2材料的選用

電解槽運轉(zhuǎn)的使用周期進程中，大家都想要確保平穩(wěn)的熱平衡狀態(tài)來操作。其就要將電解槽內(nèi)襯材料在運轉(zhuǎn)時最好不要產(chǎn)生變形，同時具備很強的抗鈉蒸汽腐蝕的性能。此外，如何減少能耗，也要平穩(wěn)與良好保溫隔熱性能，及其提溫進程中的理化指標趨于平穩(wěn)，進一步符合設計要求。此時的材料可最少的干擾電流效率，并且改善與減少工作電壓，進一步實現(xiàn)減少能耗的目的。但是，經(jīng)過相關試驗與查看，目前現(xiàn)有的大部分內(nèi)襯材料在抗高溫與抗電解質(zhì)滲入的試驗中完全沒有達標，其中部分材料卻產(chǎn)生了變質(zhì)與變形的問題。再有從實驗結果來講，內(nèi)襯材料的質(zhì)量務必引發(fā)設計者與單位的重點關注，想要低價購入內(nèi)襯材料不但不可能降低投入成本，相反最后卻大大提升了成本。再加上內(nèi)襯材料本身質(zhì)量參差不齊，也會造成設計者判斷失誤，最終給相關單位造成很大的經(jīng)濟損失。

三、鋁電解槽結構設計

槽殼的關鍵作用就是盛放內(nèi)襯砌體的容器，其設計時務必參照較強剛度與強度，從而避免內(nèi)襯材料在高溫下發(fā)生熱應力與化學反應。然而，在實踐中槽殼會遭受來自溫度均勻性、內(nèi)襯應力大小等的干擾，結果導致數(shù)個維度上出現(xiàn)變形情況。而對內(nèi)襯造成破損非常強的變樣狀況首屬槽殼起拱。而導致其結果關鍵原因就是在工藝進程中溫度變動與槽結構不一樣位置的溫度差，導致槽殼材料變形造成區(qū)別化，此問題也是鋁電解槽在焙燒啟動時段與停槽進程中很輕易發(fā)生的問題，同時伴隨著槽電流上升，越來越明顯，其重點有兩種類型：第一，在焙燒啟動階段早期發(fā)生上拱問題，槽長方向發(fā)生上拱問題，其數(shù)值一般在40至100mm。槽容量大小與上拱問題有直接關系。伴隨著槽內(nèi)鋁液、電解質(zhì)等液體數(shù)量上升，上拱數(shù)值慢慢變小，三十天過后有恢復原有狀態(tài)。槽殼產(chǎn)生起拱問題之后，也會連動內(nèi)襯產(chǎn)生變樣，嚴重的情況會造成內(nèi)襯全面的破損，并且有開裂現(xiàn)象，導致鋁液外漏，縮短電解槽使用周期。第二，電解槽停槽之后，在冷卻進程中兩小面端往上起翹，也會長時間維持。一旦在操作中單純砌筑內(nèi)襯，而不理會修正，結果底部保溫材料會因底板不平發(fā)生折斷問題，進一步干擾保溫能力?；诖耍胍獪p少槽殼上拱針對內(nèi)襯的干擾，槽殼結構不但確保原來剛度與強度之外，也需考量溫差的變動。而確保槽殼均勻熱片為最好的方式，并且在開啟前期實施強制吹風更有助于減少槽殼溫差。在將來設計槽殼過程中也可融入預應力裝置，進一步避免上拱或者反拱問題。

四、電解槽筑爐施工過程中的干擾因素

第一，電解槽壽命受到工藝進程的干擾。針對鋁液與電解質(zhì)的滲漏，目前依然采取多層防御的方法，每層均是上層的后援，而筑爐進程中始終保持層層相扣，將每層各自展現(xiàn)出其作用效果，進而實現(xiàn)延長槽壽命的目標。第二，保溫層與耐火層的攤鋪。針對保溫磚與耐火磚的要求：六面平直，磚塊質(zhì)檢沒有偏差。鋼殼內(nèi)底面與層面必須保持同一水平;磚層相互交錯。達不到施工標準的結果就是開裂。第三，安裝陰極鋼棒。具體要求：炭塊不可開裂;焙燒之后鋼棒和炭塊間隔需接觸優(yōu)良，界面間沒有間隙。施工不達標的問題是：陰極壓降高;滲電解質(zhì)及其鋁底部漏爐。第四，側部砌筑。需要平直，側部塊沒有縫隙;焙燒開啟后，側部塊和鋼殼界面確保優(yōu)良，同時不斷解除;將側部塊頂端和槽殼間隔的間隙密封;槽殼陰極鋼棒窗口密封。有關損壞的因素為：空氣氧化，電解質(zhì)與鋁液入侵，前期滲漏。第五，搗固施工。搗固糊制備的搗固體一定要密實與完整。一般有下述狀況會發(fā)生層離風險，焙燒中或者開啟生產(chǎn)之后很輕易發(fā)生開裂，造成損壞。然而，影響電解槽的槽壽命的因素，遠遠不止上述的幾條，同時也跟熔體流速場、焙燒啟動、后期生產(chǎn)管理等因素也有聯(lián)系。

總結：

總之，針對近些年電解槽前期損壞及其槽壽命相關難題一一進行了全面解析，得出的結論為：第一，電解槽節(jié)能技術研發(fā)與使用的同時，需要重點關注槽壽命相關難題，其在設計與材料選用及其生產(chǎn)操作等步驟確保槽壽命不減少，才可收獲節(jié)能技術產(chǎn)生的紅利。第二，電解槽設計進程中，使用科學穩(wěn)定的模擬分解技術，科學的實施結構與等溫線設計，確保材料在安全狀況下應用。第三，不管在設計還是施工時段，務必重點關注材料選用與質(zhì)量把關，選用成熟、穩(wěn)定、性能平穩(wěn)的內(nèi)襯材料。第四，筑爐施工質(zhì)量管控要嚴密，改善焙燒啟動和后期管理，防止前期的漏爐現(xiàn)象?？偠灾娊獠蹓勖蓴_項非常多，牽涉到設計、材料、施工和生產(chǎn)管理，則要在每個步驟嚴密控制，尤其在電解槽節(jié)能技術的研發(fā)與使用的進程中，持續(xù)提高槽壽命，最終才可讓單位獲得可觀的經(jīng)濟收入。

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中國鋁業(yè)青海分公司