刘荣 李大寨 王海军
内蒙古创源金属有限公司 内蒙古霍林郭勒 029200
摘 要：铝电解槽中，电流从铝母线经铝导杆流入槽内，再经过阳极碳块、电解质、铝液及阴极炭块,最后由阴极钢棒流出。据了解，在电解槽各种停槽案例中，阴极钢棒因被浸蚀断裂造成铁含量持续升高最终停槽的比例多达40%以上。为降低漏炉风险，本文主要针对铝电解槽阴极钢棒被浸蚀现象进行相关试验及原因探析，提出了避免阴极钢棒被浸蚀的防护措施，消除安全隐患，达到延长电解槽寿命的目的。
关键词：电解槽；阴极钢棒；防护措施
1 大修槽阴极钢棒常见浸蚀表现
铝电解槽正常生产中，阴极钢棒被浸蚀现象并不能肉眼发现，在排除外部操作或涮阳极钢爪等原因外，原铝铁含量连续升高并超过正常值，当铁含量连续超过2.0%或升高梯度明显时，可判定阴极炭块或伸腿部位已发生严重破损，图1（a）图1（b）是不同时长电解槽运行时阴极钢棒被浸蚀情况。
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2 工业电解槽钢棒被浸蚀的原因分析
2.2.1 设计因素
某电解槽等温线原设计如图2（a），电解质初晶温度等温线位于炭块基体中部，存在底部内衬材料保温不足的问题，阴极炭块应该会受到冻结破坏。优化后的设计使电解质初晶温度等温线应在阴极炭块下面，保温层上面的耐火材料层内，目的是使电解质的冻结破坏作用下降到阴极炭块以下，并在保温砖层以上，既能够保证阴极炭块基体避免受到冻结破坏，又可能够保证保温材料避免受到电解质的浸蚀，如图2（b）所示。内衬结构设计时，阴极炭块与浇注料圈梁之间没有碳糊扎固伸缩缓冲缝，产出向上的引力集中，引起阴极爆块，形成铝液渗透通道。
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图2某电解槽优化前、后槽内等温线设计图
2.2.2 原材料质量及筑炉施工
阴极碳间糊质量缺陷，糊料加热温度控制、挥发分控制、糊料捣打密度低在焙烧焦化过程中发生剥落，容易形成铝液渗透通道；周围糊扎固过程中由于物料软化温度低、物料板结、风压波动、施工不同步、扎固层间麻点缺失等原因，在电解槽启动过程中发生剥离，也容易形成铝液渗透通道。
2.2.3 焙烧启动制度
铝电解槽焙烧启动方法对槽寿命的影响很大，但不管采用铝液焙烧还是焦粉焙烧，最重要的一点就是应使阴极内衬完全焙烧成一个整体，不可能造成槽底加热不均，尽力避免阴极炭块的应力局部集中而使局部变形过大，就当今我国铝工业来讲，采用焦粉焙烧先灌电解质后灌铝液的启动方法较好，基本上解决了铝液焙烧时阴极早期破损渗铝漏炉问题。启动时不宜采用低温启动，推行无效应高温启动方法主要是因为启动温度在950℃以上时可以减轻钠对阴极炭块的侵蚀破坏作用。
2.2.4 电解槽后期管理
铝电解槽正常运行过程中，在阴极.表面生成碳.化铝，若工艺条件大幅波动，炉膛不规整，炉底沉淀增多，改变了铝液流速及方向，可能有局部形成.冲蚀坑.，在电毛细作用下，冲蚀坑.不断扩大直到钢棒被快速浸.蚀熔化，形成破损槽。有的企业为改善指标，在未做测试方案的情况下，凭经验升电流，破坏原热平衡，炉帮炉底熔化，温度和过热度频繁波动，炉底返热，最终阴极炭块破损，铝液浸蚀钢棒，发生破损。
3 铝电解槽阴极钢棒被浸蚀预防措施
（1）优化内衬结构设计，避免阴极基体发生冻结现象，造成碳块裂纹。
（2）筑炉材料方面开展必要的抽验检测，从源头严格把关。
（3）施工前槽壳校正，制定合理的筑炉施工规范和质量标准规范，筑牢防止电解质和铝液渗漏的第一道防线；保温砖、耐火砖铺设时必须结构严密，不能凹凸不平；阴极钢棒窗口要密封严密，避免空气漏入而氧化碳块；阴极碳块组装时，可采用石墨质碳糊扎固阴极钢棒。
（4）电解槽砌筑好后，尽早启用，放置时间过长，内衬将吸收大量水分，破坏材质结构，启动后破损机率增加。暂不启动的电解槽必须妥善保护，禁止槽内堆放物品，砸坏阴极表面。
（5）合理的焙烧启动方法：焦粒焙烧方式最大优点在于焙烧期间产生的液体电解质填实了由于筑炉质量引起的裂纹、裂缝，优化铺焦粒、挂阳极、装炉、安装分流器、控制升温曲线等关键环节有效预防电解槽的早期破损。
（6）正常期的管理：
①保持平稳的供电制度，电解槽稳定是长寿的基础，若系列电流频繁调整，势必增加破损机率。②保持稳定工艺技术条件，合理的电解温度，保持稳定的两水平高度以及效应系数，形成稳定的炉帮，隔绝铝液和电解质对内衬的浸蚀。③建立完整的电解槽数据台帐，通过大数据监测，及时发现异常特征，采取早发现早修补的办法，避免阴极钢棒被进一步浸蚀。
4加强对破损槽的维护工作
对于破损槽维护一般采取的措施：
1、采用镁砂和沉淀氟化钙混合物填补破损处。根据破损处的具体形状和位置用漏铲或其它工具慢慢送至破损部位进行修补。
2、修补后的破损槽应保持较低的电解温度，实际生产中要采取高铝水，低分子比等技术条件降低槽温，并且控制阳极效应系数及效应时间。
3、尽力避免槽况波动，平稳技术条件，均衡出铝，杜绝热槽。
4、保持一天一次测量破损槽部位钢棒温度和软带压降，实行专人负责制，杜绝漏炉事故发生。
5结语
综上所述，阻止铝液与钢棒之间出现贯穿的通道是有效预防钢棒被浸蚀的唯一途径，在大修阶段、焙烧阶段及正常生产阶段应保证阴极内衬的完整状态，避免出现贯穿铝液与钢棒之间的通道是杜绝钢棒被浸蚀的关键。
参考文献
[1]刘坚,王文,黄俊.一种有助于提高铝电解槽阴极内衬寿命的方法[J].轻金属，2009(06):27-29.
[2]牛新国,卫立道.铝电解槽破损部位的测定[J].中国设备工程,2005(08):32.
[3]王俊青，李昌林，周云峰，汪艳芳，方斌，侯光辉，柴登鹏，史志荣.新型稳流保温铝电解槽节能技术及其工业应用效果[J].世界有色金属，2019，1:23-24.
[4]梁璧.浅析预焙铝电解槽阴极内衬破损特征与机理及检测维护措施[J].世界有色金属，2007(12):32-33.
[5]邱金山.铝电解槽阴极内衬改进研究[J].轻金属,1999(07):36-39.
[6]白卫国，高宝堂，潘卫平，曹永峰.铝电解槽槽壳变形的原因分析与校正[J].世界有色金属，2019(1):1-4.