延长槽寿命

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