大型电解槽破损原因及延长槽寿命问题分析

魏 亮

(河南黄金建筑安装公司，河南洛阳，471000)

1 铝电解槽的种类和破损特征

1.1 早期铝电解槽的破损特征

1.1.1 阴极的电压逐渐升高

当电解槽运行时间过长时，阴极的电压就会逐渐的慢慢升高，这是正常的现象。但是如果对应的阴极电压非常的高或者升高的速度非常快，就是阴极存在某些部件已经损坏的现象。随着阴极的电压逐步的升高这样会致使槽内的电压也会逐步升高，会增加电的消耗量，所以，当没有漏槽的现象发生时，也应该立即查明原因，并且采取相应的预防措施，当情况若如很危急时，可以考虑将电解槽提前停止。

1.1.2 阴极隆起

阴极隆起这种现象主要是因为阴极之中的炭质材料当吸收了溶液中的钠之后会发生膨胀，还有一些可能因素是因为森如碳阴极的钠溶液和电解质相互作用，从而形成引起了体积膨胀。某些大型的预焙槽其阴极隆起时的高度有时候可以高达25cm 以上。当阴极隆起之时它会带动着阴极的钢棒向上进行弯曲，从而会影响到阳极正常的作业，当严重的时候会影响整个生产线的正常工作。可以通过测量阴极炭块上不同位置的金属铝液隆起的高度来确定，阴极是否发生了隆起现象。

1.1.3 阴极孔洞

阴极孔洞是由于阴极上的炭块被某些溶液腐蚀和侵蚀从而形成了充满铝液的凹形窝槽，最主要的原因是由于发生了化学反应而形成了碳化铝。因为阴极的块上有着机械损伤的地方，并受到磁力的影响这样会产生小范围的金属旋流，这种旋流的会造成其中的孔洞情况更加严重。这种产生阴极孔洞的地方多数发生在电解槽中阴极最为薄弱的地方，例如边缝或者捣固缝。通过测量金属铝液的高度之中的弯钢钎沿上的阴极表面向前或向后移动的办法来找到阴极孔洞。

1.1.4 电解槽内部的铝液含铁量增高

电解槽内部的铝液含铁量增高的主要因素是在铝电解的加工过程当中，铝液与电解质会通过阴极存在的一些裂纹、孔隙以及阴极捣固缝从而渗透到阴极的钢棒之中，这样会与阴极钢棒相互接触从而对钢棒造成侵蚀的危害。可以通过观察铝液的凝固表面是否收缩和原铝化学分析就能够很简单的看出铝液中的铁的含量是否升高。如果发现后，为了避免发生漏槽的现象，保证铝具有良好的质量，可以进行提前停槽。如果需要电解槽再一次运行，就应该密切关注铝液之中的铁的含量变化，并且及时采取相应的措施，例如将电解质的成分改变，调节电解温度，将破损的部位进行修补等等一些列措施，来减少铝液和电解质对钢棒造成侵蚀的危害，以此来防止漏槽的事故发生。

1.2 破损槽的种类

1.2.1 侧面漏铝或小面漏铝

当槽膛内的固体电解质无法形成结壳或者结壳被融化，电解质和铝就会非常快的腐蚀防护层以及侧部的炭块，被电解质和铝侵蚀的钢壳会熔化，这样会导致漏槽的现象。在接近电解质和铝液表面的交界处很容易发生上述情况。

1.2.2 侧面漏液

当温度相当高的铝液渗透并且接触到阴极的钢棒之上，就会引起化学反应，从而会反应生成铁铝化合物，这样会对钢棒造成侵蚀。利用槽底部热传导效应来形成一个温度的分布空间，此刻的温度分布能够促使液体进行流动，铝液与熔融的电解质会流向通道内部。通过对比，就可以发现对铝液的阻力最小的通道是阴极钢棒，所以当铝液到达电解槽时，它就会非常快的流经阴极棒孔而漏出。这种现象的漏铝情况非常难控制，并且当其放生的时候往往会没有早期的征兆。

1.2.3 槽底发生破损和漏槽现象

当阴极炭块上存在裂纹，炭块和炭块之间的捣固糊上与测块间捣固糊上存在裂纹，这些都会造成电解质和铝液进行渗入，当裂纹慢慢的扩大是，从而会使铝液和阴极钢棒二者接触，造成短路。铝液和电解质会继续侵蚀阴极下的隔热层，并且将隔热层破坏，最终会使铝液和电解质进入到钢槽的底部，并且侵蚀钢槽，能够很快的形成孔洞，从而造成了槽底漏槽的现象。

2 电解槽破损缘由

2.1 操作工艺不当

当操作铝电解的时候，应该时刻保持注意电解质的成分变化与槽温的变化，来确保槽帮结壳是否形成与稳定，如若操作不当，将会使电解质与铝液会对电解槽的侧壁造成不应该有的冲刷和腐蚀。

2.2 启动电解槽的焙烧的方式不当

电解槽焙烧的启动方法有很多，例如铝液焙烧、火焰焙烧等等一些列方法，但是无论利用哪一种焙烧的方法启动，都必须让阴极的整体进行完全的焙烧，不能能够造成电解槽底部加热不均匀。如果没有按照上述方式，将会使槽底的应力发生局部集中和局部的电解槽会变形，致使电解槽遭到破损。

2.3 电解槽的内衬受到腐蚀

在铝电解的生产生活当中，由于槽内衬会时刻受到铝液和电解质的腐蚀与运动的冲击，电解过程之中也会产生钠还有空气中的氧气和氮气都会进入到电解槽内衬当中，这样会造成腐蚀的作用。当电解槽的碳阴极与电解槽侧壁被长时间的腐蚀之后，就会生成氮化铝等一系列物质，改变了电解槽内衬的表面结构，同时还会让原来的较小的裂纹和受到的机械损伤逐步的变大，这样会形成比之前相对较大的裂纹，从而加深了腐蚀，电解液和铝液将会慢慢达到阴极的钢棒之中，同时也会进入槽壳之中，会产生槽漏现象和使电解槽遭到破损。同时，当电解槽内衬被钠腐蚀以后，会发生体积膨胀，这样会使得阴极隆起和发生阴极破裂现象，这同时是造成铝液和电解液能够很快的腐蚀电解槽内衬的原因。

3 延长槽使用寿命的措施

3.1 电解槽阴极使用半石墨的炭块

阴极的炭块总共可以分为三种类型，他们定性的比较如下表1 所示。

表1 阴极上炭块的定性比较

相比较来说，从表中就可以看出石墨化的炭块性能是相对其他的俩种是最好的，但是这种材料的价格也是最高的，当一次性投入是，不是一个客观经济的办法。所以建议可以使用性能优良可靠的半石墨质的炭块，这种材料在经济上能够被大多数企业所接受，在技术上也是相当可观的，特别是半石墨的炭块的抗磨性、导电能力和抵抗冲击能力都相当的客观。但是必须说明一点，有一部分的厂家半石墨炭块，之中的部分骨料已经被石墨化，其实并不是真实的半石墨质的炭块。与此同时，还可以利用圆柱形的阴极钢棒，这样能够减少由于膨胀的差异而造成对炭块作用的相应的应力，这样能够更好地使石墨质阴极炭块发挥其更好地作用。

3.2 利用化学防渗透技术

在电解的生活生产当中，为了以防拥有腐蚀性质的电解质组分和钠等一些物质对阴极的炭块、保温材料以及耐火材料的腐蚀和渗透，现在已经广泛的利用阴极防渗透技术。阴极防渗透技术总共可以分为化学防渗和物理防渗，其中二者之中当属化学防渗技术尤为先进，它拥有着改善热平衡、节约炉料、延长电解槽的使用寿命和延长电解槽大修的周期等等许多优点。当前，在国外化学防渗透技术已经较为普遍，并且其中还取得了骄人的成绩。对于我国已经有部分的生产厂家也研制出了化学防渗的渗料，这为我们以后延长电解槽的寿命提供了有力的条件。然而我国也有很多的铝厂同时也进行了相应的实验，但是其中的实验结果只能差强人意。笔者认为，那些失败的铝厂进行实验的电解槽大多数都是采用铝液的焙烧技术，但是其中的铝液不能够与防渗材料二者相互作用，就不能够形成良好的防渗层，从而就不能够起到防渗透作用。某公司根据以上的情况进行分析，在焙烧的工程工艺上进行了改进，在2003 年底，已经开始全面的推广新兴的焙烧法，在当下的基础之上，利用国内最先进的防渗材料，这样取得了骄人的成果。

3.3 利用国内领先的捣固糊检测技术

阴极的炭块和电解槽侧部之间、炭块和阴极炭块之中的捣固糊是电解槽的阴极之中最为薄弱的地方，它的最主要的功能就是填充炭块与炭块之间缝隙，以此来防止电解质与金属渗透到阴极，同时为在焙烧期间炭块的热膨胀而提供了一个缓冲层。电解槽的寿命和捣固糊的紧密性和密实性有很大的关联，它的这种特性决定着当在加热的时候糊和炭块的配合、操作过程中对无聊的改变等等性质的变化。据相关资料的介绍，当冷捣糊的密度为1.50/cm3 左右时，并且和半石墨质的阴极炭块进行配套，此时的组合能够很好的满足上述的要求。

3.4 利用相对成熟的焙烧技术

电解槽的焙烧大概有3 种方法，他们的优点与缺点的对比如下表2。

表二 焙烧方法的对比

对于传统老式的铝液焙烧法有着许多的缺陷；焦粒焙烧法它能够克服和有利的减少铝液焙烧法的诸多缺陷，但是它对配套的技术要求比较高；燃气焙烧法可以说是现如今最理想的焙烧法，它有着其他焙烧法无法达到的优点，它能够代表着电解槽焙烧法的前进方向。对于当前我国的电解槽发展形势来看，已经有很多的电解厂已经利用这种有效简单的方法和化学防渗技术结合。

3.6 利用先进的管理技术

3.6.1 利用先进的稳定电流技术与合理供电技术

通过利用合理的技术来减少电流波动对于槽内热平衡的干扰，并且降低化学侵蚀物的扩散几率。

3.6.2 利用科学的管理方式

在生产和生活中，不断地进行创新，从而达到对于操作做到精密完善，并且减少对电磁场的影响，同时降低机械侵蚀。

3.6.3 利用湿法无效启动技术

当启动电解槽时，可以采用湿法无效应启动方法，这样可以使电解槽内的温度均匀地上升，这样有利于降低对电解槽热冲击的影响，可以达到延长电解槽寿命的功效。

4 结束语

精心设计好的电解槽与电解槽的阴极结构，应该选用质量优异以及和实际生产相适应的材料，这样能够达到最佳的砌筑效果。以此同时，还应该配合着科学的管理理念和方式，不断地进行创新，来提高生产量和提高使用寿命，达到更加理想的生产效率，为工厂带来更好的效益。

[1] 王世学.大型预焙电解槽破损原因和槽寿命延长问题的探讨[J].中南大学冶金学院，2003,3:40-45.

[2] 邱竹贤.预焙槽炼铝(第3 版)[M]，北京：冶金工业出版社，2005,4:18-25

[3] 党建平，胡金平，景翠林.延长大型预焙槽寿命的生产实践[M].中南大学冶金科学与工程学院，2003,6：27-31.