劉建新
（中國(guó)鋁業(yè)山西分公司 山西龍門鋁業(yè)有限公司 山西河津 043300）
摘要：分析了75kA中間下料預(yù)焙槽爐底破損的原因，提出了爐底破損的具體修補(bǔ)方法及維護(hù)技術(shù)，有效延長(zhǎng)了破損電解槽的使用壽命，取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益。
關(guān)鍵詞：中間下料預(yù)焙槽；爐底破損；修補(bǔ)；維護(hù)；壽命。
山西龍門鋁業(yè)有限公司（簡(jiǎn)稱龍鋁）是一年產(chǎn)12000噸原鋁的小型鋁電解生產(chǎn)企業(yè)。生產(chǎn)多年來，電解槽的使用壽命一般為4年。個(gè)別達(dá)到10年之久，在對(duì)破損槽的修補(bǔ)維護(hù)實(shí)踐中，經(jīng)過十幾年的摸索，取得了一定的經(jīng)驗(yàn)，是部分破損電解槽能延長(zhǎng)正常生產(chǎn)數(shù)月。最長(zhǎng)達(dá)三年多。取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。 
生產(chǎn)中電解槽的破損是難免的，當(dāng)生產(chǎn)數(shù)年后，由于陰極炭塊吸鈉后膨脹以及鋁液和強(qiáng)腐蝕性的電解質(zhì)對(duì)槽內(nèi)襯的侵蝕，導(dǎo)致電解槽爐底破損停槽。影響產(chǎn)量與其它經(jīng)濟(jì)效益。向我公司75kA中間下料預(yù)焙槽，從停槽到大修重新啟動(dòng)，周期大約19天，每臺(tái)槽大修費(fèi)用約6萬元，加上焙燒啟動(dòng)費(fèi)用及槽日損失，經(jīng)濟(jì)損失較大，因此加強(qiáng)對(duì)破損電解槽的修補(bǔ)與維護(hù)，最大限度地延長(zhǎng)電解槽的使用壽命是鋁電解行業(yè)共同關(guān)注的課題。筆者就多年來在破損電解槽的修補(bǔ)與維護(hù)的技術(shù)進(jìn)行探討。
1. 預(yù)焙槽破損的判斷方法
1. 1根據(jù)原鋁中鐵含量的升高判斷
電解槽破損的跡象是電解槽鐵含量升高，正常槽鐵含量一般小于0.14％，如果電解槽正常生產(chǎn)沒有熔化陽極鋼爪，又無鐵工具和等外鋁加入，原鋁中鐵含量突然升高，并逐日增高，可以初步判斷電解槽爐底開始破損，高溫熔融的電解質(zhì)和鋁液已滲透倒破損炭塊縫隙中，開始熔化陰極鋼棒，導(dǎo)致原鋁中鐵含量升高。
1. 2根據(jù)陰極小母線等距壓降的變化判斷
生產(chǎn)中正常的電解槽，各陰極鋼棒小母線的等距壓降基本是相同的，因陰極鋼棒小母線的材質(zhì)、截面、長(zhǎng)度是一致的，陰極小母線的等距壓降與通過的電流成正比。而對(duì)破損槽，由于爐底已形成鋁液的通道，使該處局部電阻減少，通過的電流增大，導(dǎo)致陰極小母線的等距壓降的提高。 
1.2.1測(cè)量所用工具
測(cè)量方法非常簡(jiǎn)單，無需制作專用工具，用陽極工作中常用的等距壓降測(cè)量?jī)x即可完成。測(cè)量部位：陰極鋼棒與大母線之間的鋁軟帶。測(cè)量時(shí)應(yīng)避開小母線兩端的焊點(diǎn)，選擇較平的鋁軟帶，并保持接觸點(diǎn)接觸良好。以減少測(cè)量誤差。
測(cè)量完畢對(duì)各測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行分析可發(fā)現(xiàn)電解槽爐底破損部位等距壓降明顯升高，可判斷出該陰極鋼棒周圍有破損跡象。
1.3 利用陰極鋼棒溫度差異判斷
一般情況下，電解槽爐底結(jié)構(gòu)基本是一致的，因此陰極棒頭的散熱面積和散熱形式基本相同的，陰極棒頭之間的表面溫度相差不大，一般在15～25℃之間，而當(dāng)某一陰極鋼棒周圍出現(xiàn)破損，形成鋁液通道時(shí)，一方面使使?fàn)t底與陰極棒之間的熱量傳遞速度加快，另一方面使破損部位電流集中，導(dǎo)致陰極鋼棒電流密度升高，使棒頭產(chǎn)生的焦耳熱明顯增多。使破損處的陰極棒溫度升高。由此確定該處有破損跡象。
1.3.1測(cè)量工具及方法
測(cè)量所用工具：紅外線測(cè)溫儀。測(cè)量部位：陰極棒頭。測(cè)量時(shí)要清除表面的積塵。對(duì)一些較明顯的陰極鋼棒要反復(fù)測(cè)量幾次，減少誤差。
在實(shí)際工作中，上述三種方法應(yīng)同時(shí)進(jìn)行，綜合分析，能有效減少誤差。準(zhǔn)確判斷出電解槽破損部位。十幾年來我們使用三種方法對(duì)電解槽破損部位進(jìn)行判斷，未出現(xiàn)過判斷失誤。有效避免了爐底破損發(fā)生漏槽事故。
2. 破損電解槽的修補(bǔ)方法
2.1修補(bǔ)部位的確定
對(duì)爐底破損的電解槽修補(bǔ)時(shí)，首先要確定出破損部位、范圍、和破損程度，以便采取相應(yīng)措施。檢查方法是：根據(jù)電解槽爐膛寬度制作檢查爐底的長(zhǎng)鐵釬，（象我公司電解槽寬為2.93米，2～3米即可），將長(zhǎng)鐵釬彎成10～20 cm 的直角鉤，將鉤尖朝下陰極底部，按照底塊和底縫排列的縱橫順序，在初步確定的破損部位逐漸鉤探，尋找破損部位，根據(jù)多年的經(jīng)驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)：破損部位由于電阻小通電多，此處爐底干凈無沉淀，根據(jù)這個(gè)特征很容易找到破損部位。在檢查時(shí)由于每個(gè)人的感覺有一定差別，所以要多人檢查感覺綜合分析，防止個(gè)人行為。且要做到仔細(xì)認(rèn)真，用力均勻，避免用力過猛，惡化破損部位。
2. 2修補(bǔ)所用材料及工具的準(zhǔn)備
材料：鎂砂、氟化鈣，碎爐底結(jié)殼塊（粒度≤4 cm），以及刨爐料。
工具：平時(shí)常用的操作工具即可，無需制作專用工具。
氟化鈣和鎂砂是不溶于鋁液而呈沉淀狀態(tài)的物質(zhì)，是一種補(bǔ)爐底破損的適宜物料，在修補(bǔ)破損槽時(shí)，為操作方便，可用鋁液與干燥的鎂砂、氟化鈣混合料制成大約10cm厚左右的餅形狀補(bǔ)爐材料。其大小由修補(bǔ)的部位大小而定。
2.3修補(bǔ)破損電解槽的具體操作 
修補(bǔ)前要將補(bǔ)爐工具預(yù)熱好，特別是冬季。吊出陽極，撈凈爐底沉淀，把制好的補(bǔ)爐材料放置在已預(yù)熱的漏鏟上，用釬子或大鉤壓住，準(zhǔn)確送到破損部位，操作過程需要兩人協(xié)調(diào)配合。補(bǔ)爐材料放完后，取幾塊鋁錠輕輕壓倒補(bǔ)爐材料的上面，用釬子壓數(shù)分鐘，使補(bǔ)爐材料周圍有所冷卻易形成結(jié)殼，有利于補(bǔ)爐材料覆蓋在破損部位。勤觀察原鋁中鐵含量的變化，一兩天后如鐵含量逐漸下降，說明修補(bǔ)成功，否則重新修補(bǔ)。修補(bǔ)料在破損處結(jié)殼，阻止了鋁液的滲透。因此鐵含量下降是修補(bǔ)成功的標(biāo)志。但有效時(shí)間不會(huì)太長(zhǎng)，需隔一定時(shí)間檢查并再次修補(bǔ)。 
2.4盡量減少破損部位的導(dǎo)電
對(duì)溫度、壓降偏高，能準(zhǔn)確定位破損部位周圍的陰極鋼棒，將與大母線相連的軟帶切斷（向我公司75kA預(yù)焙槽切斷數(shù)不超過2組），使其斷路，防止陰極鋼棒因?qū)щ娺^大而加速鋼棒熔化。操作時(shí)一定要慎重，準(zhǔn)確認(rèn)定正在熔化的鋼棒，否則所得其反。
3. 對(duì)爐底隆起破損的電解槽的補(bǔ)救方法
此類破損槽，主要是由于炭素材料吸收鈉而產(chǎn)生膨脹引起破損，一般破損部位在電解槽中間，具體位置較難確定，多發(fā)生在生產(chǎn)周期3年以上的電解槽上，此類槽修補(bǔ)成功率極低，只有5%（龍鋁的經(jīng)驗(yàn)）。
修補(bǔ)的主要材料氟化鈣。
修補(bǔ)方法是：將500～800kg的氟化鈣分幾次加入料箱中，與氧化鋁混合一起加入到槽。由于氟化鈣比重較大，易沉淀到爐底，覆蓋到爐底破損部位，阻止了鋁液、電解質(zhì)的進(jìn)一步滲透，此法要反復(fù)進(jìn)行，能使一少部分破損電解槽，修補(bǔ)成功。向我公司39#電解槽，生產(chǎn)有4年多，爐底隆起較嚴(yán)重，今年5月初鐵含量達(dá)到0.55%以上，綜合分析該電解槽已破損，破損部位較難確定。只能用此法進(jìn)行補(bǔ)救。將700kg的氟化鈣分兩次加入到料箱中，并采取了一定的維護(hù)措施，一周后鐵含量下降到0.19%，半月后電解槽恢復(fù)正常。效率達(dá)到了90%。但由于爐底上抬，日常維護(hù)較困難。一直生產(chǎn)到2004年11月份才計(jì)劃停槽。停槽時(shí)原鋁中鐵含量穩(wěn)定在為0.15%。并未有破損跡象。刨爐時(shí)發(fā)現(xiàn)中間第5、6根陰極鋼棒有熔化的痕跡，這說明5月份的修補(bǔ)是成功的。
4. 破損電解槽的維護(hù)技術(shù)方法
電解槽一旦發(fā)生破損，根據(jù)生產(chǎn)組織和效益要盡最大努力延長(zhǎng)其使用壽命。對(duì)破損電解槽除修補(bǔ)外，還需制定必要措施加強(qiáng)維護(hù)。我們?cè)陂L(zhǎng)期的實(shí)踐中，總結(jié)出一套破損槽修補(bǔ)后的維護(hù)方法。
4.1技術(shù)條件的調(diào)整
電解槽修補(bǔ)后為了使修補(bǔ)爐料冷卻結(jié)硬，需要爐底冷卻，方法是適當(dāng)提高鋁水平2～3公分，提高爐底散熱，有利于修補(bǔ)爐料結(jié)硬，并減少下料間隔，保持爐底有一定的沉淀，修補(bǔ)后的爐底壓降上升大約30～60cm,可將槽電壓提高50～100mv.維護(hù)過程中，要嚴(yán)格控制陽極效應(yīng)，避免長(zhǎng)時(shí)間燒效應(yīng)，將陽極效應(yīng)控制在0.3次/槽日以下，維護(hù)技術(shù)條件見表1。
表1為破損電解槽技術(shù)條件
條件分類 鋁水平cm 電解質(zhì)水平 分子比 槽溫℃ 效應(yīng)系數(shù) 槽電壓
正常槽 20～22 20～22 2.4～2.65 935～945 ≤0.4 4.25～4.3
破損槽 24～27 17～20 2.5～2.75 935～950 ≤0.3 4.3～4.35
維護(hù)破損電解槽技術(shù)條件的合理配合，是修補(bǔ)成功后的電解槽恢復(fù)正常生產(chǎn)的基礎(chǔ)，否則將使修補(bǔ)作用效果大減，上述技術(shù)條件在我公司維護(hù)破損電解槽中發(fā)揮了重要作用。在我公司得到了推廣。
4.2破損電解槽的日常維護(hù)管理
為使破損電解槽逐漸恢復(fù)正常生產(chǎn)，除調(diào)整技術(shù)條件外，還需制定相應(yīng)的操作制度，其中保持穩(wěn)定最為重要，杜絕因操作不當(dāng)引起槽況波動(dòng)。在破損槽的維護(hù)中筆者認(rèn)為應(yīng)抓好以下幾點(diǎn)：
1）對(duì)修補(bǔ)成功的電解槽要勤檢查修補(bǔ)部位的狀況，要多次進(jìn)行修補(bǔ)，不能修補(bǔ)一次就萬事大吉。隔20～30天對(duì)破損部位，進(jìn)行再次修補(bǔ)。
2）合理調(diào)整下料間隔，保證打殼下料系統(tǒng)正常運(yùn)行，嚴(yán)格控制陽極效應(yīng)，將效應(yīng)時(shí)間控制在4分鐘以下。
3）嚴(yán)格控制出鋁進(jìn)度，防止大起大落。保持槽況穩(wěn)定。
4）密切注視鐵含量的變化，每日測(cè)定槽溫的變化，準(zhǔn)備必要的工具，防止漏爐事故的發(fā)生。
5）提高陽極工作質(zhì)量，杜絕異常電壓的發(fā)生，勤撈炭渣。保持電解質(zhì)清潔。
5.效果分析
多年來，我們?cè)谄茡p電解槽的修補(bǔ)與維護(hù)方面做了大量的工作，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，有效地延長(zhǎng)了破損槽的使用壽命，為公司帶來了一定的經(jīng)濟(jì)效益。
6.結(jié)語
鋁電解生產(chǎn)中，電解槽的破損是難免的，但是加強(qiáng)對(duì)破損電解槽的管理，有效科學(xué)的修補(bǔ)、合理的維護(hù)可以使部分破損槽恢復(fù)到正常生產(chǎn)，延長(zhǎng)使用壽命的。
參考文獻(xiàn)：
[1]何允平，董民杰.鋁電解壽命的研究[M].東北工學(xué)院出版社， 1991.
[2]邱竹賢.鋁電解[M].冶金工業(yè)出版社.1982.
筆者介紹：
劉建新 (1964～) 大學(xué)文化，輕金屬冶煉專業(yè)畢業(yè)，中鋁山西分公司山西龍門鋁業(yè)有限公司電解車間技術(shù)主任、工藝工程師。
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