400kA電解槽伸腿肥大的處理及預防措施

康宗文

摘 要：文章針對400KA電解槽低電壓運行時出現伸腿肥大的危害、原因進行分析，并總結出預防及處理伸腿肥大的方法。

關鍵詞：伸腿肥大；過熱度；電解槽；參數；電解槽保溫

上世紀80年代開始，闊內大型預焙槽生產系列逐步形成了一整套成熟的生產工藝技術條件，即技術條件按照“四低一高”的要求進行控制，保持低分子比、低電解溫度、低鋁水平、低效應系數和高電壓。近年來，隨著鋁電解行業竟爭日益加劇和國家對高耗能企業的能耗指標要求不斷提高，電解槽低電壓生產已成為鋁電解企業實現節能和降低生產成本，保證自身可持續發展的必然潮流，在低電壓運行的情況下實現電解槽技術條件的相互匹配，確保電解槽平穩、高效生產。但是隨著低電壓生產的同時，也出現了諸多問題。例如電解槽槽溫低，電解質收縮，從而出現角部甚至部分中間陽極消耗不均，和伸腿相連。在電解槽正常生產中經常出現下降陽極時出現角部頂等問題，甚至很多槽子中間陽極出現此類情況。尤其在出鋁過程中表現尤為嚴重，經常出現頂裂導桿甚至出現頂壞上部機構的現象，嚴重影響生產安全。長伸腿的電解槽個別陽極導電差，電解槽穩定性差，容易形成電壓擺等現象，通過調極等方法處理電壓擺后個別陽極導電性變差，伸腿容易長，如此反復既降低了電流效率又增加了電耗，同時個別陽極會出現脫極、透底現象，增加陽極毛耗影響原鋁質量同時也增加了工人的工作量。因此若不采用科學合理的方法處理此類現象，角部伸腿長的問題會嚴重威脅電解槽的正常運行。

1 伸腿現狀的調查

某廠400kA電解槽在正常生產走低電壓技術路線以來，兩個廠房的多臺電解槽分別出現角部伸腿長的現象，也出現了頂彎頂斷部分導桿和頂上部機構的現象。如果在出鋁過程中不采取有效措施，將會頂壞槽上部結構，嚴重影響系列安全生產。經過統計調查我們發現了以下現象：

（1）夜班出鋁區的槽子有8臺，占50%；中班出鋁區6臺，占33.3%；早班出鋁區2臺，占11.1%，伸腿與出鋁區域有關。鋁水越高，電解槽的散熱就越大，因此早出鋁對電解槽保溫有很大的效果。

（2）長伸腿的角部B面相對A面較多，伸腿與A、B面有關。雖然理論上來說AB面沒有什么區別，但是在現實生產中發現B面相對A面要多一些，這個受電流和鋁液流速影響。

（3）B1B2、B23B24處長伸腿有15處，占65%，其余處長伸腿有7處，占35%。角部相對于中間更容易長伸腿。

2 產生伸腿的原因分析

（1）根據槽況合理搭配技術條件，保持合理的兩個水平、電解溫度、分子比，加強精細化操作，保持較好的爐底和槽幫，若電解質水平較低，電解槽過熱度較低，電解質流動性變差氧化侶不易溶解，特別是鋁水平較高的電解槽，槽子散熱大，實施低電壓生產過程中，難免出現電解槽長伸腿的現象。

（2）B1B2、B23B24處長伸腿多于中間陽極，因鋁水流動速度和外部散熱有很大的關系，中間液體流動速度相對較快，在B1B2、B23B24處的位置流速明顯變緩，另外角部流速較慢沉淀更容易出現在電解槽的B1 B2、B23 B24。處角部陽極消耗相對慢，溫度相對較低，煙道段和出鋁端的散熱量大。角極陽極電流分布不均，一方面是設計時中間立柱母線電流偏人，角部立柱母線電偏小，對陰極回路的補償母線又不夠，造成電流偏移，另一方面角極靠近伸腿，當鋁液正常運動時容易在角部造成阻礙，引起角部陽極電流分布偏大，易針振與電壓擺，所以常提角部極，當電壓穩定后，又造成角部極電流分布偏小，角部區域偏冷，角部由于散熱大，加劇角部伸腿的長大，因此角部比中間極更容易長伸腿。

（3）個別地區冬季溫度較低，電解質收縮，電解溫度相對較低，尤其是青海新疆等地區，冬季特別寒冷，此時如果電解質量保持不夠或者電解質收縮都可能造成伸腿長，因此此類現象和地區有關系。

（4）換極質量差，換極作業過程中，特別是換角部極的作業質星，換角部極時，掉下的物料較多，這就要求各作業組，在提陽極之前，把極上的氧化鋁扒干凈，減少落入槽中的氧化鋁量，把殼塊盡只全部勾出來，減少塊料落入糟中，用大勾扒干凈爐底，用小耙把沉淀撈干凈，減少沉淀的形成，使陰極導電均勻，保證爐底潔凈，陽極電流就會更多的往此陽極正對陰極方向走，促使侶水中的伸腿熔化變薄，伸腿的肥大、畸形可以得到較好的控制。加大對碳渣的打撈，提高了電解質的清潔度，改善其物理性頂，加大了對氧化鋁的溶解度和溶解速度。換極速度盡量快，避免電解表而結殼的情況直接坐極，使導電滯后，頂斷陽極導桿。角部區域的溫度和流體速度決定了沉淀與碎塊不容易化掉，所以最后用鋼釬把角部伸腿捅一捅，把在角部區域的細碎塊或沉淀往陽極底部區域推，預防陽極碎塊或沉淀在角部區域堆積使伸腿變大。如果在換極過程中陽極設置不合理，若陽極設置過高，導致陽極不工作，該區域溫度降低，容易長伸腿。陽極設置過低，有可能造成脫極，如發現不及時陽極可能和伸腿相連，影響正常生產。

3 針對原因采取的措施

（1）工藝是電解之本，根據槽況合理搭配各項技術條件，針對不同的槽況配備不同的參數條件。伸腿處理過程中應堅持以調控為主，操作為輔。伸腿是在幾個月或更長時間慢慢形成的，所以在處理伸腿上，不能急十求成，對伸腿較大的角部，可能要通過多個換極周期才能收縮伸腿。在工藝調整中，特別是撤鋁過程中不能過度，角部伸腿是電解槽最冷區域，所以也是最難熔化的區域，如果撤鋁后鋁水平掉得太多，鋁水平過低，爐底發熱，熔化爐底沉淀結殼，邊部伸腿變得瘦而短，角部伸腿可能變化不多，會影響到老齡電解槽的安全生產，容易引起側部炭塊和陰極出現裂紋破損。保持各項技術條件平穩運行，分子比適當保持高位，以增加電解質溶解氧化鋁的能力，減少沉淀產生。針對長伸腿的槽子，適當提高運行電壓，通過拉大極距增加熱收入適當提高過熱度，對消除伸腿肥大有較好的效果

（2）加強電解槽的保溫效果，在進行換極、上料過程中要加快作業速度，防止熱量的散失。采用破碎料和氧化鋁雙層加料方式，針對長伸腿的槽子適當加厚保溫料厚度，破碎料盡量用小塊，減少散熱加強保溫效果。低極應覆蓋足夠陽極保溫料，保溫料與鋼梁下沿平齊，杜絕邊部冒火，減少通過槽上部的散熱損失，使熱量散失，保持良好的熱平衡。隨著陽極的消耗，陽極的厚度會漸漸變薄，陽極的變薄，陽極保溫性能逐漸變差，且陽極的保溫料會被組員用來堵火眼，角部極上的保溫料會逐漸減少，增加熱損失，所以對這種情況，工區要求對伸腿較大槽的角部極，平時角部保溫料注意檢查，當陽極高度在剩余15左右，在角部極上補充保溫料。角部將散熱孔用保溫磚或其他保溫材料封死，加強保溫。班組和工區加大對冒火和大面整形的檢查力度，及時封堵冒火處理老殼，防止散熱。endprint

（3）利用好效應改善電解質的流動性以及解決電解槽熱收入不夠的問題，緩解伸腿繼續長的問題。

（4）伸腿嚴重的角部在換極時盡量使用熱殘極，換極時盡量用天車打殼頭處理伸腿，可以將伸腿打掉一部分。在實際操作過程中由于伸腿呈斜面狀，而天車打擊頭又太鈍，如果出現無法處理時，可以使用風鎬，可以打掉部分肥大的伸腿。

（5）當電壓擺，需要采用調整陽極的辦法處理時，減少角部極的調整，防制角部極導電量過小而加速角部電解質的凝固惡化伸腿。

（6）更換陽極時要提高換極質量，塊要撈干凈，針對沉淀較多，炭渣較厚的槽子要進行處理，合理的定位陽極，防止陽極設置過低或過高。新陽極裝入電解槽時，由溫差較大，電解質會大幅局部降溫，陽極表而的電解質迅速處于凝固壯態，從而導致電解質對陽極的潤濕性變差，陽極基本上不導電，隨著陽極溫度的逐漸上升，表面的潤濕性變好，導電性才能逐漸恢復，角部極換極前本身就存在陽極電流分布偏小，如果角部陽極中間陽極陽極設置定位，陽極電流分布偏小，角部伸腿易長大。所以在換極時角極設置比其他極低0.5cm，以縮短角極導滿全電流時間，有利于緩解角部區域冷趨勢。

（7）針對電解質水平相對過低的槽子，要用倒電解質或者添加物料的方式適當提高電解質。

4 措施取得的效果

（1）11月～12月，按電解槽伸腿的大小情況，逐步對車間52解槽角部加強保溫，堵好散熱孔，加強保溫料，認真處理，減少散熱。

（2）12月份開始我們認真檢查電解槽的運行狀態，對車間有伸腿的電解槽倒換熱殘極，采用風鎬與天車打擊頭結合的方法進行了人工處理，其效果很明顯，坐入熱殘后，第二天的導電都能達到3.0以上。對個別伸腿長的比較嚴重的槽子多次倒換熱殘極，認真處理伸腿和角部，再配合著相應的技術條件，角部陽極從最初的不導電慢慢開始導電，伸腿慢慢化開，效果比較明顯。

（3）1月份通過采取以上措施，經過認真分析得出較好的工藝條件并開始運行后，車間伸腿長的電解槽得到了控制，未發生惡化。

（4）3月份之后，已消除伸腿肥大現象，車間開始正常換極，導桿不再頂斷，消除了頂壞上部機構的隱患。減輕了工作量，為電解槽的平穩運行奠定了基礎。角部伸腿肥大現象得到了消除頂壞提升機渦輪的安全隱患，減少角部陽極的更換，減輕了勞動強度，為進一步實施電解槽低電壓技術奠定了基礎。

5 結語

（1）基于高電壓設計下的400kA電解槽，在采用低電壓技術路線時，需重新設計電解槽內襯，如鋪設保溫磚的厚度和陶瓷纖維板的規格等，如何更好地保溫，保證電解槽在低電壓下形成良好的熱平衡，從設計上減小或消除產生伸腿的可能性。

（2）消除伸腿肥大的關鍵是提高該組陽極的導電性能，只有陽極導電正常，伸腿才會得到預防和逐步消除，這給我們的換極等操作質量提出了更高的要求。

（3）人工處理是必要的輔助手段，單純用技術參數調整消除肥大部分將對電解槽其他部位爐膛造成很大破壞。我們要在生產的基礎上認真摸索探索出真正適合電解槽運行特點的工藝思路，有助于預防和消除伸腿肥大現象。

（4）在未更改電解槽熱平衡設計前，已有的電解槽外部保溫是可以減緩了因低電壓工藝帶造成的角部伸腿形成的生成速度，抑制了伸腿的進一步惡化。如何做好保溫和散熱的平衡，要求我們繼續摸索。

參考文獻：

[1] 邱竹賢.預焙槽煉鋁[M].3版.冶金工業出版社，2005-01.endprint