淺談電解槽槽殼破損原因分析及修復方式

李元山

（酒鋼集團甘肅東興鋁業有限公司，甘肅 嘉峪關 735100）

隨著電解鋁行業技術發展，電解槽型越來越大、槽殼尺寸也隨之增大，致使大槽型電解槽殼的成本增加，且維修難度加大、破損后造成損失也較大。因此，了解槽殼變形、破損的原因，掌握維護方法，實施最佳維修方式，對電解鋁企業的平穩生產、槽壽命延長等至關重要，也是電解鋁工藝和電解鋁設備維護、維修永恒的課題[1]。

1 槽殼結構

目前大型電解槽主要結構——兩個端頭（出鋁端、煙道端）、兩個長側（進、出電端）、一張底板及工字鋼底梁，組成船型形成電解槽熔池。在電解鋁項目初期，各部分外部制作好后，在電解廠房組對稱型。

附圖1 電解槽殼組成圖

2 破損原因及現象

2.1 施工及焙燒過程

①內襯材料（主要是側部復合塊及搗打料）質量不合格；②施工過程質量未達標，例如搗打料填塞不實、側部復合塊砌筑磚縫過大等；③在電解槽焙燒爐啟動時，焙燒溫度、電壓設置、焙燒時間及電解質高度等參數控制不當；④造成后果：電解質滲漏，沖壞槽殼。

2.2 生產運行過程

（1）生產過程維護管理跟不上，造成內襯材料局部破損，形成槽殼局部過熱發紅、局部破損；

（2）造成后果：側部漏鋁(電解質)沖壞槽殼；鋼棒窗口漏鋁(電解質)沖壞槽殼；底部漏鋁(電解質)沖壞槽殼。

（3）使用時間達到設計年限

隨著電解槽的運行時日延長，液態電解質不斷地向陰極碳塊滲透,由于熔鹽滲透至熔體的凝固等溫線時就生成凝固物，或生成碳化鋁促使碳塊繼續膨脹，其過程是連續的、緩慢的。內襯受熔鹽的侵蝕加重 ,槽殼側板受到的應力越來越大,造成槽殼兩側壁失去了搖籃架的約束, 底部的陰極炭塊失去了槽殼的約束,炭塊橫向自由膨脹,加深了陰極炭塊縱向裂紋的擴展,造成陰極炭塊破損,槽壽命低。

附圖2 破損槽殼圖

附圖3 破損槽殼圖

3 預防措施

（1）合理的結構：槽殼設計既要考慮槽殼強度、剛度，還有考慮一定的彈性變量。槽內襯熱膨脹和化學結晶力對槽殼施壓，槽殼變形是不可避免的，設計具有較大的強度和剛性的槽殼，以克服內襯產生的應力，減小變形是必要的。

（2）鋼材：采用高強度鋼板，提高槽殼強度。

（3）合理的制作工藝。

（4）加強內襯砌筑材料質量把關、提高內襯材料品質；加強內襯砌筑質量，嚴格要求，對側部復合塊的砌筑、搗打料的填塞、糊料扎固環節作為重點。

（5）合理的焙燒啟動方案、均勻的焙燒溫度、合適的電壓設置及焙燒時間，控制電解質高度。減低焙燒時高溫鋁液對內襯材料的瞬間熱沖擊造成的缺陷, 通過電解質對陰極內襯缺陷部位的填充作用,阻斷鋁液滲透的通道，避免電解槽的早期破損防止滲漏沖壞槽殼 。

（6）后期維護管理，防止陰極內襯破損，使槽殼變形或造成漏爐而使槽殼破損是保證電解槽壽命的關鍵，這里做一重點論述。

控制合理平穩的工藝參數是電解槽平穩生產的條件，沒有平穩的技術條件就沒有規整的爐膛，就沒有平穩的生產。保持平穩的兩水平（電解質、鋁水平）、分子比、電壓、溫度非常重要。若出現較大幅度的波動（長時間兩水平、電壓偏高或偏低），容易破壞建立起的電場、熱場、磁場平衡，使爐膛發生變化，難以保證電解槽生產平穩運行。這就要求加強電解的在日常的操作和維護上要從提高換極質量到保溫料的添加，從爐底處理到大面整形都精細操作；設定理想的加料間隔,保持匹配的電解質水平和鋁水平；嚴格根據槽運行情況設定合理的目標電壓、保持合理的槽溫、控制好合理的氧化鋁濃度、分子比。

①要保持合理、穩定的電解質成分與高度，對電解溫度的穩定、能量平衡至關重要，較高電解質有利于氧化鋁的溶解、避免爐底沉淀的產生（建議電解質水平保持在18cm～22cm，分子比控制在2.35～2.55）②爐膛存在一定數量的鋁液能夠防止鋁直接從陰極炭塊表面析出，防止削弱電磁力，起到穩定電解反應的作用。較高鋁水平可減弱磁場強度對鋁液的作用力，降低溫度，減少對爐幫的溶解，使電解槽形成爐幫。但是過高的鋁水平，使槽溫過低，爐底容易形成沉淀，造成電流分布不均，致使局部過熱、形成熱應力，使內襯破損（建議鋁水平保持在22cm～25cm）③電解槽經過一段時間的運行，鈉和電解質的滲透達到飽和或平穩，溫度的變化對內襯、槽體、生產影響極大。頻繁調整槽溫是電解生產大忌（就像一個人忽冷忽熱，肯定有病）因此溫度的控制與調整非常重要。（建議電解溫度保持在935～950度之間）。

因此，優良的電、磁、熱三場設計，優質的內襯材料，精細的筑爐施工，合理的焙燒啟動，后期穩定的生產，構成了延長電解槽壽命的因素。但日常精細化管理、標準化作業操作在電解槽壽命長短中占有很大比重，加強后期管理就成為電解鋁工業管理者的重中之重。

4 修復方式

根據槽殼破損程度，采取不同的修補方式，不僅減低維修成本，還可節約維修周期，快速投入運行，產生巨大的經濟效益，對企業的生產與經營至關重要。

一般情況下，電解槽端頭及槽地板破損較少，這兩處破損只能吊出槽殼進行更換。但電解鋁槽殼破損及變形大多數是兩個長側，根據槽殼破損狀況實施以下幾種修補方式。

（1）局部挖補修復：長側變形不大，漏點較少且小。單邊漏點不大于三處，且尺寸不大于200x200mm，漏點間距大于1500mm。

（2）局部貼補修復:長側變形不大，漏點較少且小。單邊漏點不大于二處，且尺寸大于200x200mm，不大于300x300mm，漏點間距大于2200mm

附圖4 局部修復圖

附圖5 局部修復圖

（3）加熱及機械外力矯正：對于長側變形較小，采用火焰加熱消除部分殘余熱應力，外加機械外力相結合的修復方式。此種矯正方式，控制加熱溫度是關鍵。溫度過高鋼材組織發生變化，力學性能減低，影響槽壽命，會得不償失；溫度過低達不到矯正目的。

以上三種方式簡單易行，在電解廠房即可完成修補。

（4）長側更換：對于長側漏點多且大、變形大且不能矯正的，只能吊出槽殼，另行制作長側進行更換。

（5）整體更換：對于長側漏點多且大、變形大且不能矯正的、端頭或底板破損的，只能吊出槽殼，進行整體更換。

以上兩種方式工作量大，只能在電解廠房外部進行。

5 經濟分析

對于具備局部維修的電解槽殼（足以運行一個大修周期）不僅維修成本低，而且對企業挖潛降耗、節約維修周期維，快速投入生產運行，產生經濟效益。局部維修與大修費用差異做一對比：

（1）具備局部挖補、貼補二種情況修復槽殼，施工費及材料費不足一萬元，而新制作500KA槽殼單臺達到38萬元，每臺節約費用約37萬元/臺，未計算由于節約制作槽殼時間而提前投入運行產生的經濟效益[2]。

（2）加熱矯正部。單臺維修費用約5萬元，新制作500KA槽殼材料費與施工費約38萬元/臺，每臺節約33萬元。

（3）更換長側（雙面）維修方式。單臺維修費用約13萬元，新制作500KA槽殼材料費與施工費約38萬元/臺，每臺節約25萬元。

可見局部維修對電解鋁企業的生產、經營至關重要。

6 結語

在電解鋁生產中，由于前期內襯砌筑施工或材料缺陷、或啟動后以及后期管理的不足、外加槽齡的增加，導致漏爐損壞槽殼或槽殼變形的現象非常普遍，選擇適合維修的最佳方案 ，最大限度地降低由于修復槽殼的帶來的經濟損失，對電解生產的影響尤其重要。