300kA系列电解槽阴极破损的现象_原因及对策
电解槽底部破损与应对
110管理及其他M anagement and other电解槽底部破损与应对郭福宝，贾晓刚（山西兆丰铝电有限责任公司，山西 阳泉 045200）摘 要：本文分析了电解槽底部破损的机理和原因，结合具体生产实践，详细的介绍了如何查找破损部位及相应的修补措施，并且给出了修补后的破损槽在日常生产中的管理措施。
关键词：电解槽；破损；修补；管理措施中图分类号：TF845 文献标识码：A 文章编号：11-5004（2019）06-0110-2收稿日期：2019-06作者简介：郭福宝，男，生于1980年，辽宁建平人，本科，冶金工程师，研究方向：铝冶炼、碳素。
铝电解槽是在900℃以上高温的熔盐状态下工作的设备，它的阴极内衬长期受到铝液和电解质的侵蚀，由于侵蚀所产生的应力会使槽体变形和内衬破损，严重时导致电解槽停槽大修。
电解槽大修需要耗费大量的人工和费用，从降低成本和增加产量的角度出发，应当加强生产期间对电解槽的日常维护，减少电解槽的破损。
而当电解槽出现初期破损时，如何及早发现并进行成功修补，是电解生产中十分重要的一项工作。
1 电解槽破损的现象、原因及机理1.1 破损现象在电解槽停槽清理内衬时，可以看到底部破损的情况：阴极炭块发生变形，膨胀隆起、有冲蚀坑、横向或纵向断裂；炭块之间的扎固糊发生裂纹造成炭缝之间有碳化铝、电解质和铝等固体；炭块与钢棒的交界面上有凝固的铝和电解质，部分钢棒被铝液熔化，生成铁铝合金；炭块下面有凝固的电解质、铝、铝铁合金，严重时耐火砖、防渗料、炭块与沉积物熔铸在一起，形成较大的结块。
1.2 破损原因电解槽发生破损的根本原因是电解槽在高温铝液和电解质的侵蚀下，阴极炭块出现冲蚀坑或者裂缝，铝液从冲蚀坑或者裂缝中进入阴极炭块，造成炭块变形隆起上抬，严重时造成炭块断裂和阴极钢棒熔化[1]。
1.3 破损机理电解生产中阴极炭块是不消耗的，但它长期与高温电解质和铝液接触，不可避免的会受到侵蚀和渗透，并最终演变为破损，主要表现在以下三种情况。
浅谈电解槽槽壳破损原因分析及修复方式
浅谈电解槽槽壳破损原因分析及修复方式摘要：随着电解铝行业技术发展, 电解槽型越来越大、槽壳尺寸也随之增大, 致使大槽型电解槽壳的成本增加, 且维修难度加大、破损后造成损失也较大。
因此槽壳维护、后期电解槽大修对企业生产、经营至关重要。
关键词：大型铝电解槽;槽壳破损;修复方式1.槽壳结构目前大型电解槽主要结构——两个端头 (出铝端、烟道端) 、两个长侧 (进、出电端) 、一张底板及工字钢底梁, 组成直角船型的电解槽熔池。
在电解铝项目建设初期,槽底板、长侧在厂房内焊接制作，两个端头在外部（加工现场）制作好后, 在电解厂房组对成型。
2.破损原因及现象2.1 施工及焙烧过程(1) 内衬材料 (主要是侧部复合块、捣打料及内衬糊) 质量不合格。
(2) 施工过程质量未达标, 例如捣打料填塞不实、侧部复合块砌筑砖缝过大、内衬扎固不符合要求等。
(3) 在电解槽焙烧炉启动时, 焙烧温度、电压设置、焙烧时间及电解质高度等参数控制不当。
(4) 造成后果:高温电解质、铝水冲刷槽壳，造成电解槽漏炉。
2.2 原因分析(1) 生产过程维护管理不到位, 造成内衬材料局部破损, 形成槽壳局部过热发红、局部破损; 造成槽壳壁钢板长期受到高温影响，金属材料局部金相组织可能发生不可逆性状态改变，材料物理性能指标下降，导致金属材料脆断（裂）。
(2) 漏槽造成的后果:侧部、钢棒窗口或底部钢板被渗漏出来的高温铝液或电解质冲坏。
(3) 使用时间达到设计年限随着电解槽的运行槽龄不断增长, 液态电解质不断地向阴极碳块渗透, 由于熔盐渗透至熔体的凝固等温线时就生成凝固物, 或生成碳化铝促使碳块继续膨胀, 其过程是连续的、缓慢的,应力逐步向最弱的位置转移，导致槽壳变形和破损。
内衬受熔盐的侵蚀加重, 槽壳壁钢板也随之被腐蚀，在电解槽短侧最为常见，大概在电解槽沿板下方600mm—800mm左右。
(4)槽壳底板与斜侧壁之间焊缝开裂情况，可能是电解槽后续生产过程中内衬吸钠膨胀叠加在该处产生的应力集中导致。
300kA系列电解槽阴极破损的现象_原因及对策
300kA系列电解槽阴极破损的现象、原因及对策张洪涛1,温铁军1,齐宁2,张万福2(1.河南豫港龙泉铝业公司,河南洛阳450041;2.沈阳铝镁设计研究院,辽宁沈阳110001)摘要:介绍了河南豫港龙泉铝业公司300kA预焙阳极电解槽大修刨炉时电解槽阴极的破损情况,简要分析了形成原因并有针对性的提出了解决的对策。
关键词:电解槽;破损;电流效率;结壳中图分类号:TF80 文献标识码:B 文章编号:10021752(2006)05004103Phenomena and causes of300kAreductioncell s damaged cathode lining and its countermeasuresZHANG Hong-tao1,WEN Tie-jun1,QI Ning2and ZHANG Wan-fu2(1.H enan Yugang L ongquan Aluminum Co.,L uoyang,H enan450041;2.Sheny angA luminum and M agnesium Engineer ing and Research Institute,Shenyang,L iaoning110001) Abstract:It presents the damaged conditi ons of300kA pre-baked anode reduction cel l s cathode lining in Henan Yugang Longquan Aluminum Co., and briefly analyzes the causes and puts forward the countermeasures.Key words:reduction cell;damage;current efficien cy;crust阴极破损是影响铝电解槽寿命最重要的原因之一,槽寿命的长短是衡量铝电解技术优劣的主要指标。
300kA铝电解预焙槽侧部破损原因及对策
300kA铝电解预焙槽侧部破损原因及对策
张洪涛;温铁军;石忠宁
【期刊名称】《世界有色金属》
【年(卷),期】2006(000)002
【摘要】近年来，我国铝电解工业发展迅猛．截至2005年5月．我国300kA铝电解槽产能已近460万t，成为我国发展最快的工业项目之一。
现阶段乃至今后若干年内，300kA以上电解槽将成为铝电解生产的主力槽型．我国已在生产和在建的该槽型已有3000多台，产能达到260多万t。
300kA及以上大型电解槽的侧部碳块均采用有良好导热性、大电阻率且耐腐蚀的新型Si3N4-SiC材料。
电解槽“结壳（炉帮）”是电解质温度等于或低于电解质结晶温度时侧砖内侧形成的结晶体，Si3N4-SiC材料的侧部碳块，其优良的散热、绝缘性能非常有利于炉帮的形成。
但在实际生产中由于各种原因，炉帮难以形成或容易早期破损。
河南豫港龙泉铝业有限公司是我国第一批采用300kA电解槽大规模生产的企业，
【总页数】2页(P31-32)
【作者】张洪涛;温铁军;石忠宁
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TG146
【相关文献】
1.大型预焙铝电解槽侧部破损原因分析及控制措施 [J], 欧阳全胜;王进良;张松江
2.大型铝电解槽侧部破损原因分析及对策 [J], 黄继勇;张虎;苏宝峰
3.300kA铝电解槽侧部修补实践 [J], 石英超;杨新峰;
4.铝电解槽内衬破损原因分析及对策 [J], 王海
5.200KA预焙铝电解槽侧部炉帮过空发红现象的分析及对策 [J], 王来存;金四明因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
铝电解槽内衬破损原因分析及对策
现象使熔盐与炭间界 面张力变小 ， 从而使 湿润性变 好， 并使 电解质渗透入炭中。
增大电流密度能够促进电解质 向炭阴极渗透 。 当电流密度增大时， 炭阴极表面上 的电荷密度亦增
开或 有 冲蚀 坑 穴 等 变形 ， 成 了 黄 色 的碳 化 铝 生 （ Ｃ ） 并 侵入 了电解 质和 铝 。 阴极 内衬 的变异一 ，， 般是从焙烧启动期开始 ， 焙烧后期 由于水份和挥发 分自 下而上冒 ， 由于炭缝体积的收缩 ， 并 填充在炭块
１２ 阴极炭块受钠的侵蚀 ．
一
般认为 ， 的侵蚀作用在较低温度下尤其严 钠
重， 因为碳钠化合物在高温下部分分解 ， 而在低温下 稳定。钠在真空中对炭的破坏作用随温度升高而减 弱， 故对 于电解槽槽底 的焙烧而言 ， 焙烧温度宜达到 ９０ ９０ｏ之后才开始启动 ， ０ ～ ５ Ｃ 旨在削弱钠对槽底的
之间的“ 炭糊” 便与炭块分离 ， 形成裂缝 。启动期 由 于大量热 的冲击 ， 在阴极炭块 中产生巨大应力 ， 造成 炭块的破坏。特别是焦粒焙烧时 ， 由于局部温度的 不均匀性 ， 导致阴极炭块表面温度差异特别大 ， 焙烧 后期就产生了大量裂纹 ， 启动期则加剧 了裂纹的扩
大。
大， 使电位升高 ， 从而使熔盐与炭问界面张力变得更
小， 故电解质容易渗透人炭中。 １４ 阴极钢 棒 的变异 ． 阴极钢棒是铝电解槽阴极中的一个重要组成部 分， 其功用是把电流从 阴极导出 ， 通常用软钢制作 ，
有通长的和对开的 ２种结构形式 。阴极钢棒的变异
有下列几种情形 ：
１ 渗碳 。阴极钢棒直接敷设在炭块中 ， ） 又处在 较高的温度下 ， 故碳容易向钢棒渗透。研究发现 ， 钢 棒中的碳浓度 ， 从原始低浓度增大到共析浓度 ， 直径 为６ｍ ５ ｍ的棒经 １０ ｄ之后 ， ００ 碳渗透到钢棒的中心 部位 ， 渗入的碳量在每米长度上约为 ２０ 。 ０ ｇ ２ 向上 隆起。在废 旧内衬 中发现 阴极钢 棒普 ） 遍向上隆起 ， 引起钢棒 的变形 。在 ７０Ｃ以上的高 ０ｏ
铝电解预焙槽侧部破损原因及对策
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟铝电解预焙槽侧部破损原因及对策一、电解槽侧部破损现象1、侧部破损的判定电解生产的特殊性使侧部炉帮形成不良初期破损较难判定，尤其是300kA 大型槽的生产实践在我国尚属初期，对该种情况下研究较少，大部分借鉴过去小槽型的经验管理，但是由于300kA 级以上槽均使用Si3N4-SiC 侧部碳块，为我们提供了新的科学判定依据。
在原铝品质化验中Si 含量的高低可直接作为判断尤其是早期判定的依据，一般原铝Si 含量在0.03％左右，如果超过0.05％我们就应该认为是该槽子炉帮形成不好，侧部碳块已经开始腐蚀，应尽快找准原因采取措施。
如果一个生产系列200 多台电解槽中，硅含量有5 台以下硅含量达到或者是超过0.05％，应从技术条件保持和操作质量中查找原因，采取措施控制，如果有10-20 台Si 含量超过0.05％，那么我们就应该从设计角度查找原因，炉帮局部发红也是电解槽侧部损坏的判定依据。
2、电解槽侧部破损宏观现象在进行电解槽大修过程中发现，电解槽侧部炉帮形成不良或受损坏严重，侧部碳块人造伸腿上沿铝液、电解质液界面处腐蚀尤其严重，形成长条断裂空洞带。
二、原因分析及对策“炉帮”形成不良或易遭破损的原因从对停槽大修的电解槽炉膛解剖，特别是正常生产中炉帮不良槽子看，侧部碳块直接和电解质溶液接触，有的地方还粘少许酥状的电解质固体，Si3N4-SiC 侧砖已经粉化，沿铝液面的炉膛明显有深的冲刷条沟。
有的侧部裸露部分已经形成粉末状物，对于炉帮形成不良或形成的炉帮易遭破损的原因主要为：1、电解槽预热启动影响电解槽预热启动期，升、降温曲线梯度时间控制得不好，分子比低或技术条件组合失误，导致电解槽初期没有形成良好的坚固的炉帮，因为早期坚实基础炉帮的建立对后期正常生产、炉帮的维护起到重要的保障作用。
2、生产技术条件对侧部炉帮的影响对炉帮损毁的因素很多，在生产中主要反映为电解质温度、溶液流速。
电解槽内衬早期破损原因及修理方法
电解槽内衬早期破损原因及修理方法摘要：电解槽是化学工业中的核心设备，广泛应用于冶金、化工等领域。
其内部结构复杂，维护难度大，一旦出现破损，不仅会导致设备性能下降、生产效率降低，而且可能引发严重的安全事故。
对电解槽内衬早期破损的原因及修理方法进行深入研究具有重要的实际意义和价值。
电解槽内衬的早期破损形式多样，原因复杂。
常见的破损形式有裂纹、剥落、溶蚀等。
这些破损可能是由于设计不当、材料缺陷、制造缺陷、安装不当、运行不当等引起的。
此外，环境因素如温度、压力、腐蚀介质等也对电解槽内衬的破损产生影响。
对电解槽内衬早期破损的原因及修理方法进行研究具有重要的实际意义和价值。
通过深入研究和探索，可以进一步提高电解槽的性能和寿命，降低生产成本和安全风险，为冶金、化工等领域的可持续发展做出贡献。
关键词：电解槽；内衬；破损；维修方法引言随着工业的飞速发展，电解技术已经广泛应用于各种生产领域，为工业化进程提供了强有力的支持。
然而，电解槽内衬的早期破损问题却时常困扰着生产过程。
内衬的破损往往会导致设备的性能下降，甚至停机维修，从而增加企业的维护成本。
因此，解决电解槽内衬早期破损问题，对于提高设备运行效率、降低维护成本具有重要意义。
1.电解槽内衬破损问题概述电解槽内衬破损问题是一个复杂的问题，涉及到多个因素。
电解槽是化工生产中的重要设备之一，其内衬材料通常由耐腐蚀、耐高温的陶瓷或合金制成。
在生产过程中，由于受到高温、高压、腐蚀等因素的影响，电解槽内衬容易发生破损。
电解槽内衬破损会导致多种问题。
首先，它会降低设备的生产效率，因为破损会导致电解液泄漏，使得生产过程中断。
其次，内衬破损还会增加企业的维护成本，因为需要定期检查和修复设备。
此外，如果内衬破损严重，还可能导致安全事故，对员工和工厂安全构成威胁。
电解槽内衬破损问题的原因有很多。
其中，设备材料质量不好、设备安装不当、生产操作不当、设备长时间使用等是最常见的因素。
因此，为了解决这个问题，需要从多个方面入手，包括选用高质量的内衬材料、规范设备安装和生产操作、定期检查和维护设备等。
浅谈铝电解槽的破损及维修
浅谈铝电解槽的破损及维修【摘要】在电解铝生产实践过程中由于电解槽侧部散热不良、槽炉帮形成不好等一系列问题，使得电解槽侧部破损，从而降低电解槽的使用寿命。
本文对电解槽的破损原因进行了归纳分析，并提出了电解槽破损的检查与维修方法。
【关键词】铝电解槽；阴极内衬；破损；维护1、铝电解槽常见破损形式及原因通常所说的电解槽的破损是指其阴极内衬的破损，铝电解槽的阴极内衬使用期不到1年，称为早期破损。
槽内铝液中的铁含量连续增加，一般情况下，是槽底部阴极钢棒受铝液侵蚀熔化所致，往往是阴极炭块破损的征兆。
当铝液中的铁含量连续超过1%时，表示阴极炭块已发生严重破损。
电解槽阴极内衬破损可归纳为如下几种形式：1.1阴极炭块及保温绝热结构的变异阴极内衬的变异主要有：阴极炭块发生变形—膨胀、隆起、裂开或有冲蚀坑穴；炭块之间的炭糊接缝发生裂纹，其中侵渍着碳化铝、电解质和铝；炭块中的钢棒弯曲变形，一部分被铝熔解侵蚀，形成亮晶晶的铝铁合金；炭块下而的耐火砖层局部变质，向上隆起，呈凸棱镜状；侧部炭块受到侵蚀，其中渗透着铝和电解质，体积膨胀；槽壳变形，侧壁向外鼓出，四角上抬，底部呈船形。
阴极内衬的变异，一般是从焙烧启动期开始。
由于水分和挥发成分自下而上冒出，并由于炭缝体积收缩，填充在炭块之间的“炭糊”便与炭块分离，形成裂纹。
加入电解质开始电解之后，组织也开始酥松，给电解质和铝液的侵入创造了条件。
侵入炭块和炭缝中的铝液，继续向下渗透，直到炭块下而并淤积在那里。
NaF成分是阴极界而上的表而活性物质，它首先入侵，故在炭块下而发现柱状结晶的氟化钠。
侵入炭块下的电解质和钠还同耐火砖层发生化学作用，使其变质而体积胀大。
一旦铝侵入阴极钢棒区，则铁被熔解。
由于钠、电解质和铝先后侵入阴极内衬中，引起炭块和耐火层体积膨胀，于是炭块向上隆起。
在电解槽启动后6个月内，隆起高度不超过2cm，以后则逐渐增大，在36个月内达到10cm，以后趋于稳定。
当炭块隆起增大时，会引起电流偏流和电压降增大，铝的纯度降低，槽膛有效深度减小，造成电解槽操作困难，甚至停槽。
浅析对大型电解槽破损原因及延长槽寿命问题分析
浅析对大型电解槽破损原因及延长槽寿命问题分析摘要：我国大中型铝电解槽相对寿命低于国外先进国家同类型铝电解槽，其一般寿命比国外先进铝电解槽少近1000天。
因此，我国的整体水平与国外相比有较大差距。
随着电解铝工业的技术发展，电解槽槽型越来越大，槽壳的尺寸也随之增大，使得大型电解槽槽壳的成本增加，维护难度加大，破损后造成损失也较大。
因此，了解槽壳变形和损坏的原因，掌握维护方法，实施最佳维护方法，对电解铝企业的顺利生产和延长槽的使用寿命至关重要。
关键词：大型电解槽；造成损害的原因；延长；槽寿命；槽问题研究前言众所周知，槽寿命是现代铝电解生产技术水平高低的关键，对企业的经济效益和社会效益有着直接的影响。
国产电解槽的使用寿命多在1200天左右，而个别铝厂电解槽的使用寿命甚至不足1000天，这在一定程度上对企业的发展有明显的阻碍。
因此，有必要对大型电解槽进行细致的研究和分析，识别电解槽的类型和特性，从而进一步延长电解槽的使用寿命。
1电解槽破损原因及特点分析1.1电解槽损坏原因早期电解槽的损坏因素包括：设计因素，内衬材料质量因素，筑炉质量因素，焙烧启动与后期的管理质量因素。
根据电解槽破坏因素的实际比例，可以看出，设计因素占10%，内衬材料质量因素和炉质量因素各占20%，焙烧启动与后期的管理质量因素占50%。
为了确保槽的使用寿命得到改善，我们必须从源头开始，并严格控制每个节点。
1.1.1设计因素注重设计的科学合理性，弹性槽壳对内衬砌材料的膨胀具有应力缓冲作用，并有效地限制了膨胀。
该涂层材料能吸收烘烤时阴极膨胀产生的分压，防止阴极扎固的碳缝破损或分层等问题。
1.1.2内衬材料的质量因素阴极碳块的质量比较差，在启动焙烧时容易发生阴极碳块的隆起或折断。
如果质量达不到标准，则会导致剥落、起层情况出现，甚至会出现裂缝问题。
如果隔热砖的隔热性能不好，则炉底温度相对较高，其电解质等相应温凝固线会逐渐上移到碳块上，促使碳块被破坏。
浅谈铝电解槽改造以及内衬破损原因
浅谈铝电解槽改造以及内衬破损原因【摘要】本文首先对现今铝电解槽的使用和改造情况进行了基本概述，随后就电解槽改造途径进行了相关探讨，最后对技改电解槽典型的内衬破损状况和原因给予了一定的分析。
【关键词】铝电解槽;改造途径;破损原因0.引言现代铝电解槽改造从哪些方面着手，早期破损槽中存在的设计、施工质量、焙烧启动等问题，可以给改造的过程指引一个方向，这一直是我们关注的重点。
所以要认真探索电解槽改造途径，进而有效实现延长槽寿命达到节能减排，增加效益的目的。
1.铝电解槽现状二十世纪八十年代，因为国家提出的“优先发展铝”方针，使我国的电解铝工业得到了迅猛的发展。
2000年，全国电解铝厂约130家，相当于世界其它所有国家的电解铝厂数量。
2007年，我国电解铝产量已达到1318万吨，居世界首位，同时，电解铝技术取得了很大的突破。
在大型预焙阳极电解槽的设计、制造和生产技术等领域有了自身的大型铝电解技术体系，目前300KA至400KA以上的铝电解槽技术已经成熟，达到国际先进水平，得到了普遍的应用。
大型铝电解槽投入生产，紧随而来的是而关于电解槽寿命问题，在160KA 电解槽时期，整体槽寿命就比国外电解槽寿命短，如今该难题尚且存在。
铝电解生产中，影响铝电解槽寿命的原因无非就是以下几点：即结构设计，槽内衬材料，筑炉和施工质量的问题，也有焙烧启动的方式、方法问题，更有电解槽早期管理和工艺要求问题。
上述各个环节以及在此过程中的优劣，都会对槽寿命造成重大影响。
多年前，我国电解铝厂从国外引进了铝电解槽焦粒焙烧干法启动技术，将落后的铝液焙烧技术取代了。
虽然焦粒焙烧并不是我国的知识产权技术，但是对于我国的电解铝厂而言应该算得上是技术上的进步。
此外，应用铝电解槽焙烧技术，槽寿命并无显著提高。
最早使用焦粒焙烧技术的是白银铝厂，而电解槽的寿命海上徘徊在1500天左右。
这样不难看出，就目前国内电解铝厂而言，单单用焦粒焙烧干法来启动的方式，想达到提高铝电解槽的寿命的要求是不太现实的。
电解槽破损分析
电解槽破损形式及原因一、电解槽破损形式电解槽破损主要是由阴极内衬破损和侧部炭块破损组成，其破损形式有阴极炭块隆起断裂、阴极冲蚀坑和侧部氧化脱落。
1、阴极炭块隆起断裂阴极炭块在生产一段时间后，上抬隆起，整个阴极面呈中间高，四周低的情况，致使阴极钢棒弯曲变形，槽沿钢板向外伸展。
炉底隆起长时间会出现阴极炭块断裂，铝液顺裂缝渗入底部，熔化阴极钢棒，造成漏炉。
图5-19给岀了炉底隆起造成阴极断裂的示意图。
根据阴极钢棒的组装形式不同，炉底隆起程度不同，特别是通方钢组装（见图5-20），钢棒承担应力较大，炉底隆起后阴极钢棒顺势弯曲，造成阴极炭块和钢棒脱离，甚至阴极炭块内部层脱。
随着近年来的发展，阴极组装钢棒都改成了短钢棒组装，对阴极寿命会起到一定的作用。
炉底隆起断裂的原因主要是热膨胀和钠对碳阴极的渗透引起的体积膨胀，这种膨胀力远大于从室温至I000℃的膨胀力，钠直接在阴极内衬下产生反应的结晶张力将导致槽壳的变形及阴极炭块上移。
2、阴极冲蚀坑这是预焙槽上的一种特殊破损形式。
由于磁场推动铝液冲涮的作用，在槽底形成冲蚀坑穴，冲蚀坑穴大部分出现进电端，这是因为立柱母线和槽底母线磁场作用铝液流速增加，消磨阴极造成。
冲蚀坑表面磨得很光滑，覆盖有一层白色氧化铝固体。
当坑穴逐渐向下穿透炭块时，铝液熔化阴极钢棒，从而造成漏炉。
有两种形式的坑穴，一种是面积较大的，存在形式基本对应每个立柱母线都会有此现象，坑穴深度约为10cm以上。
随着坑穴深度的增加，铝液冲刷阴极炭块逐渐变薄，一旦突破阴极炭块，阴极钢棒熔化。
另一种是局部小冲蚀坑，或者称为冲蚀洞，呈不规则的圆形，是阴极炭块质量问题形成的铝液通道，这种冲蚀洞破坏性比较大，会造成多组阴极钢棒熔化，引发漏炉事故。
3、侧部破损侧部在以前是采用纯炭块砌筑的。
现在是碳氮化硅块或者碳-氮化硅组合块砌筑。
电解槽运行过程中，侧部因受空气氧化、化学腐蚀、边部开口捞渣作业的破坏，致使侧部物质氧化消耗或物理破坏脱落落入槽内，图5-23为侧部破损前后对比。
电解槽破损原因及破损槽运行措施
电解槽破损原因及破损槽运行措施引起电解槽早期破损的因素主要四方面，一是设计原因，二是内衬材料质量，三是筑炉质量，四是焙烧启动及后期管理质量。
按引起电解槽破损原因分，设计原因的占10%，材料质量占20%，筑炉质量占20%，焙烧启动及后期管理质量占50%，提高槽寿命，必须从这四方面入手，控制好每个环节。
一、设计对电解槽寿命的影响设计合理，弹性槽壳可缓冲内衬材料膨胀产生的应力，同时限制其自由膨胀。
内衬材料能吸收焙烧启动期间阴极膨胀产生的部分应力，避免阴极扎固碳缝起层、断裂。
二、内衬材料质量对电解槽寿命的影响阴极碳块质量差，焙烧启动期间阴极碳块容易折断或隆起。
糊料质量不合格，会出现起层，剥落，产生裂缝。
防渗料不合格，电解质或铝液向下渗透时形不成阻断层，造成早期破损。
保温砖保温性能不好，致使炉底温度高，电解质等温凝固线上移至碳块中，造成对碳块的破坏。
因此确保内衬材质量是提高槽寿命关键因素之一。
三、筑炉质量对电解槽寿命的影响碳块、糊料、钢棒等温度控制不好，没有严格按筑炉工艺施工，会使碳块压接压降差别很大，电流会向压降低的阴极集中，导致阴极钢棒温度高，膨胀加剧，很容易折断阴极碳块。
筑炉时带入水分过多，人造伸腿扎固质量差，都会在焙烧期间会形成很多的通道，电解质会沿通道向下渗透。
筑炉时内衬材料表面不水平，焙烧启动期间阴极各部分承受应力会不一样，很容易破坏阴极内衬，导致早期破损。
四、焙烧启动质量对槽寿命的影响焙烧期间，阳极电流分布不均会引起阴极表面温度有较大的差距，如果调整不及时，会形成恶性循环，导电多阳极导电越来越多，对应的阴极导电必然多，产生阴极局部温度过高，阴极碳块易产生裂缝，产生铝液通道。
启动期间，如果温度过高，渗透到阴极裂缝中的电解质不会凝固，利用电解质弥补阴极缺陷的可能性减小，导致阴极破损的可能性增加。
五、破损槽的维护措施1、确认破损的位置通过测量阴极电流分布，记录导电多的方钢位置，通过测量阴极钢棒温度，记录温度高于300度的方钢位置，通过测量炉底钢板温度，记录温度高于100度的区域，然后用铁钩检查阴极方钢温度高对应阴极区域、炉底温度高区域。
铝电解槽的破损及维修分析
铝电解槽的破损及维修分析摘要：铝电解槽是电解铝生产的重要设备。
其运行状态良好程度，寿命长短，直接关系到电解铝生产的质量和产量，同时也对电解铝生产的成本有很大影响。
铝电解槽经多年使用，运行周期较长，电解槽槽壳变形、破损严重，需进行大修。
铝电解槽破损会影响到实际的应用效果，本文主要分析铝电解槽的破损以及维修的方法。
关键词：铝电解槽；破损；维修.电解槽破损鉴定在停电过程中，需要对电解槽的破损进行鉴定。
电解槽的破损主要是由于槽侧部的炭块过度损耗或人为因素造成破坏未及时处理造成的。
其主要的破损形式有以下两种：一是侧部伸腿的过度损耗导致电解质与铝液从阴极钢棒处渗漏。
二是侧部炉帮发红导致侧部击穿渗漏电解质。
引起这种现象的原因主要有空气对侧部炭块的氧化和炉帮的形成不良，使高温和强腐蚀的电解质溶液直接对侧部炭块的冲刷和侵蚀。
.小修。
一是阴极炭块在电、热、磁等共同作用下会时常出现碳内衬中的热膨胀、钠膨胀，阴极断裂、冲蚀、剥层，以及碳内衬下部各渗透物渐渐填充的现象等，这些都造成了阴极炭块的隆起。
如果隆起在50mm以下，凹坑在80mm以下无断裂时可定位小修。
二是侧部内衬两小面仍可见炭块的轮廓，大面伸腿以上受到不同程度破损和侵蚀，但如若侧部炭块破损不至于见到钢板则不需更换。
经过干刨伸腿的局部都有横向裂纹，但整体形状规整。
按照我公司多台小修槽启动后发现钢棒发红、漏铝比值是2.46%。
三是对槽内没脱落的阴流块要严格检查，因为它和电解槽的使用寿命有直接的联系。
中修。
更换1～14块破损严重的阴极炭块，若一块阴极炭块破损50%以上低于其他阴极炭块表面120mm以上的话，则给予更换。
大修。
阴极炭块拱起90mm以上、炉底钢板温度异常、表面破损严重裂纹较多。
铝电解槽破损分析铝电解槽发生破损的原因主要有三种，分别是：钠渗透。
铝电解槽内钠的含量应该处于平衡的状态，实际情况下钠含量偏低，钠向阴极扩散、渗透，最终形成了炭钠化合物，引起了炭阴极破损的问题，铝电解槽内的反应温度在400—1000℃中炭阴极发生破损的情况最为严重，之后温度升高破损情况减弱.电解质的渗透。
电解槽破损原因分析
本文针对我国大型铝电解槽寿命低于国外寿命的情况，从设计和生产工艺方面对造成电解槽破损的原因进行了分析，并在总结几年来提高槽寿命的措施和经验基础上，提出延长槽寿命的几点想法。
据报道，国外200KA以上大型预焙铝电解槽的平均寿命在5年（1800天）以上，法国彼施涅公司的180KA电解槽寿命达6-8年（2190-2920天），远远高于我国电解槽1500天的设计指标。
本文结合多年的生产实际对电解槽寿命问题进行探讨。
电解槽破损原因分析1.侧部破损电解槽侧部破损主要是由于侧部不易形成保护侧部炭块的炉帮，使熔融的电解质随着电解的进行渐渐地渗透于炭块中，而电解质中的钠离子又很容易与碳发生反应生产碳-钠中间化合物，引起侧部炭块疏松、分层，这就更加剧了侧部炭块被氧化和侵蚀的速度。
据资料报道，这种侵蚀速度使炭块每天约腐蚀掉1毫米，使得侧部炭块容易受到侵蚀磨损，引起槽壳局部过热，严重时槽壳会被烧红，甚至发生漏槽事故，导致停槽，缩短电解槽寿命。
据调查统计，影响电解槽侧部炉帮不易形成的原因主要是：（1）电解槽槽壳及槽壳与地面的空间设计不尽合理。
有关研究表明，电解槽侧部散热能力在槽壳温度基本恒定的情况下，决定于周围环境温度和空气流动情况。
虽然电解槽设计采用侧部散热型，即侧部只有一层碳化硅砖的结构，目的是保证在电解槽四周形成自然炉帮。
然而，我国绝大多数200KA、300KA电解槽槽壳仍采用了传统带二翼板的结构，并且槽壳与地面的距离较短，不利于散热通风，严重影响侧部炉帮的形成。
这样不仅缩短了电解槽的寿命，而且还增加了不必要的大修费用。
（2）使用的氧化铝原料质量不均匀及打料系统缺陷，造成效应受控率低。
各厂使用的氧化铝产地和体积密度均不同，导致电解槽实际接受的氧化铝料量不均匀，造成电解槽炉底沉淀多，或是电解槽打料系统故障等原因，阳极效应受控率较低，效应系数高，导致槽温在短时间内骤然上升30℃-40℃，实践表明，槽温升高越多，恢复到正常生产温度所需时间越长。
破损槽管理办法[1]
![破损槽管理办法[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/0c227a0516fc700abb68fc25.png)
破损电解槽的管理规定为延长槽寿命，降低生产运营成本，规范对破损槽的管理，特规定如下：一、破损槽管理1、电解槽破损的认定（1）、电解槽原铝Fe含量电解槽破损的迹象是电解槽铁含量升高，正常槽Fe含量一般小于0.08%，如果电解槽正常生产没有熔化阳极钢爪，又无铁工具和等外铝加入，也没有脏料入槽，原铝中铁含量突然升高，并逐日增高，可以初步判断电解槽炉底开始破损，高温熔融的电解质和铝液已渗透到破损炭块缝隙中，开始熔化阴极钢棒，导致原铝中铁含量升高。
（2）、阴极电流分布情况生产中正常的电解槽，通过各阴极钢棒的电流基本是相同的。
但因阴极钢棒小母线设计的长度、软带层数是不一致的，测得阴极小母线的等距压降需经过设计系数调整。
对破损槽，由于炉底已形成铝液的通道，使该处局部电阻减少，通过的电流便增大，经过系数调整后该处电流偏大。
（3）、阴极钢棒头温度分布情况一般情况下，电解槽炉底结构基本是一致的，因此阴极棒头的散热面积和散热形式基本相同的，阴极棒头之间的表面温度相差不大，一般在15～25℃之间，而当某一阴极钢棒周围出现破损，形成铝液通道时，一方面使炉底与阴极棒之间的热量传递速度加快，另一方面使破损部位电流集中，导致阴极钢棒电流密度升高，使棒头产生的焦耳热明显增多。
使破损处的阴极棒温度升高。
由此确定该处有破损迹象。
2、破损槽的管理（1）、破损槽修补及维护首先要确定出破损部位、范围、和破损程度，以便采取相应措施。
检查方法是：根据电解槽炉膛宽度制作检查炉底的长铁钎，将长铁钎弯成40--60 cm（从液面上部可直接确定破损位置）的直角钩，将钩尖朝下阴极底部，按照底块和底缝排列的纵横顺序，在初步确定的破损部位逐渐钩探，寻找破损部位，根据多年的经验发现：破损部位由于电阻小通电多，此处炉底干净无沉淀，根据这个特征很容易找到破损部位。
在检查时由于每个人的感觉有一定差别，所以要多人检查感觉综合分析，防止个人行为。
且要做到仔细认真，用力均匀，避免用力过猛，恶化破损部位。
电解车间破损槽防范措施
电解车间破损电解槽维护措施
1、严格按照分公司和车间的要求各班安排专人进行各项数据的测量：
⑴每两小时测量一次各部位温度（钢棒、钢窗、炉底），变化异常每半小时测量一次，记录好测量人、班次、测量时间、记录人等；
⑵每两小时化验一次原铝质量；
⑶每班测量一次阴极电流分布；
⑷监控该槽的各项数据，并对异常部位进行及时的相应处理，对各项异常数据每2小时在车间QQ群平台公布一次；
2、工区调整该槽的技术参数，有意识的降低NB间隔，加大氟化盐投放量，降低分子比，降低设定电压，逐步提高铝水平，降低电解质水平，使该槽过热度偏低运行。
3、对阴极母线、软带及过桥母线采取保护措施；
4、加强对破损槽巡检力度，严格控制突发效应；
5、对发现的破损部位用镁砂、氧化铝饼等进行修补；
6、加强对漏炉事故应急预案和异常汇报制度的学习；
7、该槽前放置漏炉所需的应急物资，严禁任何人无故动用，各班进行交接班。
300kA铝电解预焙槽侧部破损原因及对策
・３４０・第五届铝电解专业委员会２００５年年会暨学术交流会论文集般原铝Ｓｉ含量在０．０３％左右，如果超过０．０５％我们就应该认为是该槽子炉帮形成不好，侧部碳块已经开始腐蚀，应尽快找准原因采取措施。
如果一个生产系列２００多台电解槽中，硅含量有５台以下硅含量达到或者是超过０．０５％，应从技术条件保持和操作质量中查找原因，采取措施控制，如果有１０２０台Ｓｉ含量超过０．０５％，那么我们就应该从设计角度查找原因【１］，炉帮局部发红也是电解槽侧部损坏的判定依据。
２．２电解槽侧部破损宏观现象在进行电解槽大修过程中发现，电解槽侧部炉（ａ）ｘｘ槽ｘ面ｘ位置破损情形３原因分析及对策帮形成不良或受损坏严重，侧部碳块人造伸腿上沿铝液、电解质液界面处腐蚀尤其严重，形成长条断裂空洞带。
由图１看出，电解槽侧部破损较严重，图１一ａ中电解质和铝液交界面深度腐蚀，上部碳化硅砖颜色变得粉红，形成向侧壁扩展腐蚀，说明此处铝液波动激烈，经常冲刷侧部碳化硅砖，受其影响，该冲刷腐蚀带的人造伸腿变小变矮，侧部碳块局部完全损坏。
图１相对说来形成较小的冲刷腐蚀，而且人造伸腿比较明显，但仍不能形成较好的炉帮，部分碳化硅砖甚至粉化掉渣，运行中炉帮经常发红。
图１电解槽侧部破损（ｂ）ｘｘ槽Ｘ面Ｘ位置破损情形３．１“炉帮”形成不良或易遭破损的原因从对停槽大修的电解槽炉膛解剖，特别是正常生产中炉帮不良的槽子看。
侧部碳块直接和电解质溶液接触，有的地方还粘少许酥状的电解质固体，Ｓｉ３Ｎ４一ＳｉＣ侧砖已经粉化，沿铝液面的炉膛明显有深的冲刷条沟。
有的侧部裸露部分已经形成粉末状物，对于炉帮形成不良或形成的炉帮易遭破损的原因主要为：（１）电解槽预热启动影响电解槽预热启动期，升、降温曲线梯度时间控制得不好，分子比低或技术条件组合失误，导致电解槽初期没有形成良好的坚固的炉帮，因为早期坚实基础炉帮的建立对后期正常生产、炉帮的维护起到重要的保障作用。
（２）生产技术条件对侧部炉帮的影响对炉帮损毁的因素很多，在生产中主要反映为电解质温度、溶液流速和槽的管理操作等，当较长时间效应、病槽、或其他原因造成槽温过高，电解质温度高于炉帮形成时的初晶温度后，导致侧部上１：Ｉ炉帮过空，伸腿化小化软，沉淀增多，铝液流速加快，摆动幅度加大，对炉帮冲刷加剧。
300kA铝电解槽阴极破损机理研究
收稿日期:2006 06 27基金项目:国家自然科学基金资助项目(50304033);辽宁省博士启动基金资助项目(20041010)作者简介:任必军(1968-),男,河南沁阳人,东北大学博士研究生;邱竹贤(1921-2006),男,江苏海门人,东北大学教授,博士生导师,中国工程院院士第28卷第6期2007年6月东北大学学报(自然科学版)Journal of Northeastern U niversity(Natural Science)Vol 28,No.6Jun.2007300kA 铝电解槽阴极破损机理研究任必军,石忠宁,刘世英,邱竹贤(东北大学材料与冶金学院,辽宁沈阳 110004)摘 要:研究了300kA 大型铝电解预焙槽的阴极破损机理,电解槽停止运行后通过干法剖炉,现场取样分析与观测,研究阴极炭块破损现象,阴极炭块发生断裂、漏眼,表面存在腐蚀坑 由钠渗透、阴极生成碳化铝、电毛细现象、铝和电解质等向阴极炭块缝隙渗透是造成阴极膨胀开裂的原因 分析了影响槽寿命的因素,认为提高阴极质量,加强电解槽启动初期管理,并通过采用石墨化阴极等新材料新技术,不但可降低炉底压降,形成完好的炉帮,而且有效地提高槽寿命 关 键 词:铝电解;阴极;炭块;破损机理中图分类号:T F 821 文献标识码:A 文章编号:1005 3026(2007)06 0843 04Deterioration Mechanism of Cathode in 300kA Prebaked Anode Aluminum Reduction CellsREN Bi j un ,SHI Zhong ning ,LI U Shi ying,QI U Zhu x ian(School of M ater ials &M etallurgy,Nor theastern U niversity,Shenyang 110004,China.Correspondent :REN Bi jun,E mail:r enbijun @)Abstract:The deterioration mechanism of a 300kA large scale prebaked aluminum reduction cell w as studied.After a shutdow n,the cell was dissected dryly for sampling analysis and observation,then the deterioration of carbonized cathode w as investigated,such as breakage,leaks and surface corrosion pits.It w as revealed that the causes of cathode 's expansion cracking are mainly the sodium penetration,Al 4C 3formed on cathode surface,electrocapillarity and electrolyte penetration into cathode gaps.Discusses the influencing factors on the serv ice life of the cells w ere carried out.T o leng then the service life of the reduction cell,the follow ing measures are reg arded as efficient and sugg ested to take:im proving the quality of carbonized cathode,strengthening the management of electrolysis cell from the very beg inning and introducing such new ly developed m aterials and technolog ies as the graphitized cathode.In this w ay the voltage drop on cell bottom can be decreased so as to maintain well the cell w all.Key words:aluminum electrolysis;cathode;carbon block;deterioration mechanism 目前铝电解工业的电解槽容量越来越大,2001年开始,电流为300kA 的大型铝电解槽陆续在河南、山东、山西等省份得到推广应用[1] 随着大容量电解槽技术的不断进步,其综合指标均表现不俗,不但产能高,而且一些电解槽电流效率达到94 5%以上,直流电耗13000kWh/t [2-3]但是,我国大型预焙槽的寿命较短,原因主要是新建厂经验不足,工期较紧、匆忙上阵,材料采购、筑炉与生产管理不到位等所致 电解槽开动一年半之内,因阴极内衬破损而停槽大修称为早期破损 文献[4]指出我国电解槽阴极内衬破损、电解质渗漏和渗透的类型可分为侧部漏铝、侧部漏电解质、钢棒孔漏铝、钢棒孔漏电解质、底部漏铝、底部漏电解质、槽壳侧部发红、槽壳底部发红、严重熔化钢棒、侧部炭块上抬等10种类型电解槽渗漏的主要原因是由于炭衬材质、施工质量及焙烧启动和早期生产温度不合理等,其中焙烧启动和生产时温度剧烈波动是早期破损的导火线 使用寿命较长(大于2500d)的电解槽,一般都是筑炉材料和筑炉质量好;焙烧启动冲击电压低;焙烧温度均匀;正常生产电解质温度波动较小;电解槽运行平稳 停槽后,剖炉分析发现阴极炭块底部渗透虽多,阴极内衬上抬较平缓,阴极内衬断裂较小1 剖炉试验1.1 阴极炭块表面和横断面破损情形对某铝厂4台电解槽进行干法剖炉研究,通过观察发现某槽的阴极表面破损较严重,有漏眼、裂缝、冲蚀坑和隆起区域 最长的横向裂纹由第四块阴极延伸到第十四块,裂纹宽度约为3~5mm 第八、九块阴极的纵向裂纹深度约为20cm 但是在第五、六块阴极位置间有一漏眼,其长约40cm,宽约13cm 这是该电解槽漏槽的主要原因 图1中阴极表面有较多腐蚀坑,其产生原因有两个: 沉降到炉底的氧化铝在流场作用下长期冲刷阴极表面造成;!铝和碳生成的Al 4C 3在铝液和熔盐中留下的[5]300kA 槽阴极隆起变形较小 但也可以看到由于材料质量问题导致阴极表面裂纹严重,如图1左上角贴图图1 干法刨炉后的铝电解槽阴极表面Fig.1 An ichnogr aphy of the cathode surfaceafter dry di ss ection从阴极剖炉断面可以看出,有黄色的碳化铝生成,如图2所示,由于电解槽破损程度不同,阴极底面不同程度存在电解质等渗透物质 从图2中可以看出,阴极钢棒变形较小 个别部位人造伸腿处有铝液渗透现象,但大部分没有渗透物质存在,从侧部碳化硅背面可看到有电解质渗透现象 炉底保温砖和防渗料下面有电解质和铝液渗透现象发生,这也解释了电解槽焙烧启动和正常生产过程中有时会出现炉底钢板温度达到200∀,甚至400∀以上等问题总结大修情况可以看出,除个别阴极质量以外,阴极炉底较好,隆起变形较小;人造伸腿处渗漏情况不是太严重 阴极间缝处渗漏和碳化铝生成较为普遍,因而阴极炭块质量与间糊质量及筑炉质量对槽寿命非常重要图2 电解槽炉底横断面形状Fig.2 Cross section of cell bottom1.2 破损阴极炭块局部分析长期生产过程中,经常会出现阴极钢棒膨胀,炭内衬中钠膨胀、热膨胀、槽底上抬、断裂、冲蚀、磨损、剥层,以及炭内衬下部各种渗透物的逐渐充填等现象本研究通过纵向切开电解槽炉底,跟踪渗透物(多为电解质)渗透的踪迹,并由上至下在不同部位取样分析电解质与周围物质接触后反应的产物 渗透物大多是电解质,以Na 3AlF 6,Al 2O 3形式存在,也包含极少量的铝自阴极炭块以毛细现象或在炭间缝渗漏 如果渗透物中包含铝液,则铝液遇到钢棒时,熔化钢棒后生成铝铁合金,图3为图2中漏眼下方被严重腐蚀的阴极钢棒,有的生成黑色不规则针状铝硅铁合金,XRD 分析表明存在AlSiFe,Al 13Fe 4,Fe 3Al 等相图3 被铝液和电解质腐蚀后的阴极钢棒Fig.3 Steel bar corr oded by li qui d alum ini umand electr olyte渗漏物质中各层均发现NaF 的富集,可见钠渗透无处不在,对电解槽损坏很大 渗透物质和耐火砖反应腐蚀,生成NaF 、霞石、 Al 2O 3、 Al 2O 3和Al 4C 3等,即通常所说的灰白层和玻璃状化合物,文献[6]对其作了相关研究 图4所示为图2中漏眼下方的保温砖被渗透物腐蚀后的变化情况844东北大学学报(自然科学版) 第28卷图4 被电解质腐蚀的保温层Fig.4 Insulation layer corroded by electrol yte对图4中不同部位取样进行X 射线衍射分析,其相应物相组成如下:A:Na 3AlF 6+Na 6Al 6Si 10O 32,B:Na 7Al 7Si 9O 32+NaF+NaAlSiO 4,C:Na 7Al 7Si 9O 32+NaF+NaAlSiO 4,D:Na 3AlF 6+Na 6Al 6Si 10O 32+CaF 2+NaF,E:Na 3AlF 6+Na 6Al 6Si 10O 32+NaF+CaF 2+NaAlSiO 4,F:Na 3AlF 6+Na 6Al 6Si 10O 32+NaF+SiO 2,G:Na 3AlF 6+Na 6Al 6Si 10O 32+NaF +SiO 2+Na 6KAl 7Si 9O 322 结果与讨论2.1 电解槽阴极破损机理分析图5是工业铝电解槽阴极系统中的电化学反应示意图,其反应包括析出铝和钠,以及生成碳化铝 下面分别阐述几种阴极破损的方式(1)碳化铝腐蚀正常生产过程中,在阴极表面生成碳化铝:4Al(l)+3C(s)Al 4C 3(s)在950∀时, G T =-149kJ/mol 有冰晶石熔体存在时对上述反应起到催化作用:12Na(g)+3C(s)+4Na 3AlF 6(l)Al 4C 3(s)+24NaF(l)碳化铝覆盖于炭阴极上,使阴极电压增大 XRD 分析发现废旧阴极中含有NaF,Al 4C 3,Na 3AlF 6,Al 2O 3和Na 2O 11Al 2O 3底部破损偶然发生在以下情形,即生成碳化铝而形成冲蚀坑 在金属中碳化物有一个缓慢的溶解过程伴随着冲蚀坑穴的形成,铝与阴极钢棒越来越接近,加速了碳化铝的生成和进一步的溶解生成的碳化物发生在电解槽底部的沉淀中,或在侧部没有凝固电解质保护的地方,任何溶解的碳化铝都将被阳极表面产生的CO 2所氧化图5 炭阴极中的电化学反应Fig.5 Electrochemical reacti on nearcarboni z ed cathode(2)钠渗透槽底破损的主要原因是由于吸收钠和电解质产生的各种反应而致,底部内衬破损的主要信号是炭块的破裂或氟化物粗大晶体的长大,产生破裂的力主要是电解槽启动初期渗透结晶膨胀、钠和电解质反应,发生钠吸收:3Na(g)+Na 3AlF 6(l)6NaF(s)+Al(l),4Na 3AlF 6(l)+12Na(g )+3O 2(g)2Al 2O 3(s)+24NaF(l)钠与渗透的电解质发生反应,较高分子比的电解质渗透在充满孔洞后或毛细管被结晶堵死后停止:22Na 3AlF 6(l)+68Na(g)+17O 2(g)Na 2O 11Al 2O 3(s)+132NaF(l)Na 与C 生成钠-碳嵌入化合物而发生体积变大,也直接导致膨胀断裂:32C(s)+Na(g)C 32Na(s),4Na(g)+3O 2(g)+2C(g)2Na 2CO 3(s)(3)空气渗入使内衬氧化破损由于钢窗口密封不严,空气进入内衬;直接在阴极内衬下产生钠-碳-空气的反应,导致内衬破损:2Na(g )+2C(s)+N 2(g)2NaCN(l),2Na 3AlF 6(l)+N 2(g )+6Na(g)12NaF(l)+2AlN(s),2Na(g )+1/2O 2(g)+11Al 2O 3(s)Na 2O 11Al 2O 3(s)(4)电解质渗漏,下部耐火砖受熔体侵蚀8Na 3AlF 6(l)+3(3Al 2O 3 2SiO 2)(s)6SiF 4#+24NaF(s)+13Al 2O 3(l),8Na(g)+5(3Al 2O 3 2SiO 2)(s)8NaAlSiO 4(s)+2Si(s)+11Al 2O 3(s) (5)电解质渗漏使钢棒熔化(如图3) Al(l)+3Fe(s)AlFe 3(s),845第6期 任必军等:300kA 铝电解槽阴极破损机理研究3Na(g)+Na 3AlF 6(l)+3Fe(s)AlFe 3(s)+6NaF(s),4Al(l)+3SiO 2(s)2Al 2O 3(s)+3Si(l),Al(l)+Si(l)+Fe(s)AlSiFe(s)电解质和钠与阴极钢棒接触时,Na 3AlF 6(l)+3NaF(l)+3Fe(s)AlFe 3(s)+6NaF(l)2.2 阴极炭块特性与阳极寿命关系从无烟煤炭块到半石墨质炭块、半石墨化炭块、石墨化炭块,其煅烧温度由1200∀不断提高到2300∀ 而随着煅烧温度的提高,阴极炭块的孔隙度、热膨胀系数、电导率等性能均得到提高,由热膨胀引起阴极断裂的几率减小[7-8]文献[9]以大量图例,证实阴极选择的原则,阴极的寿命决定了槽内衬的可靠性,获得一个好的阴极寿命,槽内衬必须能有效地阻碍氟化盐液体渗透造成的剥蚀以及钠膨胀的侵蚀 图6说明不同的阴极焙烧温度对阴极膨胀差距很大 图6证明全石墨化阴极较半石墨质阴极可以有效地抵御钠膨胀,随着槽龄增长变化不大 同时可以看到,不同质量的阴极炭块理化指标相差较大,也可以解释很多铝厂一些电解槽阴极早期破损的原因,虽然理化指标达到了标准,但是槽寿命多者1000d,少者仅几百天,甚至几个小时,主要原因就是因为开口度较大,由于钠膨胀造成阴极炭块裂缝,铝液及电解质大量渗透、堆积,从而造成阴极上抬、隆起,直至断裂图6 某厂半石墨质和全石墨化阴极电阻随槽龄变化情况[9]Fig.6 Cathodic resistance vs.cell age,comparingsem i graphitic with graphi tized cathodes铝用阴极炭块的发展趋势就是增大石墨化程度,提高抗钠侵蚀性、抗热震性、热导率等,为降低炉底压降、提高槽寿命、强化电流等经济运行打好基础3 结 论(1)铝电解槽启动初期,由于阴极炭块存在孔隙,加上电毛细渗透力的作用,钠离子向炭阴极中渗透,引起阴极炭块体积膨胀 同时,在阴极少量金属钠伴随铝同时还原析出,金属钠与碳生成钠-碳嵌入化合物C 32Na 而发生体积变大,也直接导致膨胀断裂(2)阴极上的金属铝和碳反应生成碳化铝,碳化铝在铝液和电解中均能发生溶解,留下腐蚀坑(3)未能及时溶解的氧化铝沉淀到阴极表面,形成炉底沉淀,该沉淀在磁流场的作用下长期不断冲刷阴极表面,在表面留下冲蚀坑(4)铝和电解质等向阴极炭间缝、边缝处渗透,腐蚀阴极底部的耐火材料、保温材料和钢棒也是造成阴极破损的原因之一 参考文献:[1]邱竹贤 预焙槽炼铝[M ] 北京:冶金工业出版社,2005:465-590(Qiu Zhu xian.Prebaked anode cell for aluminum electrolysis [M ].Beijing:M etall urgy In dustry Press,2005:465-590.)[2]Patel P,H yland M ,Hiltmann F.Influence of internal cathode structure on behavior during electrolysis.Part 3:wear bebavior i n graphitic materials [C ]∃Light M etals.W arrendale:M i n erals,M etals &M ateri als 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structure on behavior during electrol ysis.Part 2:porosity and w ear mechan i sms i n graphitized cathode material[C ]∃Light M etals.Warrendale:M inerals,M etals &M aterials Soc,2006:757-762.846东北大学学报(自然科学版) 第28卷。
电解槽的破损及维修分析
电解槽的破损及维修分析摘要：在进行电解铝的时候要使用电解槽，电解槽为电解铝的生产提供了一定的条件，但是在电解槽的使用过程中存在着散热不良的现象，这样就会导致电解铝出现破损的情况，从而导致电解槽的使用年限受到影响，也会使电解铝的质量下降。
电解槽的破损会使实际的使用情况受到影响。
本文对电解槽的破损进行了分析，从中找到维修的方式。
关键词：电解槽；破损；维修在使用电解槽的过程中，会出现破损的情况，要对其进行及时的维修，在进行维修之前要对电解槽破损的原因进行充分的掌握与了解，这样才可以对其进行维修处理工作，从而有效保障电解槽的可靠性与科学性，更好地满足电解铝的需求。
当电解槽出现破损情况的时候，会影响生产的效果，因此要对其进行及时的维修，从而使电解槽的基本结构得到有效的恢复，这样才可以使电解槽的具体应用得到充分的完善。
一、电解槽破损分析工作人员在使用电解槽的过程中会发生破损的情况，对破损的原因进行有效的分析，从分析中可以发现造成破损的原因主要分三种情况。
（1）渗透电解槽内钠的含量要处于平衡，但是在实际的情况中发现，钠的含量较少，同时钠出现了渗透的情况，使其最终成为了炭钠化合物，这样就会出现炭阴极破损的现象。
一般情况下，当电解槽内的温度达到400摄氏度到1000摄氏度之间，炭阴极出现破损的情况是十分严重的，当温度再度升高的时候，破损现象就会降低。
（2）电解质渗透。
阴极炭块材料的质量会对电解质的渗透量有一定的影响，当炭活性越大的时候，渗透量就会越大。
电解质渗透在电解槽破损是十分常见的一个现象，要对其进行格外的关注，在旧的电解槽中可以发现，电解质渗透会引起破损情况的发生。
（3）结构变异。
阴极炭块在工作的过程中会出现膨胀、分裂等情况，这样就会导致阴极内衬中出现破损变异，内衬是结构变异中十分常见的破损现象，在化学作用下，会使结构出现异常的情况，内衬炭块破损隆起后会使电解槽出现电压增强、过大等问题。
二、电解槽破损维修2.1检查破损位置在对电解槽破损位置进行检查的时候，首先要对其槽底进行深入的检查，工作人员要将尖头的铁杆放到电解槽的阴极处，对破损位置进行检查，主要是根据槽底缝隙的排列进行，最终对破损位置进行有效地确定工作，工作人员要将其进行记录。
电解槽破损原因及破损槽运行管理
电解槽破损原因及破损槽运行管理摘要：本文主要针对电解槽的破损原因与破损槽的运行管理进行综述分析，望能够为相关专家及学者对这一课题的深入研究提供有价值的参考依据。
关键词：电解槽；破损；原因；破损槽；运行管理；前言：铝电解槽，属于铝电解实际生产期间主要设备，国外的电解质平均寿命为7-8年左右，国内大型的预焙槽，通常会由于材料、设计、作业及运行管理等各方面因素所影响，电解质平均寿命为4-5年左右。
那么，为能更好地将电解质实际寿命延长，深入研究电解槽的破损原因与破损槽的运行管理尤为重要。
1、电解槽的破损原因及特征分析1.1电解槽的破损原因早期电解槽的破损因素包括：设计因素、内衬材料的质量因素、筑炉质量因素、焙烧启动与后期的管理质量因素。
依据电解槽遭到破坏因素实际比例可了解到，设计因素占比10%、内衬材料的质量因素与筑炉质量因素均各自占比20%、焙烧启动与后期的管理质量因素占比50%。
而若想确保槽的使用寿命得以提升，就应当从源头上着手，严控各个节点。
①设计因素注重设计的科学合理性，弹性槽壳对于内衬的材料膨胀所产生应力缓冲作用，对其膨胀予以有效地限制。
内衬材料，可吸收启动焙烧时阴极膨胀所产生部分应力，防止阴极扎固的碳缝出现断裂或起层等问题状况。
②内衬材料的质量因素阴极碳块的质量相对较差，启动焙烧时阴极碳块极易有隆起或折断情况出现。
糊料质量若不达标，则会导致剥落、起层情况出现，甚至会出现裂缝问题；保温砖的保温性能若不佳，则炉底部温度会相对较高，其电解质等相应温凝固线会逐渐上移到碳块上，促使碳块被破坏。
故而，保证内衬材料的质量，属于提升槽实际使用寿命关键点，需得到充分重视。
③筑炉质量因素若钢棒、糊料、碳块等温控不佳，并能严格依据筑炉工艺开展施工操作，则会导致碳块压的接压降差较大，电流会集中于向压降低阴极，促使阴极钢棒的温度过于高，加剧膨胀，极易导致阴极碳块被折断。
筑炉期间带入过多水分，人造的伸腿扎固是质量较低，均会导致焙烧时有较多通道形成，促使电解质逐渐沿着通道向下进行渗透。
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300kA系列电解槽阴极破损的现象、原因及对策张洪涛1,温铁军1,齐宁2,张万福2(1.河南豫港龙泉铝业公司,河南洛阳450041;2.沈阳铝镁设计研究院,辽宁沈阳110001)摘要:介绍了河南豫港龙泉铝业公司300kA预焙阳极电解槽大修刨炉时电解槽阴极的破损情况,简要分析了形成原因并有针对性的提出了解决的对策。
关键词:电解槽;破损;电流效率;结壳中图分类号:TF80 文献标识码:B 文章编号:10021752(2006)05004103Phenomena and causes of300kAreductioncell s damaged cathode lining and its countermeasuresZHANG Hong-tao1,WEN Tie-jun1,QI Ning2and ZHANG Wan-fu2(1.H enan Yugang L ongquan Aluminum Co.,L uoyang,H enan450041;2.Sheny angA luminum and M agnesium Engineer ing and Research Institute,Shenyang,L iaoning110001) Abstract:It presents the damaged conditi ons of300kA pre-baked anode reduction cel l s cathode lining in Henan Yugang Longquan Aluminum Co., and briefly analyzes the causes and puts forward the countermeasures.Key words:reduction cell;damage;current efficien cy;crust阴极破损是影响铝电解槽寿命最重要的原因之一,槽寿命的长短是衡量铝电解技术优劣的主要指标。
我国大多数电解槽的使用寿命为1500~1800天,多为阴极破损原因被迫停槽。
发达国家槽寿命平均为2500~3000天1!,停槽多为炉底压降高,因经济原因停槽。
河南豫港龙泉铝业公司300kA系列预焙阳极电解槽自2002年6月开始陆续投产,总体运行平稳,各项经济技术指标均达到设计水平,但目前极少数槽出现铝液中含铁量高,侧部温度高的现象,为防止突发性漏槽,剖析300kA电解槽内衬破损状况,掌握第一手资料,对今后即将到来的大修起指导作用,2005年3月108#、110#、202#、210 #槽停槽,并刨炉。
1 刨炉1.1 刨炉方式为更好地观察阴极破损情况,采用干法刨炉,首先抽取完电解质和铝液,并运走槽上部结构,让阴极内膛自然冷却。
清理阴极底块上表面残余铝渣和电解质后观察阴极内膛。
1.2 所停槽的简要数据如下表槽号通电时间冲击电压通电电流停槽时间槽龄108#2002年7月10日9时25分 5.34V298.1kA05年3月1日9时964天110#2002年7月08日9时40分 4.86V301.1kA05年3月1日9时966天202#2002年7月17日7时22分 5.8V300.8kA05年3月1日9时958天210#2002年7月11日9时40分 6.02V301.9kA05年3月1日9时963天412006年第5期 轻 金 属收稿日期:2005-05-302 阴极破损情况2.1 阴极内膛4台槽A、B大加工面阴极内膛侧壁结壳较少,槽端头小加工面侧壁结壳约50mm。
A、B大加工面在人造伸腿上沿,铝液与电解质液界面处,SiC-SiN 侧块腐蚀严重,形成断裂空洞带(见图1);四台槽阴极底块表面均有沉淀覆盖;108#槽阴极底块表面有一大冲蚀坑,坑长450m m,宽80mm,深200mm。
槽膛有数条横向裂缝,缝宽35mm。
底块表面隆起,最高处隆起92mm;110#槽有局部凹坑,有数条横向裂纹。
202#槽有局部浅凹坑。
210#槽有大面积凹坑,最深处105mm。
2.2 内衬破损现象108#槽阴极底块间缝和底块端头与浇注料接触面处有多处渗漏且渗铝较多,A5、B6阴极钢棒在浇注料中已熔断,A6、A7、A8、B7钢棒在底块中已大部分熔化并形成空洞和合金。
熔体在干式防渗料中形成不同成分的熔固体。
其中碳化铝层较厚,阴极底块向上隆起,熔体有三处已浸入保温砖层中(见图2)。
110#槽阴极底块间缝和底块端头与浇注料接触面处有多处渗漏,部分阴极钢棒有被浸蚀现象,阴极底块下熔固体在A23处渗漏至保温砖层中约0. 8m。
B4、A23阴极钢棒窗口处槽壳钢板局部烧穿, B8、B9阴极窗口处槽壳侧板、槽壳斜板大面积烧穿,铝水从槽壳和硅酸钙板漏入槽底硅酸钙板层中,形成大面积铝板层和网状铝层。
202#槽阴极底块间缝和底块端头与浇注料接触面处有少数几处渗漏。
部分阴极钢棒被腐蚀、有空洞,B8、B9阴极钢棒处槽侧板局部烧穿,铝液从槽壳与硅酸钙板中漏入槽底硅酸钙板层中,在B5、B6、B7、B8、B9处硅酸钙板中形成网状铝层,最长2100mm,宽1700mm。
210#槽阴极底块间缝和底块端头与浇注料接触面处渗漏几乎没有。
阴极底板下干式防渗料形成的结晶层较均匀,较薄,约100mm。
3 槽壳变形4台槽槽壳在A、B大面外凸变形均小于15mm,但在两端固定摇篮架与活动摇篮架大间距处,槽侧钢板均向外凸起,最大45mm。
4 形成原因根据刨炉状况、生产实践和相关理论研究表明,电解槽破损原因和现象不是孤立的而是互相制约、相互联系的。
图1Fig.1图2Fig.2∀从刨炉看侧部碳块破损严重,从人造伸腿上沿,铝液和电解质液两界面处形成长条断裂空洞,直至露出槽侧钢板。
4台槽均已小修更换过侧部碳块。
由于A、B加工面为300m m,电解质温度960#,分子比2.4,电解质在侧部碳块上不易结壳,此处碳块受两液面波动和旋流直接冲刷,腐蚀较快,加之侧部碳块渗氮层较薄,易部分粉化,侧部硅酸钙板受热易形成碎块,侧部漏铝就容易从槽壳与侧块及硅酸钙板的缝隙漏入阴极钢棒或槽底板。
∃阴极炭块质量,停炉的4台槽为两个厂家产品,其中一家炭素厂供应的两台槽阴极炭块一台破损,一台冲蚀情况明显多于其它两台槽,炭块质量问题不能排除。
%防渗料在焙烧时随炭块底部温度升高而产生物相变化,在伴有少量电解质的参与下形成一层致密的结壳层,能有效地阻止液体渗漏,但如在电解槽在焙烧启动时,温度过高,渗漏的电解质越多,结壳也越厚,挤压了干式防渗层的空间,减少了干式防渗层的可压缩性。
形成很大的膨胀力,对阴极炭块将产生巨大的应力,使炭块变形形成裂纹。
42张洪涛,温铁军,齐宁,张万福:300kA系列电解槽阴极破损的现象、原因及对策 2006年第5期&焙烧启动时期,炭块发生变异一是体积膨胀,二是进行石墨化2!,焙烧温度、时间不适宜,使阴极炭块温差过大,电流分布不匀,加剧钠和电解质铝液等的浸入,逐渐下渗产生膨胀。
∋焙烧温度控制不当也是引起漏槽的主要原因,侧部伸腿中热捣糊主要为沥青成分,焙烧温度在250#~300#时底糊仍然保持塑性,随温度升高至500#~1000#时,开始固化,引发收缩,收缩率0. 4%~1.0%之间3!,因此在焙烧预热阶段,要保持适宜温度,采用分子比2.8以上的电解质配料以形成高温、高分子比的炉帮和伸腿,保护人造伸腿。
焙烧时间也是影响阴极变化的重要原因,要保持80~ 96h的焙烧预热期,减缓对阴极的热冲击。
(形成沉淀的主要原因是由于正常生产过程中电解质水平偏低或铝水平偏高造成的。
因为电解质水平偏低,电解质的总量小,溶解氧化铝的量也相应的减少,因而下到电解槽中的氧化铝有一部分溶解不了而直接沉到槽底形成沉淀。
当铝液水平保持过高,铝量偏大,通过铝液散失的热量就大,会使槽底发冷,使槽底的沉淀硬化成结壳。
)阴极表面冲蚀、剥落不是阴极破损的主要因素,多为换阳极时捞沉淀形成的。
∗铁含量不是判定停槽的唯一依据。
四台槽的其中一台破损槽,从停槽前210天,铁含量上升超过0.2,至停槽前100天时达到最高0.76,以后均在0.3~0.6间徘徊。
所以运行半年多没发生漏炉。
要想在铁含量上升判断是否是漏槽,还须看阴极电流分布。
5 内衬设计及筑炉改进措施∀增加槽壳散热,在槽壳上焊接散热片,位置在两摇篮架之间,这样有利于形成结实的侧部结壳,保护侧部碳块。
∃槽内衬结构的改进+阴极炭块侧部改用防渗浇铸料,避免侧部发生渗漏时,铝液和电解质渗入阴极碳块内而造成的阴极破损。
,炭化硅结合氮化硅砖表面渗氮层刨炉观察仅15m m,因此侧部炭化硅结合氮化硅砖厚度选用90~100mm,(不主张采用复合碳砖),这样既易散热,以利炉帮形成又增强抗腐蚀性。
−取消钢棒间的保温砖,避免形成空间,渗漏铝液。
.阴极钢棒在浇铸料处包一层0.02mm厚的薄膜,预留钢棒膨胀间隙。
/选用合格的阴极炭块。
0保证扎糊质量尤其是炭间糊的扎固质量1伸腿压阴极炭块必需2cm以上。
6 结语提高电解槽寿命是系统的工程,与槽型结构、筑炉材料及质量、焙烧启动及工艺操作等有关,通过本次刨炉剖析,我们认为提高槽寿命应注意以下几点:∀严把筑炉质量关,注重材料选择;∃加强电解槽焙烧启动管理,焙烧时间80~96小时以上,科学控制升温曲线,及时处理偏流现象。
在启动时槽内必须有一定量的电解质液。
采用湿法无效应启动,避免炭块巨大的热冲击。
严格执行焙烧启动程序规程。
%正常生产期间要严格管理,尽量保持系列电流的稳定,注意保持合理稳定的技术参数,改进计算机控制技术。
参考文献:1!、2!邱竹贤.预焙槽炼铝M!.冶金工业出版社,2005,3.3!何允平、董民杰.铝电解寿命研究M!.东北工学院出版社,1991. 4!梁汉.三论电解槽槽底破损的早期定位监测J!.轻金属,2004,2, P24-273.(责任编辑 郝文儒)432006年第5期 轻 金 属。