电解槽寿命管理

相对误差
0.715497 0.689759 0.61827
Dmn 误差
0.208327 0.255606 0.24596
4
5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
1080
1099 1281 1366 1543 1565 1621 1671 1714 2562 2611 2672 3164
关于铝电解槽寿命的若干问题
中国铝业郑州研究院 干益人 刘凤琴
1
一、槽寿命的计算方法
采用算术平均值： 一批槽子
每年大修槽
2
二、停槽种类 因破损漏炉而被迫停槽 因生产技术经济指标不好而停槽
--应进行技术经济比较
因大修安排而停槽
--国外采用大修车间修理
3
槽寿命的经济性评价
槽令并非越长越好，由其经济性决定
54
⑹ 统一焙烧启动规程，严把焙烧 启动关：
⑺ 稳定槽操作，减少参数波动：
55
Thank you for your attention!
谢谢!
56
27
② 由于电解质渗透和长期使用，耐火和 保温材料性能改变，槽无法在正常条件下 运行。 槽侧块由于磨蚀和氧化等原因而逐步 损坏，造成测部漏炉。 材料质量和操作条件、设计是其决定因 素。
28
消灭非正常破损、降低早期破损 率、延长正常破损期是提高槽寿 命的关键。
29
五、影响槽寿命的因素
设计—磁、流动、热和应力场的合理化 施工质量和材料
10
三、槽破损的主要情况
侧部破损
底部破损
11
侧壁破损原因及措施
破损 原因 措施
侧壁腐蚀 无炉帮，形成碳化物 改变侧壁材质，热设 计，降低炉温及热波 动 侧壁磨损 无炉帮，流速过大 磁场改进，降低炉温 及热波动
侧壁氧化 阴极棒窗口密封不好， 充分覆盖，良好密封 侧壁内衬顶部覆盖不 严
侧壁与槽 最初由于侧部内衬氧 充分密封，避免启动 壳脱离 化生成间隙，槽壳变 使电解质溢出，增加 12
36
槽 寿 命 预 测 曲 线
37
支持向量机计算法预测槽寿命
适用于小样本数的模型计算方法
已用于化工冶金等领域
这是首次进行槽寿命的探索
38
1. 先作分类，取寿命大于4年的为 1类，小于4年的为2类。先后选用主成 分分析，判别矢量、球形映照、偏最 小二乘法作模式识别分析，其中球形 映照法结果最佳，最佳投影图分类结 果如下：从图可看出，在 1 类 2 类样本 完全分开。
八、槽寿命能否预测？
在工厂已有数据的基础上，有二种方法： 三参数韦伯方程－－从已破损槽的情况，推算 出其它槽寿命的分布规律。 支持向量机计算法－－确定影响槽寿命的主要 参数，根据现有槽的有关参数，预测该槽的寿命。
34
现有槽寿命分析与槽寿命预测
3500 3000 2500
寿命(天)
2000 1500 1000 500 0 0 50 100 150 破损量(%)
系列1 系列2
35
3 参数Weibull分布 F(t) = 1 – e F(t)—破损槽比例与时间t的关系 α —Weibull尺度参数 β —Weibull形状参数 θ —Weibull位置参数
-((t- θ )/α )β
t

平均寿命计算： μ = θ +[ α τ ( 1 + 1/β )] τ —Gamma函数
280-350kA
≥ 30% 半石墨质 / 石 墨化块 TiB2 复合/涂层 侧块 普通炭块 半石墨质炭块 半石墨质/化块 氮化硅结合碳化硅 复合块 侧砖 复合块 耐 火 耐 火 砖 / 优 耐火砖 / 优质干 普通/大块耐火砖（含 普 通 / 大 块 耐 火 砖 层 质干粉防渗 粉防渗料 SiO260-70%） （含 SiO2 60-70%） 料 防 渗 氧 化 铝 / 防 氧化铝 / 防渗料 氧化铝/蛭石砖 氧化铝/蛭石砖 层 渗料 /耐火颗粒 保 温 粘土保温砖、珍珠岩砖、硅藻土砖、硅酸钙板、石棉板、蛭石砖等，根据设 层 计选择和组合，达到等温线分布合理、散热量适中、经济性等目标 33
0.15746
0.131692 0.383468 0.027935 0.081033 0.239044 0.180328 0.067563 0.262988 0.050152 0.058541 0.072002 0.040926
0.066196
0.056337 0.191212 0.014854 0.04867 0.145622 0.113784 0.043946 0.175462 0.050016 0.059498 0.074889 0.050405
（有4个变量，构筑4维空间，图中只能显示三维空间）
48
支持向量机回归图－拟和图
49
支持向量机回归留一法预报
支持向量机回归留一法预报误报率18%。
50
数据表
No
1 2 3
原始数据
748 952 1022
预报数据
1283.192 1608.651 390.128
绝对误差
535.192 656.6509 631.8719
23
焙烧启动后期调整不符合要求：如降 温过快、短期达到正常生产条件等。 未能生成合理的炉帮和伸腿。 正常生产中，条件波动较大，无法维 持合理的炉帮、伸腿。
24
⑵ 早期破损— 一般指槽底破损(也包括侧部损坏)， 造成铝质量变坏，槽底上抬，槽底 压降升高。有时即使不漏炉也不能 不停槽。通常是指低于应达到槽令 的情况,一般在2年内。
21
⑴ 非正常破损 — 一般指开动后至 1 年之内的破损槽，其特点是漏炉部 位是侧块破损或捣固糊裂缝或损坏， 而槽底较完好。一般可采用中修的 方法继续使用。
22
造成非正常破损的原因主要有：
筑炉质量问题：如侧块未按要求与槽 壳连成整体，糊的质量及砸糊方法不 合格。
焙烧启动方法不合理：如焙烧温度不 均、启Baidu Nhomakorabea温度过高等。
25
主要原因是：槽设计，特别是热场 设计和阴极结构不合理；捣固糊和 阴极碳块质量不合格；槽操作有问 题，波动太大。
26
⑶
正常破损
正常破损是指槽内衬使用接近材料 使用周期，无法继续使用。 ① 阴极碳块钠渗透达到一定程度， 阴极性能发生改变。阴极压降迅速增 加，超过允许值。 电解质渗透到阴极下面过多，与耐火 材料反应生成灰白层，造成阴极块上 拱产生裂缝而漏炉。
4
槽寿命与吨铝大修费关系 1500
元/吨铝
1000 500 0 0 2 4 6 8 10 槽寿命(年) 系列1 系列2
5
因电流效率降低而增加的费用
吨铝增加费用(元/吨 铝)
300 200 100 0 0 1 2 3 4 5 电流效率降低(%)
6
槽电压上升与费用增加的关系 250
吨铝费用增加(元/吨铝)
⑵ 合理的阴极热设计：等温线分 布要合理；侧下部是否保温要根据实 际情况而定。
53
⑶ 材料的改变：采用硼化炭复合阴极， 降低钠渗透和阴极压降；侧部用氮化硅 粘结的炭化硅砖；高石墨质或石墨化阴 极块的采用，这主要针对大容量槽，在 热设计等方面尚需作大量的工作。 ⑷ 材料性能严格要求：按与国外接 轨的材料特性表来要求，不合格的不用。 ⑸ 严把施工质量关：
8
停槽大修的依据
－ 突发事件的可能性和造成的损失
－ 从历史预测值、槽令和条件看可能继续工作 的时间 － 不良槽况继续运行造成产能的损失 － 高铁金属所造成的损失 － 高阴极压降增加能耗 － 保持病槽运行，增加人工费用
9
－ 阴极隆起，如继续运行，阴极条件改变
－ 大修部门工作负荷变化
综合进行经济比较后，一些槽尚未破 损也要停槽大修
生成碳化铝， 磨损 阴极膨胀
减少裂缝
降低铝液流速， 控制沉淀 （同上）
15
16
17
18
米阴 宽极 的解 冲剖 蚀的 坑照 片 ， 米 长 和 厘
2 3-4
裂常 在 缝发 边 现缝 金 属或 和边 电缝 解与 质碳 深块 入界 内面 衬 的
(A) (B)
四、槽破损的分类
非正常破损— 一般在1年内， 早期破损— 2年内 正常破损
1250.057
1243.73 789.7771 1327.841 1417.967 1939.104 1913.311 1783.898 1263.239 2690.49 2458.15 2864.388 3034.51
170.0571
144.7296 491.2229 38.15869 125.0331 374.104 292.3113 112.8979 450.7614 128.4902 152.8501 192.3884 129.4897
启动温度是否越高越好？
焙烧期和后期调整的时间是否越长越好？
槽温是否越低越好？
32
附表一、各类容量槽子推荐的材料表 项 目 ＜100kA 100-160kA 160-220kA \ 槽 容量 阴 极 无烟煤 /10% 10-30% 半 石 墨 30%半石墨质块 碳块 半石墨质块 质块 TiB2 复合/涂层
200 150 100 50 0 0 50 100 150 200 250 槽电压上升(mV)
7
大修应考虑：
－ 直接费用 刨炉；废槽衬的堆放；槽壳摇篮架的修理、 更换费用；槽衬砌筑费用；槽安装、楼板和母线 的修理和更换。
－ 新阴极的电解质消耗
－ 焙烧和启动费用 － 停槽期的产能损失 － 可控期费用，它与筑炉费用成正比（研发，非 生产劳力）
39
L L(2)= +9.700E-2[ 温 度 波 动 ]+5.650E-2[ 阳 极 效 应 次 数 ]+2.259[ 分 子 ( 比]+0.541[启动次数]-7.923
L(1)= +0.619[温度波动]-0.213[阳极效应次数]+12.956[分子比]+0.562[启 动次数]-33.597
13
14
阴极破损现象及原因
破损 槽底隆起 原因 措施 钠 膨 胀 ， 灰 白 改变碳块材料， 层产生压力 增加底部软性 保温材料 碳块质量，热 膨胀力，槽底 隆起 生糊收缩 提高碳块质量， 阴极结构设计， （同上） 提高糊质量， 减少糊缝宽度
阴极碳块裂缝
捣固糊裂缝
槽底冲蚀坑
槽底腐蚀 槽底分层
局部电流集中
40
1.1分子比与寿命关系
分子比与寿命正相关，在一定范围内2.54-2.58之间，分子比越高，寿命越 长。
41
1.2 启动次数对寿命影响
启动次数越少，寿命越长。
42
3温度波动
43
效应系数的影响
中高两边低
44
铝水平波动的影响
45
阴极电流分布波动的影响
46
电解质温度波动的影响
47
应用支持向量机算法，数据点在多维空间的分布。
17
3317
3136.42
180.5801
0.054441
0.070292
51
国内现有提高预焙铝电解槽寿命的 技术和措施
国内现有提高预焙铝电解槽寿命 的措施是对症下药，也就是根据对现 有槽情况的分析结果，有针对性的采 取措施。目前主要有以下一些：
52
⑴ 改变阴极不合理结构：如增加伸 缩缝，改变侧部“圈樑”结构；加工 面宽度应根据有关情况通过试验而定， 不能照搬外国的数据。
槽壳的使用次数
焙烧启动和后期管理 正常生产管理 各项的重要性，各厂可能用数值表示，但无一个通用 的定值可表示。
30
六、几个关键点
一定要有侧部炉帮和合理的伸腿 阴极的热膨胀和吸钠膨胀缝
900C等温线要在炭块下、800C等温线要在 保温砖上
尽可能减少捣固糊的收缩缝
31
七、几个讨论的问题
槽加工面是否约窄约好？ 筑炉材料是否约高级越好？