综述铝电解槽焙烧启动期间影响槽寿命原因与对策

综述铝电解槽焙烧启动期间影响槽寿命的原因与对策摘要：针对电解槽焙烧启动期间造成铝电解槽破损的问题，我们从焙烧工艺和设备进行了不断探索，严抓筑炉和焙烧启动操作质量，进一步延长了电解槽槽寿命。

本文分析了焙烧期间阴极内衬破损的形式及其原因，在此基础上采取了相应的对策，为改善阴极内衬在焙烧启动期间破损的现象、延长铝电解槽槽寿命收到了良好的效果。

关键词：铝电解槽；焙烧启动；槽寿命；破损形式分析；对策1预焙铝电解槽焙烧的目的和要求
焙烧的目的：排除砌体水分，加热槽体；焦化炭块之间和阴极钢棒周围的糊料；使阴极接近或达到正常作业温度；焙烧期间熔化了的高分子比电解质渗入炉底，起到堵塞裂缝、修补缺陷的作用；加热阳极及装炉物料，使阳极温度达到生产温度，熔化物料，满足启动需要；满足电解槽内炭素材料对碱性物质的大量吸收。

焙烧的要求：均匀缓慢的加热电解槽阴极内衬、阳极以及装炉物料，使三者达到一定的温度条件，以利于下一步的启动操作。

2铝电解槽在焙烧期间产生破损的形式及原因分析
2.1阴极炭块断裂或出现裂纹
一般来说，阴极炭块断裂是与阴极炭块的长度方向相垂直的横向裂纹，裂纹的深浅不等，最深的地方可使阴极炭块横向断裂。

这种断裂的产生大都是电解槽在焙烧过程中阴极炭块局部电流密度过大、温度过高、热冲击过大所致。

2.2电解槽炉底中缝捣固糊与阴极炭块之间出现大的裂缝
电解槽炉底阴极炭块之间主要使用捣固糊填充连接处缝隙。

在焙烧过程中，阴极炭块出现膨胀现象，而捣固糊出现收缩，正是这种收缩起到了吸收阴极炭块膨胀的作用，当焙烧温度不超过1200℃时，这种作用可以很好地体现出来，焙烧结束后，一般阴极炭块和烧成后的捣固糊之间有很小的缝隙或不出现缝隙。

当电流分布严重不均、局部温度超过1200℃时，阴极炭块不再膨胀，而是随着温度的升高而发生收缩，烧成后的捣固糊也是随着温度的升高而收缩，这样，阴极炭块之间的捣固糊不再起到吸收阴极炭块膨胀的作用，而使阴极炭块与捣固糊之间的缝隙越来越大。

2.3阴极炭块与边部捣固糊在焙烧过程中出现缝隙
在新建的或大修后的电解槽焙烧过程中，若操作不当，在阴极炭块与边部捣固糊之间也会出现裂缝，其裂缝的生成机理与本文2.2节炉底中缝捣固糊与阴极炭块之间出现裂缝的机理是一样的。

2.4人造伸腿出现横向收缩裂纹与侧部炭块的早期破损
槽底部阴极炭块与侧部炭块之间是由较宽较厚的捣固糊填充并捣实，而这捣实的炭素糊为无头无尾的封闭环型体构成的电解槽人造伸腿。

在焙烧过程中，槽内温度在500℃范围内，由于黏结剂中的碳氢化合物分解，且捣固糊尚处于塑性状态，会使捣固糊的体积产生膨胀；槽内温度超过500℃之后，固化后的捣固糊随温度的升高而收缩，焙烧后产生横向裂纹是不可避免的。

2.5捣固糊剥皮分层
在电解槽焙烧过程中，中缝和边缝的捣固糊出现剥皮和分层的现象偶有发生，这种情况的发生大多与捣固糊黏结剂的成分和配比及捣固时的操作方法和质量有关。

青海分公司铝电解槽的焙烧启动是采用焦粒焙烧工艺，其工艺相对铝液焙烧启动工艺来说，避免了高温铝液对阴极炭素材料产生较大的瞬间热冲击。

但存在一些缺点：阳极电流分布不均，局部热冲击较大；焙烧温度梯度较大，升温过快；焙烧时间短，物料不能充分熔化；启动温度较低且不易启动，一般平均在780～870℃。

正是这些原因导致铝电解槽在焙烧启动期间出现上述几种破损形式。

3实施对策
3.1焙烧发热阻和焦粒铺设方法的改进
3.1.1焙烧发热阻的改进原来单用煅后焦作为发热阻进行通电焙烧电解槽，现将这种发热阻改为煅后焦和石墨碎的混合料（配比为7∶3）作为发热阻进行通电焙烧，从而大大减少了通电初期对电解槽阴极的热冲击。

3.1.2铺设方法的改进原来焦粒的铺设方法是采用栅栏框法和铝框法，在阳极正投影的阴极表面铺设一层20～25mm的长方体焦粒床，这种铺设方法由于阳极本身质量的缺陷等原因，致使阳极底面和焦粒层不能充分接触。

为增加阳极底面与焦粒的接触面积，改善阳极电流分布，降低冲击电压，在阳极正投影的阴极表面设计使用焦粒筛，将焦粒层铺设成由368个高为30mm的圆锥体排列成阳极底面大小的长方形（如图1所示）。

这种铺设方法一方面利用
小而密集的圆锥焦粒体填补找平阳极底面凹凸；另一方面，阳极局部挤压焦粒层时，由于锥体之间存在较大空隙，被挤压的焦粒向周围空隙扩散，使阳极底掌其余部分与其他圆锥焦粒体进一步接触，有效地增加了阳极底面与焦粒层的接触面积。

3.2分流器的改
进与分流器拆除制度的完善为了减小通电初期对电解槽阴极的冲击，将原来的4套分流器采用8套分流器进行代替分流（即由原来的单组分流片改为现在的两组分流片，见图2a）；并在安装之前对分流器与立柱母线的接触部位进行仔细打磨（见图2b）达到除锈、除尘的目的，使之充分接触，导电良好，有利于分流。

3.3延长焙烧时间，提高启动温度
预焙铝电解槽焙烧启动条件：启动前焙烧温度必须达到950℃左右、液体电解质高度达到20cm以上，方可启动。

这样可保证电解槽的整个阴极内衬完全焙烧，减少对阴极内衬的热冲击。

原来电解槽焙烧时间为3天（72h），平均启动温度为780～870℃，液体电解质量少，达不到启动条件，启动时存在一定的困难，如灌入的液体电解质对电解槽阴极尤其是边部炭糊和侧炭的冲击较大。

为达到理想的启动条件，经试验，将电解槽焙烧时间延长至4天（96h），电解槽达到了较为理想的焙烧启动条件，焙烧平均启动温度达到890～960℃，物料熔化较为完全，液体电解质量增加，电解槽启动容易，电解质也容易灌进去，消除了启动时抬电压阳极脱离电解质发生断路等安全隐患，同时，对电解槽阴极及边部炭糊和炭
块的冲击较小。

另外，焙烧期间能产生足够的电解质液，可从中析出高分子冰晶石和刚玉α-al2o3组成坚硬的固体结壳，均匀覆盖在这种具有横向裂纹的捣固糊烧成体与侧部炭块上面形成炉膛。

4结束语
铝电解槽焙烧启动质量的好坏直接影响到电解槽的槽寿命。

我们充分利用停开槽的机会，针对焙烧期间阴极出现破损的形式，分析查找影响因素，并实施相应的对策，为改善阴极内衬在焙烧期间破损的现象、延长铝电解槽槽寿命收到了良好的效果：（1）降低了通电焙烧的冲击电压，降低了对阴极的瞬间热冲击。

（2）减小了焙烧温度梯度，使其阴极内衬温度缓慢升高。

（3）改善阳极电流分布不均的状况，减少了阴极内衬的局部热冲击。

（4）提高了焙烧启动温度，降低了启动过程中高温对内衬的瞬间热冲击；焙烧物料熔化较完全，电解质高度增加至20cm以上，使得高分子比电解质填充阴极内衬的裂缝，覆盖在整个阴极内衬，阻断铝液渗漏通道，起到防护整个阴极内衬被侵蚀的作用。

参考文献：
[1]赵无畏.现代预焙电解槽焦粒预热焙烧启动研究[j].轻金属，2003，（2）：34.
[2]邱竹贤.铝电解原理与应用[m].徐州：中国矿业大学出版社，1998.
[3]邱竹贤.预焙槽炼铝（3版）[m].北京：冶金工业出版社，2005.。