电解槽的主要操作

电解槽的主要操作
中心下料预焙槽的主要操作有：定时加料(简称NB)，槽电阻(电压)调整(简称RC)，阳极更换(简称AC)，效应熄灭(简称AEB)，出铝(简称TAP)，提升母线(简称RR)及边部加料作业(简称iRRFEED)。

NB、AC、TAP和RR作业是维持过程连续进行所必须的，但在作业后一段时间内，对热平衡、电流分布、磁场平衡方面将产生一定程度的干扰。

过程在进行中，系统内部会出现种种不平衡因素(例如槽膛变化引起极距的变动)，还会碰到来自外界的各种干扰。

为消除因系统内产生的不平衡和外界干扰因素而导致的不平衡需要进行RC、AEB和iRRFEED等操作。

无论何类操作都应讲究操作质量，使前一类操作对过程的干扰减到最小程度，使系统内外的不干衡因素通过后一类操作得到调整。

在160kA中心下料预焙槽上，NB、RC及TAP的下降电压动作由过程控制计算机、槽上的打壳下料装置和阳极升降装置自动完成，不需人工操作。

AEB亦可由计算机、槽控箱程序及槽上上述装置自动实现，但是，由于成功率有限，尚需人工监视和辅助。

AC、TAP、iRRFEED作业完全依赖于人工配合多功能天车才能完成。

本章叙述的主要是后两种依靠人工(或机械)完成或辅助完成的作业。

3．1 阳极更换
在160kA槽上换极周期为25天。

为了减少更换阳极作业对槽子行程的干扰，排出了换极顺序表。

按此表换极可大体上保证阳极各区域的残极重量相等，电流分布的均衡。

换极期间，将残极提出槽外时刻起槽电压会少许上升，新极安装上槽后的扎边部和加极上Al2O3操作会使大约100kgAl2O3溶于电解质。

此时，若不提示计算机，计算机则仍按常规处置，作出下降RC，并到时发NB命令。

这样，阳极母线会在残极拔出后位置下降，而影响新极安装精度。

同时，换极时溶入的物料已使电解质中的Al2O3超过了正常的浓度，这时再加料，就导致Al2O3过饱和而产生沉淀。

正确的做法是，换极前通知计算机，计算机便旁路RC，推迟下次NB时刻，并监视该槽电压变化。

当电压明显上升一个值，之后又下降一个值时，计算机判断新极安装已经完成，于是恢复RC，(见图3．2(1)。

如果其间电压变化值较小，不能确认时，计算机便在1小时后将RC恢复。

为了确保新极安装精度，现场可采用两种方法。

在多功能天车没有阳极定位装置的情况下，采用兜尺定位。

该方法实质是用兜尺作为
媒介，将阳极安装高度从残极传给新极。

第二种方法是利用安装在多功能天车上的阳极定位装置。

定位装置是由传动皮带(钢丝)、刻度盘、皮带卷放筒组成。

皮带一头固定在天车阳极卡头上，经刻度盘的中盘，连到卷放筒上。

卡头伸缩，皮带带动中盘转动，表示出不同的空间位置。

只在先测得残极在槽上的空间位置，然后在新极安装时从测得位置再升高一个新极和残极的高差，便可保证换上的极与残极底掌在同一高度上。

使用阳极定位装置定位，要求托盘和托盘区地坪标高较严格，以保证表3．2中的b、c准确。

厂房地坪在施工时要做到若干托盘区的水平高差必须小于10m。

托盘制作要标准化。

生产期间托盘要保持清洁，不得积存电解质等杂物。

近几年来工人们创造的在一盘中同时放残极和取新极，以消除不同托盘区间地坪高差。

该法是值得推广的。

为了保证安装精度．还要做到阳极在卡头徐徐上升的过程中定位。

这样可使卡头勾总是勾住导杆孔上缘，防止在阳极下降受阻时，卡头勾子在导杆孔内产生相对移动所造成的安装误差。

新极上槽后，迅速在冷阳阳极表面形成一层电解质冷凝层。

1～2个小时后冷凝层开始熔化，阳极开始导电。

随着碳块温度的上升，通过的电流不断增加。

在第16小时左右，导电量达到正常值的70％，24小时左右，达到正常值。

对于角部极，时间几乎要拖长一倍。

实际上，使新极底面保持与残极底面相同的标高还不够科学，还须考虑到新极导全电流的滞后性。

通常将新极安装位置比残极提高1天(非角部极)或2天(角极)的消耗量，即1．5cm或3cm。

规程中为留有余地定为2cm或4cm。

如果天车工已非常熟练，也可按1．5cm 或3cm来操作。

实践表明，对一块新极，安装高度变化，电流分布的毫伏值亦变化，两者呈强负相关关系。

利用这个相关关系，可将16小时(或高570mm的阳极时24小时)的电流分布毫伏值作为安装精度的代用质量特性值，即用毫伏值来检查判定AC安装精度。

对于540mm高的阳极，按非角极比残极集团提高2cm的标准安装时，毫伏值应当在3～7mV。

如果天车工能取得3～7mV的成绩，说明操作质量已达到相当水平。

以上所谈的换极后第16小时测定是依据第-个160kA槽系列实际确定的。

如果，阳极尺寸有所改变，新极安装时其底掌比残极提高的尺寸亦有变化，那么测定的时间也应相应改变。

科学的做法是，固定新极安装时提高的尺寸，测定新极换上后两天内的电流分布值，每两小时测定一次。

取大多数新极导电达到应走电流的70％所经历的小时数作为检查新极安装精度的作业时刻。

我们希望安装精度越高越好，但实际中当测得的毫伏值超出理想范围时，并不要求立即修正高度。

2mV以下或大于7mV但小于15mV的，过8小时再测定后确定。

再测定后，只对大于15mV的进行修正。

看起来以上处理原则似乎与对安装精度的要求相抵触。

其实，这样做的目的是使那些因局部槽温和槽膛等原因，毫伏值一时虽达不到的阳极，但经过一段时间槽子的自调作用，可回复到标准值内，而把真正因为是安装不当的阳极区分离出来。

这
样慎重处置，可省去急于定论而增加的有害无益的劳作。

为减少换极对槽子的干扰，每天换极最多不得超过2块，注意新换极不能集中在阳极母线一侧成一个小区(例如A3B3)。

同理，24小时内阳极安装高度修正根数也不得大于2根，而且要分开到两个班去完成。

除按计划更换阳极外，-但发现阳极脱落、掉块、裂纹或残极过薄钢爪熔化时，就需要进行临时更换。

实施时，可用高残极或从邻槽拔出的热残极进行更换，以缩短换上的极导通满电流的时间。

换极作业对槽行程是一次干扰，但却也是观察和调整槽子状态的机会。

从换极过程中可获取如下信息：例如残极状态(定义见表3. 3)槽底沉淀(多少、软硬)、电解质高度、碳渣量、邻极情况及小组工作熟练程度和配合情况，也可以酌情处理槽子，如碳渣多的槽可趁势捞出，电解质低的槽可借此补充冰晶石，彻底修补换极处的槽帮等。

通常换极时以换极处为中心，扎下2～3块宽度的上口结壳。

这样在25日一个换极周期内就等于扎大面2～3次。

只要认真做好这个环节，可使今后全面修补槽帮的扎大面次数减少。

那种换极时放任自流，事后又突击性安排修补槽帮的办法是不可取的。

为了取得满意的换极效果，除注意操作方法和技巧外，还应把住阳极块外观质量和设备两道关。

不合格的阳极上槽后，会增加无效劳动，并使槽子恶化。

导杆明显弯曲，两肩不平，焊接处(含铝－钢爆炸片)裂纹，阳极吊起后铁环拔出1cm以上，铸铁严重不饱满或成饼，以及颜色特别黑(即没有烧透)的阳极不能上槽。

为应付临时更换，厂房、作业区应建立残极库，注意储备较厚还能继续使用的残极。

特别是在焙烧起动高残极大量产生的期间，注意储备较厚还能继续使用的残极。

设备方面要注意每日检查天车搬手扭力，每隔一段时间检查卡具和钩子状态。

近几年来大量出现AE时阳极块下滑，并在导杆与阳极母线压接面上产生强烈电弧，灼伤接触面，甚至烧断钩子螺栓。

分析其原因，可能是天车搬手扭矩不足、卡具损伤或螺栓变长，使导杆与母线间摩擦力不够，以致形成母线--螺栓--钩子--卡具--导杆的电流通路所致。

对此，可采取如下对策：
每日采取天车试扭1～2个卡具，工人搬手检验的办法检查天车搬手扭矩，有问题及时处理。

卡具要做到日常维护。

新卡具要清洗上油。

上槽卡具要定期加润滑剂。

暂不用的卡具要保管好，不能摔弯卡具上的丝杆；丢失支承轴上的套筒。

钩子螺栓在长期负载的情况下会出现塑性伸长，应每隔1～2年普遍作一次紧固。

为防止螺栓导电，还要注意弯曲的导杆是否与钩子螺栓相碰，特别是在抬母线之后。

近年来，有的车间在换极操作中增加了清刷母线表面的环节，可将压接压降降到20mV。

这是十分可喜的，值得推广。

应当在总结经验后，将此环节正式列入规程。

3．2 效应熄灭
在采用定时下料模式的中心下料预焙槽上，是指望通过效应和效应等待期间来消除积料，以重新校正从Al2O3浓度参数。

因此在这种早期加料模式的槽上，AE系数大都在1．0以上。

因此，AE熄灭成为现场的主要操作之一。

AE发生时，电弧可自净阳极，强大的输入功率可补充热量，使60％的积存Al2O3向电解质内回归，同时AE的各种数据可为人们提供槽子状态的信息。

但是，AE期间输入功率为平时的5～-6倍，达到3200kW左右。

若AE已实现了上述有益目的时仍不熄灭，就将造成遗害：烧垮侧部槽帮，烧穿钢壳，使熔体温度过热，效率下降，并造成电力无谓浪费(晚熄灭一分钟多耗电大约53kWh)和系列最大负载值的增加。

因此对AE持续时间必须限制。

AE是否来临，可由计算机或槽控箱内AE警告灯或槽上AE指示灯的信号判定。

若后两者反映的信息与计算机矛盾时，应以计算机判定为准。

应避免槽控箱中AE继电器设定值太低，以致不足8V的槽电压也能使其动作，使操作人员造成误判。

熄灭AE的最低时间等于计算机检出效应时间和熄灭AE操作的最少时间之和。

计算机程序是根据相邻两个解析周期中≥8V(或其它值)的电压采样点数是否大或等于定数来判断AE是否来临。

若定数M为5，检出的AE时间为3分钟；M为6时，检出时间为3或4分钟。

计算机发出AEB命令，熄灭AE操作的最短时间就是槽控箱内AEB顺序逻辑的执行时间。

对第一个160KA系列大约为2分钟。

这样，第一个160KA系列上熄灭AE的最低时间即为5分钟(M为5点时)，或5--6分钟(M为6点时)。

考虑2分钟余地，规程规定AE持续时间为5--8分钟，大于此值则判为超时。

现场工人熄灭AE的操作步骤，建议采用围槽转两圈的方法(简称两圈法)。

第一圈，完成从取木棒--奔到AE槽--到槽控箱处确认AE电压高低、是否稳定--确认槽控箱是否处于自动，下料气阀是否打开--回到出铝端等项动作。

第二圈，完成取下出铝端槽罩--打孔--等待打壳--观察是否打壳下料--第二次打壳时插入木棒--AE熄灭后再转到烟遭端观察槽电压；确认是否有异常电阻--捞碳渣--收拾清扫等一系列动作。

两圈法的优点是：
(1)可以排除由于槽控箱手动，下料气阀关闭，不下料造成的AE持续时间过长。

(2)可以对AE熄灭的难易程度做到心中有数。

(3)可以把是AE未熄，还是熄灭后有异常电阻两种情况严格区别开来，避免把后者当成前者而一个劲地插木棒。

(4)可借机观察打壳下料系统是否有故障，打壳头是否脱落。

上文提到异常电阻，是指AE熄灭后槽电压和设定电压产生较大偏离(例如±0．3V以上)的情况。

异常电阻发生的主要原因是AE电压不正常，即AE电压太低时易出现高于设定电压的异常电阻；AE电压太高时易产生低于设定电压的异常电阻，见图3．8。

其次，插木棒时机不恰当使AE过长，电解质搅混后也会产生第一类异常电阻。

若AE电压正常，熄灭方法恰当，基本上不应产生异常电阻。

对于高异常电阻，计算机放弃控制，但此时现场不应人为地下降电压，通常停一段时间后电压可自动下降复原。

对于低异常电阻，一经检出，计算机便强制提起阳极。

若手动AEB时遇到低异常电阻，也应当马上手动提起阳极。

AEB操作管理中，应把控制AE持续时间和AE后捞碳渣作为质量控制点。

为了防止AE时间超长，表3．4所列措施是行之有效的，在现场应保证落实。

以上讨论都是基于插木棒产生气泡，赶走阳极底掌上的滞气层的效应熄灭方法。

实际上，在160kA槽系列槽控箱中，固定在ROM内的AEB顺序逻辑已含阳极下降--短路保持--阳极上升，即使阳极与铝液局部短路来熄灭AE(见图3．9)。

在第一个160KA系列投产初期，曾经接通了部分槽的该功能软开关，按不同下降高度(50～60阳极脉冲，每脉冲＝0. 203mm)和保持时间(5～10s)相组合，记录其成功率。

试验表明，各种组合下，AE熄灭成功率只能达到60～80％，因此仍需人在场监视，一旦不成功，则人工再插木棒。

但是，阳极下降时常出现电解质从火眼喷出烧坏槽罩和压出电解质现象。

由于上述缺点，已停止试验，改用插入木棒的方法至今。

近年来，木棒熄灭效应的方法面临保护生态植被的严峻挑战，进货越来越困难，进货质量越来越差。

采用其它方法来熄灭AE又为人们所重视。

在研究和开拓木棒以外的熄灭办法时，首先应对现有槽控箱内AEB程序中的短路方法进行完善，使之功能能够得以发挥。

国外许多大型槽都采用此法。

舍近求远，另起炉灶，不一定是经济的。

3．3 出铝作业
在160kA槽上实行的是一日出铝制。

吸出工根据区长(亦为大组长)下达的指示量，使
用5吨喷射式真空抬包，在多功能天车的配合下，连续吸出3～4个槽的铝液，盛满幅液的抬包用专用运输车运到铸造车间入炉。

考核出铝作业的标准是：精确度(实出量与指示量之差)＋50～－10kg；上电解质量[(旧包重-新包重)／吸出槽数]：5kg／槽，抬包使用槽数：100槽次以上，及杂品(螺栓、垫片、石棉密封圈(绳)、玻璃，A、B、C管)的消耗。

在160kA槽上，出铝引起的电压上升，在出铝后由计算机自动降回(见图3．11)。

这和传统的吸铝和下降阳极两动作同时进行，保持槽电压基本不变的做法是不同的。

这里出现了一个问题，当检测到槽电压出现上升，然后稳定(图3．11中ABCD折线)情况时，计算机并不能认定是出铝，因为人为抬起阳极或一段时间的金属漏泄都会出现同样情景。

因此，需要人为事先将出铝槽号通知计算机。

计算机监视到该槽电压沿ABCD折线变化时，便可准确认定该槽电压升高是出铝所致，于是下降阳极，将电压回复到原值。

一句话，出铝前联系是避免出铝后产生的高异常电压的唯一措施。

另外，与我国自焙槽工厂一槽一包的做法也不同，160kA槽系列中使用5吨抬包，每包要依次吸取3～4台槽铝水后，再送铸造称量。

大包出铝减少了运输次数，但却给区长带来了烦恼，常常出现总量差不多，但每个槽的实出量与指示量却相差很大。

出铝工有时头几个槽不经心，最后一槽才找齐总量。

这种张冠李戴、移花接木的作法常使区长搞不清单槽究竟出了多少铝。

解决这个问题一是靠吸出工的责任心，二是靠监督和检查。

现在提供几种方法来判断、检查出铝的多少。

(1)检查写在记录上的实出量与铝水平的变化是否对应。

(2)对比出铝前后回转计变化所对应的金属量与记录上的实出量是否相当。

出铝时最好由电解工或吸出工记下前后回转计数字。

(3)亦可到计算机室解析终端的记录上查出出铝时的阳极下降量、电压上升值来对照比较。

(4)最简单、最可靠的办法是提醒吸出工在吸出时看准天车上的液压秤，并委托电解工监督。

当然，如果能开发出既可称量又可同时记录重量的天车秤来取代目前指针式秤，那么，单槽出铝搞不准的问题就迎刃而解。

当班原铝出完之后，吸出工还要进行粗清包(简单清包)、填写记录，并为下班创造顺利工作的条件。

粗清包的目的是利用抬包中电解质热态下易清除的特点，当班出铝后趁热进行清理，保证抬包到第4天出足100槽次，即在换包前，仍能保持能吸4吨(3槽)的铝液的容积。

填好作业记录，算出每槽的实出量[算法为：记录实出量-上电解质量]和上电解质量[算法为：(出铝后粗精前包重-出铝前包重)／当班出铝炉数]，然后将实出量准确及时送到计算机室供制作日报用。

18～-24点在班的吸出工必须在24点前送到，不得过日。

为达到考核
要求的出铝精度，工人们实践中摸索出许多要领，归纳于因果图。

出铝工作须保证在铸造车间指定的时刻、时间内完成(例如：接班后2小时内)，是电解车间内仅次于AEB，要求及时响应的作业。

要保证在2小时内出完当班原铝，必须创造以下条件：
(1)保证两天车两抬包同时作业(短厂房情况下)。

(2)上一班为下一班做好抬包的紧固密封准备。

若有堵管应更换后交班。

接班后立即复查。

(3)捞碳渣沉淀等、清理出铝孔的工作与抬包准备并行。

(4)催促出铝车准时到达现场。

(5)首先安排天车出铝，不作它用。

(6)换包时间放到下午2～4点，非出铝时间内进行。

(7)准备好日常常用工具、风管，A+B+C组合管、螺栓、垫片及石棉绳垫等，随用随有。

3．4 抬母线
随着阳极不断消耗，阳极母线的位置会不断下移。

当母线接近上部结构的密封顶板，或吊起母线的螺旋起重机丝杠快要到头时，就必须实施抬母线作业。

阳极母线的行程为400mm(在加了小夹板之后变为386mm)。

母线的空间位置由回转计反映。

通常是把专门的框架用天车吊起放到槽桁架上。

框架上隔膜气缸动作，驱动卡头勾住导杆孔，偏心凸轮压住导杆，使阳极重量改由卡头-框架-桁架支承。

将卡具适当松开，借助于导杆与母线之间的摩擦接触维持导电，按下阳极上升按钮，将母线提到要求的高度。

提升过程中，阳极底掌位置始终不动。

在提升母线过程中，由于导杆与母线间靠移动摩擦形式导电，该处的电压降将上升0．3～0．5V。

平时对此无妨，但一旦效应来临，导杆与母线的界面上就会出现电弧、火花，而灼伤界面，严重时，烧断导杆，甚至造成系列断路。

因此，在抬母线过程中必须避开发生效应几率最大的效应等待期。

作业前应向计算机室(或能显示槽状态的槽控箱)查询。

如果遇到正处效应等待期，或效应预报又非抬母线不可时，可进行1次或数次手动加料，并通知计算机室。

同时要保证在效应一旦来临有马上旋紧卡具，并将它迅速熄回的应变措施。

抬母线作业中还要注意：
(1)回转计超过320即可作业，抬到50～64为止。

(2)作业前通知计算机室实施抬母线的槽号及具体作业内容，抬完后通知前后回转计数值。

(3)松闭卡具时，在A、B两边对角进行，避免阳极提升机构偏斜。

(4)吊放框架要平稳准确，在未松开框架之前，不能起吊天车上的8吨卷扬机。

(5)每次作业前都要测试风动搬手的扭紧力。

(6)注意只能抬母线，不能降母线。

作业之后要对提升框架进行维护，对槽上卡具注意加油。

另外，框架放置的位置要合理，防止来往车辆碰挂。

抬母线作业组为安排工作，需要在每天固定时刻记录所有回转计的读数。

一旦发现一日之内槽子回转计数值会出现增加较多或减少两种异常情况，应马上通知区长。

3．5 扎边部
扎边部作业实质上是大面积地修补侧部槽帮。

除起到规整槽膛作用外，随着大量物料(Al2O3或电解质块)扎入槽内，客观上还起到一定程度的加料、降温、收缩槽膛挤起铝液和电解质的作用。

在第一个160kA系列上，此法普遍用来修补槽帮，提电解质水平，甚至用来处理槽膛不良诱发的针振，而且其趋势越来越频，几乎达到每6天就要对26台槽52个面轮番扎一遍的频度。

作业时应当注意：
(1)根据目的选择物料，若是为提高电解质水平，则要选取含电解质成分较多的块料或补充部分冰晶石。

(2)将扎块扎入槽帮时要使天车打壳头离开阳极侧面20cm，并使打壳机构和槽大面积保持45°以上，避免打击产生的水平推力将料块推到阳极之下，同时，还要避免打碎残极。

(3)扎边部时要适当手动抬电压，防止扎边部期间由于电压低落造成电解质收缩。

(4)扎完后通知计算机室操作的槽号，估计扎入的物料量，以便使程序推迟下次加工时刻。

(5)铝水较高，槽子较冷的槽切莫采用此法提高电解质。

这样做，只会使槽的冷趋势升级。

(6)槽帮易空的部位普遍是出铝端、烟道端及大面3～4、8～9块阳极处。

出铝端、烟遭端因为只能在换角部极时修补，修补次数比非角极少一倍以上。

后者是因为铝液对该两处冲刷比较强烈，槽帮材料熔化(含溶解)--扩散速度较快。

因此，应适当增加上述两类部位的扎补频度。

需要指出，扎边部不是中心下料槽规范的作业，它不仅增大了劳动强度，大大加剧了天车的磨损，而且使下料计量的准确度变差。

扎边部作业只是对不能自然形成槽帮现状的一种补救手段。

不同槽扎边部次数是不尽相同的，有时相差颇大。

若槽子的槽帮扎得过于频繁，就应思考一下为什么槽帮不能形成，为什么扎入槽中的物料在短时间之内就熔化掉了。

需要采取减少入热、减少通过侧部的热流，或增大侧部钢壳和阳极周边结壳的散热，以使槽帮熔化速度减慢等技术措施。

近年来，随着自适应加料控制在第一个160kA槽系列上推行，相应采取了低Al2O3浓度，低分子比，低温和高槽电压的所谓"三低一高"的技术条件，除收到提高效率、降低电耗的明显效果外，槽子槽帮亦得到了改善，扎边部的次数显著减少。

意外的收获使电解的管理者们认识到：采用低分子比电解质，在低过热度下生产，可减少穿过侧部的热流，有利于自然形成凝固的槽帮，可减少已凝固槽帮再次熔化的机会，有利于槽帮的坚固和长久。

综上所述，在中心下料槽上如何减少扎边部次数，使槽帮自然形成，是一个永恒的课题，它需要在设计、施工和生产三个方面共同努力才可望解决。

3．6 捞碳渣
中心下料预焙槽上的规范作业中，并无捞渣一项。

但由于国内预焙阳极质量不稳定，故工作现场仍坚持保留该项作业。

在采用优质阳极的情况下，阳极的抗氧化性较好，脱落度和掉渣性较小。

这时电解质表面只浮动着一层薄薄的碳渣。

碳渣一方面产生，一方面通过与空气的氧化反应和燃烧也在消耗。

当产生量和氧化量达到平衡时，槽内碳渣量并不增加，对电解行程并无影响。

发达国家都无此作业，也无需配备相应的工具。

在国内，铝用碳素的原料石油焦和煤沥青只是炼油行业和焦化行业的副产品，并不是专门为铝厂或碳素厂提供的原料，因此质量得不到充分保证，特别是煤沥青。

据第四个160kA 槽系列进厂原料统计，煤沥青的理化指标合格率只有30％～40％。

在原料质量低下的情况下，碳素厂不作出相应的条件调整，做出的阳极难以保证质量。

加上中心下料槽壳面打开时间比侧部加料槽短，碳渣氧化的机会相对少得多，使碳渣的发生量大于氧化量。

久而久之，碳渣在槽中集累，到-定时间就非捞不可。

在第一个160kA系列上，曾出现过碳渣层厚度达到5～10cm情景，一段时期内，每天从槽中捞出的碳渣达到20～30kg。

碳渣在槽中集聚的部位很有规律。

由于阳极气体的排出，引起了电解质"沸腾"，并由阳极底掌向外、向上作流体运动，将碳渣赶到中缝和四角处的电解质表面，特别是四个角部(Al、A2；A11，A12；B1、B2；B11、B12)，所以，这些部位是捞取碳渣的重点。