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耐火材料行业知识

铝电解槽内衬破损的机理及预防措施

      至今没有任何材料能长期经受电解质和铝的联合腐蚀,都必须借助于侧部内衬的保护。侧部内衬可以很好地保护电解槽体,从而延长电解槽的使用寿命。随着电解槽运行时间的延长,侧部内衬都会出现不同程度的破损,采取有效的预防措施和局部修补方法,对延长电解槽使用寿命,降低生产成本,有着重要的实际意义。

  1、侧部内衬破损的机理

  电解槽侧部内衬在炉帮空化后,电解质和铝液直接与侧部内衬接触,此时,电解槽人造伸腿以上的侧部炭块受到电解质和铝液侵蚀,人造伸腿以下的由人造伸腿保护未受到侵蚀。有文献报道,对于线性热膨胀系数,被侵蚀过的炭块比未被侵蚀的炭块低得多,大概在3~4倍之间。故沿侧部内衬的厚度方向的侵蚀程度有很大波动,在电解槽生产过程中,被侵蚀的和未被侵蚀的部分因温度波动造成了内衬的破损。

  电解槽在生产过程中温度波动是不可避免的,对熔体接触的侧部内衬部分影响较大。在被侵蚀的炭块中,温度升高或下降会在被侵蚀的部分中因变形而产生热应力,由于被侵蚀的和未被侵蚀的炭块热膨胀系数相差很大,产生的热应力也很大,被侵蚀的和未被侵蚀的侧部内衬边界会产生剪切力,这时剪切力造成侧部炭块在人造伸腿最上端产生了分层,然而随着电解槽的运行,人造伸腿上面的侧部炭块被顶起,长期运行后侧部炭块逐渐破损严重,当电解槽运行不稳定时出现炉帮融化,局部侧部温度过高或出现炉帮发红的现象。

  2、侧部内衬破损的预防措施

  铝电解槽侧部内衬基本上都是采用氮化硅结合碳化硅块,这种材料具有较好的物理性能,也是目前最好的电解槽内衬材料,但是不能长期承受电解质和铝液的联合腐蚀,因此需要采取措施保护电解槽侧部内衬。

  2.1改进电解槽人造伸腿

  目前,国内电解铝生产都采用低电压生产工艺。在低电压生产工艺条件下,为稳定电解槽的生产,铝水平高度都有不同程度的升高,铝液和电解质的界面、电解槽的反应区域相应增大,这样侧部炭块更易被腐蚀破坏。故确定适宜的人造伸腿扎筑尺寸,可有效地保护电解槽侧部内衬炭块,使其免受电解质和铝液的冲刷腐蚀。某公司240kA铝电解槽人造伸腿高度为220mm,宽度为180mm,通过技术改造后将人造伸腿高度调整为280mm,宽度调整为260mm;同时,在人造伸腿扎筑时采用冷捣糊。冷捣糊具有优良的捣实性能,糊料容易捣实均匀并且能够快速测定糊的捣实密度,不易出现“干糊”、“湿糊”和分层的现象,这很大程度上弥补了粘结度较低的缺陷。

  2.2提高铝水平高度增加侧部散热

  随着电解槽生产管理以及操作水平的提高,现在阳极效应系数已被控制到0.001次·槽/日,阳极效应时间已被控制到60s;换极质量的提高,减少了电解槽侧部内衬破损的人为因素。在低电压生产工艺下提高了铝水平,增加了侧部散热,又在阳极上增加保温料,需要在侧部形成既保温又绝缘的炉帮,这是个对立而矛盾的关系。有文献报道,阳极保温料每增减1cm,相当于60mV槽电压产生的热量。在电压不变的情况下,增加阳极保温料,相当于增加了电解槽的极距,降低了铝的二次反应。同样调整铝水平也可改变电解槽的热收入,调整1cm铝水平相当于70mV电压产生的热量,并且铝水平越高,槽内铝液镜面的波动越小,流动越平稳,析出的铝液参与二次反应的机会减少,在降低槽温及电解质的过热度方面都有很大的好处,这些都是形成炉帮的先决条件。某公司240kA铝电解槽铝水平高度由22cm逐步提高到28~30cm。

  2.3减少机械破损

  电解槽基本上每两天更换一次阳极,在更换阳极时通常由操作多功能天车完成阳极周边加工工作,操作人员有时会因技术不熟练和视线不良碰掉侧部碳化硅。另外由于边部加工频繁或方法不当,也会造成电解槽侧部破损。因此,应加大对操作人员培训力度,提高操作技能,在边部加工时必须离侧部炭块80mm以上。


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