毕业设计（论文）-电解槽阴极破损对槽寿命的影响.doc

学号学号 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 题题 目目 电解槽阴极破损对槽寿命的影响 学学 院院 工程技术学院 专专 业业 2007 冶金技术 学生姓名学生姓名 指指导导教教师师 职职称称 高级讲师 评阅评阅教教师师 职职称称 时时 间间 2010 年 5 月 10 日 2 中州大学工程技术学院中州大学工程技术学院毕毕业业论文论文任任务务书书 指导教师： 刘伟霞 职称： 高级讲师 学生人数： 22 人 学生姓名（学号、专业）： 管卫东（200701131121321、冶金技术） 毕业设计（论文）题目（来源、类型） 阴极碳快破损对槽寿命的影响（a、z） 毕业论文工作内容与基本要求（目标、任务、途径、方法、成果形式，应掌握 的原始资料（数据） 、参考资料（文献）以及设计技术要求、注意事项等） （纸 张不够可加页） 目标目标：通过论文的写作掌握阴极破损对槽寿命的影响原因、形式、机理以及提 高槽寿命的方法。 任务任务：通过各种途径并结合所学专业知识找出阴极破损的原因和机理，掌握影 响槽寿命的因素，并据此找出提高槽寿命的途径 。 途径途径：指导老师的帮助、图书馆、网络 方法方法：类比法、叙述法、举例法、推理法 成果形式成果形式：以论文的形式展示 应掌握的原始资料应掌握的原始资料：电解槽的构造、电解槽的破损形式、常见的化学腐蚀的机 理、 提高槽寿命的基本方法。 参考资料参考资料：课本、图书馆藏书、轻冶杂质、网络资料。 设计技术要求设计技术要求：切合实际，量力而行，内容具体详实。 注意事项注意事项：叙述有条理，论据要具体，推理要严谨。 教研室审批意见： 审批人签名： 3 备注：（1）来源：a教师拟订；b学生建议；c企业和社会征集；d实习单位提 供 （2）类型：x真实课题；y模拟课题；z虚拟课题 中州大学工程技术学院中州大学工程技术学院毕毕业业 论文论文开题报告开题报告 课题名称（来源、类型）： 阴极碳快破损对槽寿命的影响（a、z） 指导教师： 刘伟霞 学生姓名： 管卫东 学号：200701131121321 专业：冶金技术 开题报告内容：（调研资料的准备，论文的目的、要求、思路与预期成果；任 务完成的阶段内容及时间安排；小组内其他成员的分工；完成 论文所具备的条件因素等。 ） 调研资料的准备调研资料的准备：指导老师的指导资料、课本、图书馆藏书、网络资料等。 论文的目的论文的目的：通过写论文来达到巩固所学知识，学会搜集整理资料的方法、学 会 理论结合实际的方法。 论文的要求论文的要求：课题要具体明了切合实际、资料要完善全面、论述要有条理谨慎。 论文的思路论文的思路：电解槽的破损形式、阴极破损的机理和原因、破损的基本过程、 阴 极破损如何影响槽寿命、提高槽寿命的方法。 论文的预期成果论文的预期成果：通过此次论文的写作，要懂得和掌握学术论文的写作方法和 步 骤，掌握收集和筛选资料的方法，了解理论是如何与实际相 互 作用的。 任务完成的阶段内容和时间安排任务完成的阶段内容和时间安排：第一阶段 确定范围收集资料（4.14.10） 第二阶段 确定题目筛选资料（4.114.15） 第三阶段 完成论文初稿（4.164.20） 第四阶段 指导老师修改（4.214.25） 第五阶段 论文定稿（4.265.10） 完成论文所具备的条件因素完成论文所具备的条件因素：系统的理论知识、足够的材料、老师的指导帮助、 4 完整的思路、严谨的态度。 （可加页） 指导教师签名： 日期： 备注：（1）来源：a教师拟订；b学生建议；c企业和社会征集；d实习单位提 供 （2）类型：x真实课题；y模拟课题；z虚拟课题 目录 摘要6 abstract.7 1 引言8 2 铝电解槽的破损形式8 2.1 底部破损 .8 2.1.1 阴极炭块凸起8 2.1.2 阴极炭块凹陷8 2.1.3 捣固糊的破损9 2.2 侧部破损 .9 2.2.1 侧部炭块冲蚀9 2.2.2 侧部炭块上抬9 2.2.3 炭块的断裂9 3 阴极破损的形成机理和基本过程.9 3.1 阴极破损的形成机理 .9 5 3.1.1 钠在炭块中的渗透9 3.1.2 电解质在谈快中的渗透10 3.1.3 铝液在炭块种中的渗透10 3.1.4 机械破损10 3.1.5 电化学反应和化学反应腐蚀10 3.2 阴极破损的基本过程11 3.2.1 物理过程11 3.2.2 物理化学过程11 3.3.3 化学过程11 4.影响槽寿命的因素.12 4.1 电解槽物理场设计的影响 .12 4.2 电解槽筑炉材料的影响 .12 4.2.1 阴极炭块的影响12 4.2.2 耐火保温材料的影响12 4.2.3 捣固糊的影响13 4.2.4 内衬筑炉施工的影响13 4.2.5 焙烧启动方法的影响13 4.2.6 电解槽日常操作的影响13 5.延长电解槽寿命的方法.14 5.1 合理的电解槽设计 .14 5.2 选用优质的内衬材料 .15 5.3 先进的筑炉工艺 .15 6 5.4 先进合理的焙烧启动方法 .15 5.5 日常操作质量的控制16 6 结论16 致谢17 参考文献18 摘要 众所周知，铝电解生产的主要设备就是铝电解槽，因此，电解槽寿命的长 短不但决定了产品的产量和质量，而且关系到一个企业成本的高低。槽的寿命 提高了，企业的成本就降低了，效益就提高了。电解槽平均寿命短制约着我国 电解铝工业的发展。槽寿命的影响因素很多，比如：槽结构的设计、炭块材料、 焙烧启动方法等。阴极炭块作为电解槽结构的一部分，它的作用是不可缺少的。 但是，阴极碳快受众多因素的影响容易发生破损，造成非计划停槽，使槽寿命 减少。本文从引起阴极破损的原因出发，寻找解决方法，并提出了几条提高槽 寿命的建议。 关键词：电解槽；阴极碳快；破损原因；槽寿命 7 abstract we all know, electrolytic aluminum production is the main equipment slot, so electrolyzer not only determines the length of life of the product yield and quality, but also to a high and low cost of doing business. trough life improved, lower cost of business, benefits would be increased. electrolyzer and short life span restricting the development of chinas aluminum industry. trough life of factors, such as: tank structural design, charcoal materials, start roasting methods. cathode carbon block as the electrolyzer part of the structure, its role is indispensable. however, the cathode carbon quickly affected by many factors prone to breakage, resulting in unplanned stop slots, so that slot to reduce life expectancy. in this paper, the reasons for damage caused by the cathode starting to find solutions and put forward several recommendations to improve tank life. key words: electrolytic cell; cathode carbon rapidly; damage causes; trough life 8 1 引言 我国的铝电解工业正处在空前的繁荣昌盛时期。由于需要考虑环保和能源 等因素，自焙铝电解槽和小型预焙铝电解槽迅猛地向大型铝电解槽方向发展。 然而，我国的大型预焙铝电解槽槽寿命普遍较低，平均槽寿命一般都在 1000d 左右，有的甚至不到 500d1。而西方发达国家的预焙铝电解槽寿命一般都在 2500d 以上2。槽寿命差距如此大，预焙铝电解槽的大修费用又高，这使得我 国本来就不低的原铝生产成本更加偏高，企业经济效益降低，铝产品竞争力差。 显然，我国的预焙铝电解槽槽寿命已成为不能不重视的问题。 铝电解槽寿命受多方面因素的影响，是综合因素影响的结果，它与铝电解 槽槽型结构设计、筑炉工艺技术、材质的选用、焙烧启动方法、生产管理技术 等很多因素有直接关联。本文从铝电解槽阴极破损现象出发，指出阴极破损的 原因，并据此寻找影响电解槽寿命的因素及延长电解槽寿命的方法。 9 2 铝电解槽的破损形式 电解槽是铝电解生产中的主体设备，它的工作环境相当复杂。不仅温度高， 而且还处在强磁场状态下，再加上腐蚀性电解液的侵蚀，电解槽就不免会发生 破损。然而电解槽的破损主要集中在内衬和底部与侧部的炭块上，所以炭块的 破损时槽破损的主要形式。槽破损的形式主要有以下几种： 2.1 底部破损 底部阴极炭块不仅承受着电解槽的重量，还被电解质侵蚀和冲刷着。因此 是槽破损最严重的地方，也是最应注意保护的关键部位。底部破损可分为： 2.1.1 阴极炭块凸起 由于受高温和电解质侵蚀等因素的影响，阴极炭块沿着长度方向上会出现 山丘状的凸起。形成中间高、四周地的现象，并且凸起和低陷处胡产生很多不 规则的裂痕。凸起的高度不一，要视槽生产状况而定。由于炭块凸起，炭块会 与其内部的钢棒交织在一起形成弯弓状。凸起的下部还会渗入很多的铝液和电 解质，以及铝硅酸盐沉积物等。 2.1.2 阴极炭块凹陷 同炭块凸起形成的原因类似，只是所受应力的方向不同，是炭块沿长度方 向上出现凹陷。形成中间低、四周高的现象。同样也有裂痕的产生和钢棒的弯 曲，以及铝液和电解质的渗入。 2.1.3 捣固糊的破损 炭块之间以及槽周边与底部炭块间的捣固糊由于受到挤压和冲蚀作用会出 现分层、穿孔、断裂等现象。这样铝液、电解质、沉积物就会渗入裂缝破坏内 衬。 2.2 侧部破损 侧部炭块破损形式较少，主要受电解质的冲刷和侵蚀作用而变得松动。由 10 于侧部炭块位置较高，壁厚较薄，还容易引起侧部漏铝。侧部破损形式主要有： 2.2.1 侧部炭块冲蚀 主要是受电解质的冲刷作用，加之高温的影响，炭块上常出现深度和直径 大小不一的小坑。形状似喇叭，坑的内表面还比较光滑，覆盖有白色的氧化铝 固体。 2.2.2 侧部炭块上抬 由于受应力作用，侧部炭块被上抬，是点解槽发生变形，侧部保温材料受损， 进而造成电解槽的破损。严重的还会造成铝液和电解质的泄露，造成损失。 2.2.3 炭块的断裂 炭块上形成了大的裂纹，裂纹的宽度和深度不一。这些裂纹大都穿透炭块，给 炭块造成无法弥补的破损，而且断裂处常有较厚的铝层和沉积物。 11 3 阴极破损的形成机理和基本过程 阴极破损时一个缓慢形成的过程，其中进行着各种简单和复杂的物理、化 学反应，有的还伴随着机械作用。所以破损的形成机理和基本过程还是相当的 复杂的。 3.1 阴极破损的形成机理 3.1.1 钠在炭块中的渗透 在工业铝电解槽中，石墨、无烟煤和胶黏剂沥青构成铝电解槽的阴极内衬 材料。由于金属钠会以化学和电化学的方式在阴极表面生成，阴极炭块吸收这 些金属钠原子，并与炭生成嵌入化合物。金属钠也有可能以钠离子的形式电迁 移到炭块空隙内，然后在空隙的内壁上点解还原成金属钠再传质到谈快内部。 3.1.2 电解质在谈快中的渗透 试验研究发现，电解质熔体在阴极炭块种的渗透是在钠渗透之后进行的， 而且氟化钠的渗透深度大于冰晶石的渗透深度。在新槽启动时，电解质熔体滞 后于钠渗透的原因在于钠是以蒸气的形式向阴极炭块内进行扩散渗透的，而电 解质是以熔体离子的形式进行渗透的，它的扩散速度要比前者的扩散速度小得 多。在非电解质状况下，当电解槽中没有金属铝是，电解质不会向阴极炭块种 渗透。有铝存在的情况下金属铝会与电解质熔体组分种的氟化钠反应，产生金 属钠。这种金属钠以扩散的方式传输到阴极炭缝中，并与碳形成钠嵌入式化合 物。此化合物使电解质熔体与阴极炭块具有很好的湿润性，从而导致电解质向 炭块空隙内渗透，所以钠的渗透促使了电解质熔体向阴极炭块的渗透。 3.1.3 铝液在炭块种中的渗透 电解槽经焙烧热效应启动后，其较高的焙烧温度会使渗入阴极炭块的电解 质呈熔融状态，进入下层的防渗层。若温度低电解质在炭块内部凝固，并发生 化学反应，使炭块早期破损并产生裂缝。电解槽在启动时，倒入槽中的电解质 只是暂时起填缝作用。因为倒入铝水后分解的电解质将很快在阴极极化状态下 渗透，这样在以后的生产中铝液将随之渗透。 当电解质和铝液侵入炭素内衬时，引起炭块疏松、体积膨胀，于是阴极炭 12 块向上隆起，同时槽壳在其膨胀应力作用下发生变形，侧部向上鼓出。熔体填 充裂纹后，仍继续向下渗透，并于耐火砖发生化学反应生成铝硅酸盐。随着渗 透沉积物的不断增加，炭块和耐火砖的体积膨胀与灰白层的逐渐增厚相结合， 产生很大的上抬力，使阴极钢棒弯曲，炭块从中间向上隆起，炭块断裂，导致 炉底破损。 3.1.4 机械破损 当铝水在阴极炭块表面上时，会收到电解槽内部磁场、热场、电流场的等 因素的综合作用，产生局部环流而运动， 。流动的铝液会对炭块产生冲蚀作用， 有时还会形成冲蚀坑穴，直至到达阴极碳棒。阴极钢棒在高温冲蚀作用下将不 断熔化，使铝液中的铁含量急剧升高，影响原铝质量。渗入到阴极炭块底部的 电解质会与耐火材料发生反应，生成大量的碳钠化合物，逐渐形成槽底隆起。 炭块的强度降低后，如果遇到下部上抬力的作用，会造成阴极炭块断裂，缩短 电解槽的使用寿命。 3.1.5 电化学反应和化学反应腐蚀 在工业条件下，钠离子和铝离子因电位相近会部分共电析出。铝热反应从 氟化钠中置换出钠，部分气化溢出，部分渗入炭块中不断扩散: naena (1) 或 al3naf3naalf3 (2) 然后炭块中的钠会使炭块与电解质的湿润性增加，加剧了电解质熔体和钠 在阴极炭块中的渗透，渗入阴极炭块内的钠在微小的裂纹和裂缝中与渗透的电 解质发生如下反应，生成碳化铝： 3nana3alf66nafal (3) 4na3alf612na3cal4c324naf (4) 上述反应生成的碳化铝均可溶解于铝液中，使阴极炭块进一步遭到腐蚀， 加速了炭块的破损。 3.2 阴极破损的基本过程 3.2.1 物理过程 （1）热冲击 由于铝电解槽在运行过程中温度梯度过大，槽温不稳，使得 阴极内衬局部产生内应力而出现裂纹，脱落。 （2）热膨胀，收缩不匹配 阴极炭块受热会膨胀，捣固糊却因为沥青等粘 合剂的焦化而收缩。焙烧完成后，若底部炭块热膨胀不足以抵消捣固糊的收缩， 阴极内衬就会产生收缩裂纹。 （3）电流分布不均 电流分布不均会造成局部高温，在阴极炭块内衬产生 热应力而使其破损。 （4）电磁场作用 在电磁场作用下，铝液产生波动并带动氧化铝沉淀致使 13 炭块磨损。 3.2.2 物理化学过程 （1）钠渗透膨胀 金属钠通过界面反应与阴极炭块内城形成稳定的嵌层化 合物，由于其晶格大于炭素晶格尺寸而使炭块局部膨胀，产生内应力，导致阴 极内衬破损。碳，钠嵌层化合物的形成还减小了电解质和阴极内衬之间的界面 张力，促进电解质对阴极内衬的渗透。 （2）盐类晶体的生长 电解液向内衬渗透到低于其初晶温度的等温线后， 就会析出一些组分。在阴极炭块内渗入的电解质成分为 naf、na3alf6、及 - al2o3，其最低共熔点是 881。正常设计条件下，凝固等温线是位于耐火材料 层内，当其上移到阴极炭块之后，电解质组分在阴极炭块空隙中凝固晶格。晶 体的持续长大就会对其气孔壁产生压力而导致机械破损。 3.3.3 化学过程 高温下铝与碳作用生成 al4c3，产生化学和电化学腐蚀，使阴极内衬受损。 钠渗透入炭块内部，促使了电解质液及氧化铝与碳的反应，生成 al4c3，也同样 是阴极内衬受损。阴极内衬被氧化，表面变得疏松，强化钠和电解质的渗透。 14 4.影响槽寿命的因素 铝电解槽的阴极内衬是由炭块砌筑而成的，内衬材料的破坏最终会引起电 解槽停槽大修。因此，影响阴极内衬适用寿命的因素，也是影响电解槽寿命的 因素。造成阴极破损的因素很多，主要是电解槽的设计、筑炉材料和其质量、 电解槽的焙烧启动及日常管理生产等。其中，启动方法和日常操作对槽寿命的 影响最大。 4.1 电解槽物理场设计的影响 物理场对于槽内衬寿命的影响十分明显，所以好的磁场设计是延长电解槽 寿命的基础。槽内的电解质和铝液，由于受电流场和磁场的相互作用所产生的 电磁感应力的作用会发生旋转作用，对内衬起冲击作用。侧部炉帮受到高温熔 体的冲刷而被溶解，如果溶解速度不均匀程度较大，将会造成局部炉帮不能形 成，甚至连人造伸腿也被冲蚀，这样肯定会造成电解槽的早期破损。传统的电 解槽没有物理场的优化设计，导致电磁场的无序分布，铝液波动大，炉膛不能 形成最佳的平稳状态，槽结构受力不平衡，影响电解槽的节能降耗和内衬寿命。 4.2 电解槽筑炉材料的影响 铝电解槽的筑炉材料包括阴极炭块、侧部炭块、防渗材料、炉底保温砖、 耐火材料等。 4.2.1 阴极炭块的影响 热冲击引起的阴极炭块的破裂或裂缝是电解槽内衬破损的主要原因，特别 是无烟煤炭块采用电阻加热的方式时情况会更加严重。而在石墨含量较高的阴 极炭块上由于电流易均匀分布，发生此类问题的情况减少。 扎逢底糊的裂缝是由于糊料粒度配比及糊温不当。这样在高温下糊料受应 力不均匀，必然引起底糊与炭块见产生裂缝，致使铝液渗漏，造成损失。 阴极炭块和阴极钢棒的连接也是不容忽视的因素。阴极炭块与钢棒的接触处， 主要是燕尾槽到阴极表面的垂直距离，这是出现问题的主要部位。对电解槽破 损的影响主要是由内衬材料引起的。 侧部烧损也是影响槽寿命的一个主要原因。一般来说，侧部由于氧化而引 起的烧损主要有以下原因：侧部保温过强，生成的碳化铝或侧结乔融化使侧部 烧损。阴极钢棒与槽壳间空隙没有封好，空气从阴极棒孔进入侧部炭块后面， 氧化了侧部炭块。 15 4.2.2 耐火保温材料的影响 保温材料主要是用来对槽进行保温的。由于受到电解质或铝液的腐蚀，其 保温性能将发生变化。因此保温材料的性能影响着铝电解的经济指标和槽寿命。 4.2.3 捣固糊的影响 电解槽阴极渗铝大部分是在炭块缝隙间，主要是由于阴极捣固糊不能承受 槽内 的化学、热学和机械作用。实践证明，当槽底变形时，捣固糊会首先遭到 破坏。由于捣固糊的理化指标和施工方法的不当，使其部分结构产生缺陷，造 成停槽。这是引起电解槽寿命较短的一个重要的因素。而且捣固糊的加热温度， 捣固糊压力的大小，捣固角度也对捣固质量有一定的影响。 4.2.4 内衬筑炉施工的影响 好的施工可以使槽内衬较好地达到设计要求，从此减缓电解槽阴极破损， 延长电解槽的使用寿命。总结施工经验，具体化施工规程，增加施工方法，制 定严格的施工管理和质量检验规程都可提高施工质量。同一筑炉施工规程由两 个不同的施工单位进行筑炉，槽龄相差很大。由此可见，施工质量的好坏对电 解槽寿命的影响极为重要。 4.2.5 焙烧启动方法的影响 铝电解焙烧即铝电解槽由室温状态到点解状态的过程，是铝电解槽的必经 过程。焙烧的方法很多，比如：铝液焙烧、碳粒焙烧、火焰焙烧等。焙烧的目 的有以下几个方面：驱散出槽内衬材料中的水分；使槽内衬阴极炭块之间和阴 极炭块与侧部内衬之间的捣固糊烧结和炭化，并与内衬和炭块形成一个整体； 焙烧使电解槽得到较高的温度，不使启动时加入到槽内的熔融的电解质凝固， 也不使在炭块阴极表面生成一层凝固的电解质。 焙烧过程中使内衬按不同层次，一定梯度升温，以满足正常生产的需要。 均匀升温不致在内衬中产生过大的温度梯度，在内衬中产生均匀的热应力，避 免了内衬的早期破损。焙烧是电解槽最关键的操作之一，其质量好坏不仅影响 电解槽的运行，而且直接影响其寿命，关系到铝锭的生产成本和企业产品的竞 争力。 4.2.6 电解槽日常操作的影响 电解槽进入正常生产阶段后，我们就可以得到产品铝了。所以槽的日常操 作决定了槽寿命的长短和产品的产量和质量。一个好的阴极设计、优良的筑炉 材料、高质量的施工质量和焙烧启动方法，如果后期操作管理不当，也很难达 到高寿命的目的。 16 （1）平稳的供电制度是电解生产所必须的，电流的过高或过低都会直接或 间接地影响电解槽的破损。各种热差冲击易使阴极炭块产生裂纹，阴极钢棒变 形，最终引起电解槽破损。 （2）电解温度的高低既影响电流效率，又作用于电解槽的内衬结构，高温 下难生成炉帮。槽温高捣固糊固化收缩变化大，也为电解质和钠的侵入创造了 条件；槽温低，一方面加强阴极对金属钠的吸收，另一方面也通过影响炉膛等 间接起作用。所以电解温度在生产中是十分关键的因素，必须保持平稳。 （3）加工制度的合理化表现在阴极效应系数和炉膛的规整程度上，而三者 又是相互作用的。好的加工制度，能保证槽中氧化铝完全溶解又不至于发生阴 极效应，这样槽底就没有沉淀的产生。炉底压降小，电流效率升高；炉帮介壳 良好、规整，电解槽生产稳定；减少人为的干扰，电解槽的热平衡就不易被破 坏。从而延长槽寿命。 （4）分子比的控制不能忽视。低分子比时电解质呈酸性，可减少金属钠对 阴极的侵蚀。另外，还要减少病槽的出现。实践证明，病槽引起阴极破损的几 率较高，在异常槽中炭化铝的生成更为敏捷。从热力学角度看，高温下炭化铝 更易生成，特别是在沉淀中，在热槽、压槽、滚铝时，槽中碳大量生成，加重 对阴极内衬的侵蚀。 综合以上所述，要使电解槽正常生产，得到好的产品和高的经济效益，就 必须综合考虑各个因素的影响。认真分析各因素的影响机理，并制定出一套合 理又高效的日常操作规程，以保证阴极内衬的寿命，进而提高槽寿命，达到降 低生产成本、节约资源和能源、提高企业效益的目的。 17 5.延长电解槽寿命的方法 对于电解铝厂来说，影响铝电解生产成本和经济效益的一个重要因素是铝 电解槽寿命。延长电解槽寿命不仅仅是为了降低生产成本，更重要的是从环保 方面可以减少能源和材料的消耗，以及减轻从内衬上拆下的含氟化盐的固体废 料对环境的危害。 阴极内衬的破损直接关系到槽寿命的长短，因此提高阴极内衬的寿命也是 影响槽寿命的间接因素。影响电解槽寿命的主要因素有很多，只要从这些方面 入手，就能找到很多合理的方法来延长槽寿命。但各种方法并不是孤立的，而 是相辅相成的，只有各个环节都没有过失，才能保证电解槽正常运行，从而延 长电解槽的使用寿命。 5.1 合理的电解槽设计 为提高电解槽寿命，在电解槽设计上，就要建立起电解槽热、磁、电、电 磁流体学的数学模型，进而去设计电解槽。 （1）对电解槽的热设计来说，应该使电解槽阴极炭块底部与耐火材料或防 渗料相接触的地方温度在 850880之间。这样电解过程中渗透入阴极炭块的 电解质就会在阴极炭块底部凝固，形成的凝固层可防止熔融电解质进一步的渗 透，从而达到改进和提高阴极寿命的目的。 （2）对电解槽磁设计来说，可以通过模拟合理的电磁场为炉帮的形成提供 理论依据，并且可以使电解槽内各部位达到尽可能的磁平衡，不致使电解质受 磁场影响而发生扰动。 （3）在电解槽槽壳设计上，槽壳必须要有足够的刚度，这样才能保证电解 槽内的各接触面在电解过程中保持紧密。电解槽要有足够的刚度可抵御电解槽 内衬材料的热膨胀，钠渗透引起的 rapoport 效应。 5.2 选用优质的内衬材料 一般认为，内衬材料对电解槽寿命的影响占 10，电解槽阴极破损，主要 是指阴极炭块的破损。所以选择的内衬材料可以有效减少电解质对炭块的侵蚀， 延长槽寿命。选用高质量的筑炉材料，特别是高理化指标的阴极炭块和高质量 的捣固糊，能够非常有效地延长槽使用寿命。目前常用的阴极炭块又普通无烟 煤炭块，半石墨质炭块和石墨化炭块。国外许多大型；铝电解槽都采用石墨化 炭块，国内许多铝厂也在积极研制开发。另外，低收缩率的捣固糊也是提高槽 寿命的必然选择。 近几年，我国也在内衬材料的研发和应用方面取得了较大进展。其中一体 化成型 tib2c 复合层阴极炭块技术可使 tib2不脱落，持续起到惰性阴极材料 18 的良好作用，有效地抵抗了钠的侵蚀。另外，国产干式防渗料，耐高温砖硅酸 钙板，系列浇注料和新型保温砖等新材料的研究应用，效果相当明显，改善了 电解槽的生产条件吗，大大提高了槽寿命。 5.3 先进的筑炉工艺 有了高质量的原材料，还应该严格按技术规范进行砌筑，努力提高筑炉的 施工质量。 （1）阴极炭块要充分预热。这可使炭块和捣固糊之间的温差缩小，加强二 者之间的粘结性。现在主要采用电加热片区解决。 （2）捣固糊温度应尽可能控制在其技术条件规定范围内。加热时，一定要 保证捣固糊要热透，热度均匀。并且在使用过程中也要保持捣固糊的温度恒定， 以保证各扎固层之间紧密结合为一整体。 （3）耐火砖层和保温砖层从设计到砌筑必须有最大的耐腐蚀性。砖缝与绝 热砖致密度应接近，最好用绝热颗粒填入缝内，以防止形成空气穴。砖要交错 搭接，使砖缝不重合，砖缝应尽量少，以减少通向绝热层的通道。 （4）侧衬的筑炉必须保证侧部材料与槽壳粘接牢固，侧部材料之间也必须 紧密，联接，并完全用胶泥填充，防止铝液和电解质渗透。槽沿板与阴极钢棒 周围出口处必须密封好，以减少空气会侧部材料的氧化，延长侧部材料的使用 寿命。 （5）提高筑炉工器具的装备寿命，可以加速筑炉时间，最大程度达到技术 要求，减少人为误差，提高劳动生产率等。还应加强培训，提高筑炉工的操作 技能，以及端正其态度，增强其责任心，认真执行各程序要求。施工过程中应 实行自检、互检和专检相结合的检查制度，检查合格后方可进入下一道工序。 以此保证筑炉的质量。 5.4 先进合理的焙烧启动方法 综合生产实际情况和经济型，目前国内铝厂经常采用胶粒石墨混合焙烧， 湿法无效应启动。此法使高温铝液不直接接触槽底，防止了铝液渗透的几率。 在焙烧阶段，要定期测量槽膛温度，结合阴极电流分布来调整电流分布，保持 槽内温度均匀，同时密切注意槽内冰晶石熔化程度，严防槽内局部过热。 5.5 日常操作质量的控制 电解槽日常操作包括更换阳极，出铝，扎炉帮等，操作质量的好坏对电解 槽的稳定有重要的影响。换极和日常扎炉帮操作，可使电解槽处于稳定状态， 同时扎炉帮可减少因局部炉帮过空而使侧部导电。出铝操作主要是控制电解槽 的温度。每天出铝量不应变化过大，以免引起槽温波动。另外，出铝和换极应 错开。使两者产生的负面影响减到最小。 电解槽寿命的长短与各个相关因素是分不开的，所以在生产中，既要看到 各个因素的影响，也要看到各因素间的综合影响。采用较好的中间方法，统筹 各方法以使效果达到最佳来延长槽寿命，提高企业产品的质量和产量及经济效 19 益。 6 结论 铝电解槽