240KA电解槽侧部钢板发红原因及对策.doc

240KA电解槽侧部钢板发红的原因及对策卢琳(南平铝业有限公司 福建 南平 353000)摘要：本文从生产设备、操作质量、电解工艺等方面分析了240KA电解槽侧部钢板发红的的原因及对策，并指出消除侧部钢板发红的关健措施是侧部建立稳定的槽帮。关键词：侧部钢板 电流 槽温 热平衡 槽帮 1 前言在2004年度中，由于外部供电的影响， 南平铝业240KA电解槽实行限电流生产，电流长期在230235KA之间运行，为了适应外部供电特点，电解部对240KA电解槽的工艺作了适当的调整，首先是适当下调电解槽的铝水平，和上提电解质水平，以确保电解槽炉底的结净，其次是适当上提电解槽温度，这样的工艺调整对变电流生产是适当的，进入2005年度三月中旬，外部供电形势有好转，四月份240KA电解实行全电流生产，生产电流在较短的时间内从230KA上提到240KA，到四月中旬，由于在较短的时间内电解工艺变化太大，电解槽缺少工艺变化过度期，使电解槽槽况出现不稳定的现象，表现为阳极效应增多，其次是电解槽的硅含量逐渐上升，到四月底电解两工段铝水品位为99.85的电解槽仅为4台，两工段平均硅含量达0.1008，再其次两工段电解槽针振较多，严重影响到电解槽的平稳运行。进入五月份，发现两工段槽壳温度较高的槽大幅度的增多，部分槽槽壳温度达到500度以上，出现红槽现象，红槽现象严重影响到电解槽的安全运行。2 造成侧部钢板发红主要的原因2.1 电解槽短时间内运行电流变化大电解槽电流从230KA升至240KA所用时间短，在变电流生产时，电解槽的铝水平较低，使电解槽热梯度往下移，这样有利于电解槽的炉底洁净，而当电解槽电流迅速上升后，输入的能量较多，而铝水平没有及时上提，低铝水平的特点是，使电解槽的部分热量向炉底及侧部转移，为了散热，所以不得不熔化槽帮，造成侧部钢板发红。2.2部分槽侧部炭化硅砖脱落240KA电解槽侧部贴炭块与炭化硅砖复合块，由于炭块与炭化硅的膨涨系数不同，当内侧炭块受热不均时，会上顶贴在炭块表面的炭化硅砖，造成炭化硅砖开裂脱落，侧部炉衬复合结构的碳化硅砖脱层断离，侧部炭块失去炭化硅砖的保护后，会造成侧部炭块的氧化，剩存的90mm厚的普通炭块抗氧化腐蚀性能较差，或被电解质浸蚀，炭块厚度逐步减薄，最后造成侧部钢板温度升高。2.3电解槽电流分布有一定问题通过我们实测，发现许多槽大面钢板易发红的部位主要在A7A8、B4B5位置，通过测电流分布发现第四立柱电流分布明显较高，同时B面靠中阳极电流分布也较大，由于电流过份集中，这些部位侧部易发红。2.4槽型设计存在缺陷240KA电解槽单位面积热熔量大，所以对侧部散热要求较高，但我们的是窄炉面，其加工面为280*390较窄，电解槽槽壳又置于操作楼板之下，散热差，炉帮难形成。这个问题存在于槽四周的侧部炉衬，对槽寿命和安全生产威胁很大。2.5出铝端操作不规范出铝端易发红的主要原因是操作不规范，由于出铝端常进行出铝、洗效应、取电解质、加氟盐等常规作业，出铝口常打开，出铝口炭块与空气接触机会增多，出铝口位置太靠边部，出铝口径大，形成的炉帮不断地被打掉破坏，会造成出铝口侧部炭块氧化，同时洗效应时，会剧烈搅动电解质与铝水，出铝端侧部会被电解质与铝水长期冲刷，造成炭化硅砖与炭块脱落，引起侧部发红。 2.6部分槽工艺不稳定部分槽阳极效应多，阳极效应时，在短时间内输入的能量多，且效应时，铝水也会冲刷侧部，造成侧部炉帮熔化，引起侧部钢板发红。部分槽槽温波动大，一会儿冷槽，一会儿热槽，槽温大起大落，这部分槽总是走不出化槽帮建槽帮再熔化槽帮的怪圈。同时还有一部分槽长期分子比过低，炉底结壳严重，水平电流增加，造成部分电流从侧部通过使侧部易发红，如电解一工段118槽,此槽先是冷槽，再后来是热槽，后又走为冷槽，此槽侧部长期温度较高，长期吹风，由于冷槽的炉底状况较差，水平电流大，常常伴随电压摆现象，电压摆不但剧烈冲刷炉帮还降低电流效率，产生附加电压，增加热收入，破外电解槽的热平衡，长期冷槽形成的伸腿是电与热的不良导体，阻碍了热量散失，加剧了上口炉帮的散热压力，电解槽侧部极距部位受流体剧烈冲刷和热平衡的双重作用，炉帮被首先破坏。如果电解槽的冷热行程反复进行，侧部碳块将长期被铝水和电解质交替腐蚀、磨损最终导致槽壳发红。3 侧部钢板发红解决措施纵观以上的分析原因，发现造成电解槽侧部发红的最直接的原因是，由于热平衡不合理造成的，判断热平衡是否合理的标准是炉帮形状，在5月份时，当时240KA电解槽侧部没有一层稳定牢固的槽帮，当时我们分别测了二工段202#A6、206#A1、207#A1、205#A1的槽帮，测出来的炉帮厚度不厚，最多是2cm，最少是负3cm，虽说电解槽槽帮有一部分，但不均匀，且不厚，抗冲击能力不强，为了提高槽子的抗冲击力，就要求建立稳定牢固的槽帮，如图1所示：图1 电解槽侧部槽帮示意图而槽帮的建立又与电解槽的热平衡密切相关，在生产操作过程中，技术条件成为影响槽热平衡的关键因素，在电解槽已经定型的情况下，只有通过摸索，找出一套适应已设计好热平衡的电解槽的技术条件的优化组合，最大限度的进行补偿设计中的不足，而如何保持热平衡，是我们永远追求的目标，稳定良好的热平衡，是保持电解槽各项技术指标的关键，反过来，合理优化的生产技术条件又是稳定槽子热平衡的基础。所以我们在实际操作中，一切工作都围着建立稳定牢固的槽帮运转，而影响槽子热平衡的因素很多，如电解质成分、铝水平，更换阳极、出铝、氧化铝加料量、阳极效应、电压等，如何将各种因素有机的结合在一起，形成一套可行的、合理的生产技术匹配关系，尽可能小的破坏槽子的热平衡，使槽子始终处于稳定的生产状态，下面就将各种措施叙述如下：3.1作业组加强巡视检测在刚出现侧部钢板发红时，作业组比较紧张，对侧部温度稍偏高的槽，作业组就组织组员点扎，点扎后直接用氧化铝覆盖，但过一段时间后，这些点扎过的槽子不但没有好转，反而发红部位更多，比如二工段203槽，当时最先发红的部位是A7部位，作业组几乎每班都点扎该处，但结果是此处发红不但没好转，没几天发红部位反而漫延到全槽，炉底温度最高达250度以上，这是因为，此处点扎后，同时加入冷料较多，会造成此处不导电，电流又会向其它部位转移，电流交替转移会引起电流分布紊乱，易针振，同时其它部位电流升高后，易引起该部位钢板温度升高或发红；当点扎后，短时间内加入的料较多，氧化铝浓度较高，电解槽消耗不了，计算机程序自动实行长时间欠量加工，当两次加料间隔时间延长后，增加了电解质的溶解热与反应热,电解温度走热行程，技术组后敏锐发现，对侧部钢板温度偏高的槽不能一概点扎，最后建议工段，对侧部钢板温度高的槽，如槽温没达到480度以上，不宜点扎，应开微风吹，多加强巡视，如确实是槽壳已经发红，点扎后不能加氧化铝覆盖，而改为让它自然冷却后用破碎块或清包块覆盖。3.2稳定工艺工艺的大起大落，会严重的破坏电解槽的热平衡，其结果是炉帮熔化，硅含量升高，槽膛变大，电解槽针振，严重影响到电解槽的电流效率，所以对工艺控制按规定的工艺技术条件保持稳定，以炉帮控制为中心，以温度控制主线的指导思想，及时调整合理匹配技术参数，保证电解槽能量平衡与物料平衡，确保电解槽平衡运行，防止电解槽出现波动。为了稳定炉帮，在工艺控制上，采用中分子比（2.370.02），低氧化铝浓度(2.5)，低电解温度（9546），特别忌讳电解槽分子比保持过低，造成炉底结壳，工艺参数不变动，或少变动，特别不要轻易猛提电压，短时间内猛电压与发生阳极效应性质一样,后果是槽温升高，炉帮熔化,槽膛变大。3.3适当上提铝水平近年来，国内开发的200KA以上大型预焙槽都不约而同地采取高铝水工艺制度，主要有以下原因：铝水是电与热的良导体，提高铝水平后，增加了电解槽的容量，提高电解槽溶池散热能力，使电解槽温度梯度朝上移，电解槽槽体的等温线更合理分布；提高铝水平还有利于槽内电解质过热度均匀分布，减弱铝液非同向交错运动造成的液面隆起，增加流体运动阻力，同时可降低电解槽过热度，从而有利于伸腿和炉帮形成；高铝水平可以弥补磁场设计的缺陷，使铝液更稳定，同时氧化铝浓度智能模糊控制技术为高铝水工艺的炉底控制创造了条件。在提高铝水平的过程中，按步骤进行，目的是建立规整炉膛，分子比和铝水平是促进炉帮形成的两个相互影响的因素，适当提高分子比是提高铝水平的前期准备工作，是预防电解槽趋冷的必要措施。所以在操作上首先是上提分子比，上提槽温，再逐步上提铝水平，留铝水的过程中不能一步到位，而是分阶段进行，后工段在6、7月份分两个月时间留铝，铝水平从1821cm，上提到2023cm。3.4规范出铝口位置出铝口位置要处于出铝打击头位置，口径不大于180mm；出铝完后要撒氧化铝料结成薄壳。这项工作工段在6月份开始执行，并把本项列入出铝工检查考核。3.5降低极上保温料的厚度极上保温料是维持电解槽热平衡的重要因素。由于氧化铝壳块和粉状氧化铝导热系数相差较大，而极上保温料主要以结壳块的形式存在，而不是以粉状形式存在，因此，增减极上保温料能起调节槽子热量的作用，通过增减极上保温料厚度，调节电解槽热支出，加厚氧化铝壳块的厚度是降低电解质结壳表面热损失最好的办法，较厚的保温料还可防止阳极氧化，对降低阳极炭耗也有一定的好处。但过厚的保温料容易导致阳极钢爪发红，造成阳极脱落；过剩的热量会从侧部散失，使炉帮破坏，如工段出铝端易发红，与出铝端阳极保温料较厚有一定关系，最后把保温料的厚度从16cm降为12cm。3.6改善侧部散热清净散热孔、散热带、各层槽围板的积料，禁止楼面料往小面间缝清扫；小面靠边部的保温料适当减薄，以改善侧部散热，形成炉帮。3.7提高换极质量加强作业组的换极质量，换极时间要快，且要勾净壳块，新极定位准确，调极针振不能太多，作业长要监督执行天车工的换极质量，换极打边缝不能太靠槽沿板边部，切忌把槽帮或炭化硅砖打坏，换角部极时，尽量把炉底料扒到小面出铝口边部夯实，以利于槽帮的形成。3.8尽量缩短效应时间与系数因堵料、冒料、缺料或其它设备故障没及时发现造成突发效应占相当一部分比例，所以工段统一操作，每班安排两人专职负责巡视，发现问题及时解决，电解槽因堵料、或其它原因发生效应，从动态曲线与历史曲线能观测，所以要求作业长也应学会曲线分析，把效应消灭在萌芽状态。4实施效果 以上工作从今年6月份开始逐步实施，从实施效果来分析，取得了阶段性的成果，下表列出了实施以上措施后，电解两工段主要技术指标对比表。表1 240KA电解槽410月主要技术指标月份Si%一级品率（）AE系数槽日产（Kg/d）直流电耗（Kwh/t）40.101 50.3521796.81322050.094 180.3571818.31314260.098 160.3861750.31356770.084 480.2891782.81339580.080 610.2591809.91318890.073 730.2061817.513173100.067 750.2111820.413211 从表上可见，从今年7月份开始，电解槽的硅含量陡然下降，铝水品位99.85的槽增多，说明电解槽的侧部有形成一定厚度炉帮，在炉帮形成过程中，8月份测量两工段的炉底压降，并没有明显升高，而阳极效应也逐月减少，说明电解槽热收支较合理，热平衡较稳定，各项工艺参数的搭配适宜。侧部形成一层保护性的炉帮后，侧部钢板高温槽大幅度减少，在今年5月底6月初时，电解两工段最高峰时，出现20多台侧部钢板温度较高的槽，其中发红槽每天也有34台，供给工段开5台空压机气压才够使用，但到今年9月底，两工段已全部“消灭”了发红槽，只偶尔出现12台侧部温度稍高的槽，在10月份118槽曾出现铝水品位达99.90，前几个月常吹此槽，而现在此槽侧部钢板温度正常，这说明我们处理侧部钢板发红槽的方法是正确的，在这期间没出现一台槽侧部因发红而从侧部漏炉事故，延长了电解槽的寿命，对槽寿命延长后的经济效益，很难用具体的数值计算。 其次是电解槽品位大幅度提高，到10月底电解两工段铝水品位99.85的槽达60台，一级品率达75，硅含量平均仅为0.067 ，与4月份相比高品位槽增