鋁電解槽是鋁電解生產(chǎn)的主要設(shè)備，鋁電解槽壽命的長(zhǎng)短不僅標(biāo)志著鋁電解槽工業(yè)的技術(shù)水平，而且直接關(guān)系到企業(yè)的生產(chǎn)穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)效益。因此，對(duì)槽壽命問題的研究一直是鋁電解生產(chǎn)、科研、設(shè)計(jì)各方面普遍關(guān)注的重要課題。

1 中鋁貴州分公司槽壽命現(xiàn)狀

貴州分公司160kA大型預(yù)焙槽是70年代末從日輕引進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備，設(shè)計(jì)槽壽命僅為1200天。多年來，經(jīng)過工程技術(shù)人員的消化、吸收和摸索，各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有了較大的進(jìn)步，槽壽命已從第一代槽平均壽命的1249. 32天延長(zhǎng)到目前的平均槽壽命1750天以上，部分生產(chǎn)槽齡已超過3000天，達(dá)到了世界先進(jìn)水平。表1列出了貴州分公司電解二、三系列160kA預(yù)焙槽近幾年的槽壽命情況。

目前，我國(guó)大型預(yù)焙槽平均壽命為1500天左右，而國(guó)外大型預(yù)焙槽壽命-般為2500～3000天，差距十分明顯。

2 影響鋁電解槽壽命的因素

鋁電解槽壽命的延長(zhǎng)受到各種條件的制約，概括起來，影響因素有以下幾個(gè)方面：

2.1 電解槽設(shè)計(jì)的合理性

電解槽設(shè)計(jì)的合理與否直接影響電解槽壽命，主要包括以下幾個(gè)方面：

2.1.1 電解槽的"三場(chǎng)"設(shè)計(jì)

電解槽的"三場(chǎng)"是與鋁電解槽過程密切相關(guān)的幾個(gè)物理場(chǎng)的總稱，包括電場(chǎng)、磁場(chǎng)、力場(chǎng)、熱場(chǎng)、流速場(chǎng)等。三場(chǎng)設(shè)計(jì)的主要目的是使電解槽在更穩(wěn)定的狀態(tài)下生產(chǎn)，使電解槽能較快形成規(guī)整爐膛、穩(wěn)定爐幫。減小鋁液在電解槽的波動(dòng)，降低鋁液流速，減弱對(duì)形成爐幫的沖刷作用，也使?fàn)t底炭塊間的溫度更趨于均勻，提高電解槽壽命。

2.1.2 內(nèi)襯設(shè)計(jì)

目前大型預(yù)焙槽內(nèi)襯的設(shè)計(jì)原則均為側(cè)部散熱、底部保溫，這樣有利于電解槽在啟動(dòng)后期盡快形成規(guī)整的爐膛。根據(jù)多年的生產(chǎn)實(shí)踐證明，我廠160kA電解槽的側(cè)部散熱不是很好，不易形成理想的爐幫，這對(duì)延長(zhǎng)槽壽命有-定的影響，

2.1.3 槽殼結(jié)構(gòu)與槽型設(shè)計(jì)

槽殼結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵在于側(cè)部，特別是大面結(jié)構(gòu)。側(cè)部結(jié)構(gòu)一般設(shè)計(jì)為通風(fēng)散熱型，以降低側(cè)部鋼板溫度，利于爐幫生成。我廠160kA預(yù)焙槽采取的是單圍帶搖籃架結(jié)構(gòu)，由于設(shè)置了二翼板，影響氣流通過。側(cè)部槽殼溫度相對(duì)較高。

2.1.4 母線設(shè)計(jì)

電解槽母線配置直接影響槽內(nèi)磁場(chǎng)的分布，應(yīng)盡可能使之均勻分布，降低鋁液和電解質(zhì)的流動(dòng)沖刷。

2.2 筑爐材料的選擇和砌筑質(zhì)量

陰極爐膛砌筑所用的材料品種繁多，形狀各異，砌筑方法也比較復(fù)雜，與電解槽壽命的關(guān)系密切?，F(xiàn)在使用較多的干防滲料、側(cè)部異型碳?jí)K、碳化硅側(cè)部碳?jí)K等均屬于此類。選購(gòu)砌筑材料時(shí)應(yīng)嚴(yán)格參照并符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，砌筑時(shí)須嚴(yán)格按工藝技術(shù)規(guī)程和崗位操作規(guī)程進(jìn)行。

2. 3 炭塊質(zhì)量和組裝質(zhì)量

鋁電解槽陰極炭塊直接與高溫腐蝕性電解質(zhì)熔鹽接觸，炭塊質(zhì)量和組裝質(zhì)量對(duì)提高槽壽命有決定性影響。

2. 4 電解槽的焙燒啟動(dòng)及正常生產(chǎn)期管理

2. 4. 1 焙燒

預(yù)焙槽的焙燒，主要是烘干爐體、燒結(jié)底部炭糊并提高陽極和陰極溫度，以利于下一步的啟動(dòng)。目前鋁工業(yè)一般采用三種焙燒方法，即鋁液焙燒、炭粒(粉)焙燒和燃料焙燒。我公司目前生產(chǎn)槽多數(shù)采用的是鋁液焙燒，混合料(石墨粉+煅后焦)焙燒法正逐步普及，通過資料了解，燃料焙燒法目前國(guó)內(nèi)只有平果鋁廠試驗(yàn)過，也獲得了成功。

2. 4.2 啟動(dòng)

鋁電解槽的啟動(dòng)是使電解槽從焙燒結(jié)束轉(zhuǎn)入正常生產(chǎn)的過程。啟動(dòng)可分為干法啟動(dòng)和濕法啟動(dòng)，其目的是通過電流產(chǎn)生的熱量熔化冰晶石等原料形成鋁電解生產(chǎn)所必須的電解質(zhì)，同時(shí)進(jìn)一步加熱爐內(nèi)襯及清除槽內(nèi)雜物如炭渣等。啟動(dòng)過程應(yīng)視焙燒情況盡量減小對(duì)爐內(nèi)襯的熱沖擊。啟動(dòng)后期要保持較高的電壓和陽極效應(yīng)系數(shù)，使電解槽逐漸建立起穩(wěn)定的能量平衡和物料平衡，使槽子盡快形成規(guī)整爐膛。啟動(dòng)時(shí)盡可能避免采用干法啟動(dòng)，以免產(chǎn)生早期破損。

2. 4. 3 正常期的生產(chǎn)管理

在正常生產(chǎn)期間，技術(shù)條件的選擇和平穩(wěn)保持對(duì)電解槽壽命有著重要意義。只有保持平穩(wěn)的技術(shù)條件，抓好正常生產(chǎn)期間的熱量、能量和物料平衡，才能取得良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，避免電解槽早期破損。

3 延長(zhǎng)電解槽壽命的措施

3. 1 炭素廠要生產(chǎn)出高質(zhì)量的陰極炭塊和糊料

電解槽內(nèi)襯材料主要是炭素材料、耐火材料和保溫材料，其中最關(guān)鍵的材料就是陰極炭塊和糊料 (包括鋼棒糊、炭間糊、周圍糊等)。貴州分公司生產(chǎn)的陰極炭塊，是全國(guó)最好的產(chǎn)品之一，在嚴(yán)格控制進(jìn)廠原料如瀝青、煤焦油、無煙煤、瀝青焦質(zhì)量的前提下嚴(yán)格控制好如燃燒、配料、混捏、成型、焙燒等工序的工藝技術(shù)條件，生產(chǎn)出符合表2和表3質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)質(zhì)碳?jí)K和陰極糊產(chǎn)品供電解生產(chǎn)使用。

3.2 提高電解槽內(nèi)襯的砌筑安裝質(zhì)量

電解槽內(nèi)襯砌筑安裝質(zhì)量的好壞直接影響電解槽壽命，必須抓好電解槽內(nèi)襯的每一步安裝砌筑，特別要抓好側(cè)部碳?jí)K砌筑和邊縫扎糊工序的質(zhì)量。如側(cè)部碳?jí)K與槽殼間有縫隙，中間夾有空氣，則增加側(cè)部熱阻，不利于側(cè)部爐幫的形成。如扎糊不良，則熔體會(huì)通過其間縫向下滲透，輕者使?fàn)t體隆起，重者熔體直接滲透到陰極鋼棒，熔化鋼棒從鋼棒窗口竄出槽外，造成漏爐。

3. 2.1 確定扎固施工方案

根據(jù)扎固施工尺寸確定扎固糊的種類及壓縮比、用量，并根據(jù)不同糊料的性質(zhì)確定施工的工藝參數(shù)及搗固方法。對(duì)不同電解槽，其周圍糊、立縫的尺寸不盡相同，

3. 2. 2 扎固施工中必須嚴(yán)格控制的重要工藝參數(shù)

a壓縮比

根據(jù)電解生產(chǎn)實(shí)踐，電解槽焙燒不充分或內(nèi)襯中含水分過大都容易導(dǎo)致電解槽的早期破損，這是因?yàn)檎Ｇ闆r下，內(nèi)襯中的水分在焙燒、啟動(dòng)、生產(chǎn)時(shí)，將會(huì)緩慢從內(nèi)襯中釋放出來;如果啟動(dòng)初期電解槽底部溫度較低，水分沒有完全蒸發(fā)，當(dāng)達(dá)到正常溫度時(shí)，水分全部蒸發(fā)，使內(nèi)襯中(主要是扎固糊)水蒸汽壓力過大，從側(cè)部陰極鋼棒窗口和碳?jí)K向上的縫隙中擠出，則可能導(dǎo)致內(nèi)村破損。壓縮比決定了扎固后碳糊的密實(shí)程度和內(nèi)襯強(qiáng)度及水分含量， 必須嚴(yán)格控制在要求的1.55∶1以上。

b溫度

我廠采取熱扎固的扎固方法，溫度控制至關(guān)重要。它包括糊料溫度、碳?jí)K溫度和槽基溫度等。在熱扎固施工中若溫度控制不好會(huì)導(dǎo)致碳糊扎后開裂而造成內(nèi)襯破損，一般熱扎固溫度控制在70℃～120℃之間。

c風(fēng)壓

我廠采用的是風(fēng)動(dòng)搗固機(jī)，要求扎固時(shí)各風(fēng)動(dòng)搗固機(jī)的分管風(fēng)壓不低于5.5kg/cm2。

d時(shí)間

在熱扎過程中，周圍糊是分區(qū)扎固，由于面積大，一般要分兩次才能扎固完成，因此會(huì)產(chǎn)生接頭。若兩次扎固時(shí)間相隔太久就會(huì)造成接頭處因糊料冷卻形成分層，因而兩次扎固時(shí)間間隔應(yīng)盡量短。

在扎固施工過程中必須對(duì)以上參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格控制，對(duì)施工的每一個(gè)步驟質(zhì)量進(jìn)行認(rèn)真檢查。

3.3 嚴(yán)格按工藝規(guī)程加強(qiáng)電解槽的焙燒啟動(dòng)管理

電解槽焙燒的原則是使陰極燒成一個(gè)整體，升溫一定均勻。無論是鋁液焙燒還是我公司自行研發(fā)的混合料焙燒，在電解槽通電后最重要的管理就是穩(wěn)步控制升溫速度，嚴(yán)格按焙燒升溫曲線進(jìn)行溫度管理，切忌溫度大起大落。

啟動(dòng)電解槽的首要原則是使槽內(nèi)襯溫度均勻分布，不致形成過大的溫度梯度，啟動(dòng)時(shí)盡量采用濕法啟動(dòng)，并適當(dāng)控制人工效應(yīng)電壓和時(shí)間。啟動(dòng)后制訂合理的技術(shù)條件，使電解槽盡快向正常生產(chǎn)階段發(fā)展。啟動(dòng)初期盡可能少進(jìn)行邊部加工作業(yè)，依靠自然結(jié)晶形成爐幫。

3. 4 注重正常生產(chǎn)期的管理

延長(zhǎng)電解槽壽命的關(guān)鍵是加強(qiáng)其正常生產(chǎn)期管理。正常生產(chǎn)管理的內(nèi)容是采用合理的工藝技術(shù)條件("四低一高")，始終保持電解槽規(guī)整的爐膛。因此正常生產(chǎn)期就要建立電解槽理想的能量平衡狀態(tài)、物料平衡狀態(tài)、電磁場(chǎng)平衡狀態(tài)等。這方面的論述較多，在此不再說明。