1、300KA 超大型预焙电解槽炉帮形成的探讨（洛阳豫港龙泉铝业有限公司 河南伊川 471300）摘 要：本文通过洛阳豫港龙泉铝业有限公司 20 万吨 300KA 大型预焙电解槽的技术特点进行分析探讨，通过槽型设计优化改进， 对电解槽各项工艺参数和操作质量进行优化配制，使电解槽形成了规整、 坚固的炉帮，取得了良好的效果。关键词： 300KA 电解槽 技术条件 炉帮形成1 前言自 2002 年以来，我国相继投产了数家 300KA 特大型中间下料预焙槽系列，豫港龙泉铝业有限公司是在全国第一家采用这一槽型的厂家，而这一槽型的关键技术也就是如何解决炉帮形成问题。电解槽三场（磁场、热场、力场）的合理配制是炉
2、帮形成的基础，启动时非正常期的正确管理是炉帮形成的关键。正常期各种技术条件的合理搭配又对炉帮的形成起到了延伸和保护作用，洛阳豫港龙泉铝业有限公司 300KA 改进型 20 万吨系列对上述问题做了深入细致的研究并进行了合理的改进，合理科学发解决了炉帮形成问题，为同类槽型的管理起到了很好的借鉴作用。2 存在的问题河南豫港龙泉铝业在限公司一期 256 台超大型中间下料预焙阳极电解槽于 2002 年 6 月 16 日通电焙烧，11 月 21 日全部启动结束，12 月底 256 台电解槽综合电流效率完成 91.35%，2003 年 16 月电流效率达 93.76%（整流效率为 97.4%） ，原铝品位
3、Al 99.70 以上铝达到 100%。2004 年电流效率在下滑趋势，原铝中的硅铁含量开始上升，一部分槽相继出现了侧部碳化硅砖粉化、钢窗发红、原铝质量下降等现象，给生产带来了一系列问题，为了解决这一问题，我们制定了“一压、二扎、三补”的措施，即对炉帮发空的地方进行人工压壳加工，不作大的加工处理，而对钢窗发红严重的部位进行扎边加工，另外对粉化比较严重的地方进行不停槽补炉处理，这一措施的实行虽然在一定程度上扼制了炉帮的粉化、发红，但也存在着一定的弊病：一是人员劳动强度增大；二是部分料块进入炉底造成伸腿肥大、炉底压降增大；三是对槽子人为影响较大，槽子不时出现电压波动现象，四是修补侧部费用较高，多功
4、能机组使用频繁，每补一米需花费 5300 元左右，增加了吨铝成本。3 炉帮形成机理31 电解槽物理场存在着差异电解槽物理场是包括电磁场、热场、力场在内的统一体系，优化热场，可以使电解槽在最佳的热平衡状态下工作，达到炉帮的自然形成，优化流体场可减少铝的二次反应和电能损失，优化力场可防止受力失衡而造成槽壳的变形和内衫的损伤。这三者是一个辩证统一的物理场1。而我们通过多次阴、阳极电流分布测试从图 1 可以看出，图 1 109#阳 极 电 流 分 布 图02468101214161 2 3 4 5 6 7 8 9 10极 号阳极电流（KA）A侧B侧109#槽阳极电流分布情况，出电端（B 面）电流都大于
5、进电端（A 面）尤其是 B4B5B9 的位置电流较大，炉帮较薄，碳化硅侧块粉化较为严重。32 电化学与流速的侵蚀电化学侵蚀是碳化硅侧块常见的破损原因，在电解质铝液界面附近至阴极表面的范围内出现2，另外槽内的铝液以平均 6cm/s 的速度不停流动3，电解质与铝液的界面对侧块的冲刷较为严重，使侧块逐渐损耗变薄。33 空气氧化随着阳极在反应中的逐渐下降，侧部壳面随之下降，由于壳面过硬，往往造成大面侧部与碳化硅侧块中间出现 12cm 的缝隙形成空气通道，另外侧块温度较高，侧块与灼热的空气接触就会氧化、掉渣而被粉化。34 钠侵蚀电解质中钠粒子渗透性较强，随着电解过程钠粒子的不断析出，钠粒子逐步渗透到碳化
6、硅砖中，并使碳化硅砖彭涨、疏松，这种侵蚀和空气氧化同时发生。35 非正常期管理与分子比调整过快在电解槽启动直至形成规整炉膛的这一时期要保持较高的分子比，以确保形成坚固而又稳定的高分子比炉帮，大约需用时间 14个月，在这期间分子比下降过快，铝水平上升过快致使槽温大幅下降而形成的“软炉膛”经不起生产实践中高温的“考验” ，而被逐渐溶化掉，使侧部碳化硅块裸露直接与电解质液接触，而被冲刷侵蚀、变薄。36 效应的影响在电解生产中，效应是检验电解槽物料平衡的重要手段，根据公式 Q=UIT 可以看出，随着效应电压的升高和效应时间的延长，槽内的热收入急剧增大，短时间内可快速溶化炉帮，使炉帮消耗变薄，一个正常效
7、应可消耗 13cm 的炉帮。37 过热度的影响过热度是溶池温度与液相线温度之差，一般过热度控制在58 较为适宜，过热度小于 5电解质发粘流动性变差，氧化铝溶解性变差，炉底易造成沉淀，若沉淀物时间较长则逐步变为结壳，使槽底压降增大，槽内水平电流过大，电流分布紊乱，溶化炉帮，电效下降，过热度大于 10，电解质流速加快氧化铝溶解度变好，虽然可以短时间内增大电流效率，但对炉帮的冲蚀和溶化也随之加剧。另外，槽型侧部散热和厂房的空气对流对炉帮的形成也有一定的影响。4 炉帮形成的措施针对上述的各种原因我们做了科学的论证和研究并对二期系列采取了以下改进措施。411 优化设计首先解决空气对流问题，将电解厂房 0
8、 米层由原来的 2.6 米抬高到 3 米，电解槽原高不变，并且在电解槽的两端设置风格板，增大空气对流量；另外厂房天窗安装空气自吸装置，使 0 米空气的对流量明显加大，散热效果显著提高。其次又增加了两侧翼板，增大了单槽散热面积。如图 2、图 3 所示：412 加高侧部伸腿侧部伸腿在原基础上加高 8cm，这样可使电解质与铝液的界面在侧部伸腿以下，避免了铝液界面在流动过程中对碳化硅块的直接冲刷。413 改四点下料为六点下料降低了炉底沉淀的可能性，增大了垂直电流，减少了水平电流对炉帮的侵蚀。42 加强大面整形，减少空气氧化电解槽大面保温料厚度根据气候条件，冬季保持在 1618cm，图 2 伊川铝厂 3
9、00KA 电解厂房 图 3 伊川铝厂 300KA电解槽与地坪的高度夏季保持在 1416cm，另外在保持阳极不氧化的前提下尽量减薄斜坡的厚度，40%的热量从大面和斜坡散出，大面整形工作每周评比两次，从 2004 年坚持至今，在促使侧部炉帮形成方面取得了良好的经验和效果，如图 4、图 5 所示。43 合理配制工艺技术条件。启动初期技术条件的合理控制对炉帮的形成是至关重要的，尤其对分子比、槽电压、两水平的控制，我们制定了较为祥细的方案4，如表 3 所示，到启动后四个月，一个耐高温的高分子比规整的炉膛已基本形成，但在第五、第六两个月我们采用仿生学管理，勤调、微调技术条件，使电解槽逐步走完过度期，步入正
10、常生产期。表 1 豫港龙泉铝业有限公司非正常期技术条件管理时间（h）启动后（3h）6h 12h 18h 24h 48h 72h 90h 120h第 6天第 7天第 2周第 3周第 4周第 2 个月第 3 个月第 4 个月电压（v）8 67 5 4.8 4.7 4.6 4.5 4.4 4.3 4.2 4.19 4.18 4.17 4.16 4.15分子比 2.93.0 2.9 2.92.7 2.72.5 2.52.4 2.42.3质水平（cm）3035 2830 2325 2224 2022铝水平（cm）1517 1618 1820 2022 2123槽温（）980995 975985 9659
11、75 960970 955965图 4 伊川铝厂电解槽大面整形 图 5 伊川铝厂电解槽极上保温料整形44 保持较低的阳极效应系数阳极效应虽然能够判断物料平衡状况，净化炉膛和阳极底掌，有利于碳渣的分离等诸多好处，但效应过多会给电解槽带来不良影响，特别是对炉帮的影响较大，因此效应在不同的管理期应有合适的效应系数和效应时间，应尽量减少效应热量对侧部炉帮的冲击。表 2 豫港龙泉铝业有限公司非正常期 AE 系数的管理时间 前两周 第 3 周第 4周 第二个月 第三个 月 第四个月 第五个月 第六个月 以后AE 系数 1.51.8 1 0.8 0.40.5 0.2 0.15 0.10.1545 过热度管理
12、引入九区控制管理新模式，对电解槽实行数据管理，尽量保持电解槽过热度控制在 58之间，给炉帮的形成和保持创造一个良好的环境。5 效果评价：我们公司第二个系列在采取上述各项措施后炉帮形成良好，一、二工段 86 台槽从 2004 年 10 月份启动至今，已生产了二十个月，目前硅含量平均在 0.023%左右，铁含量在 0.09%0.11%之间，测试的炉帮厚度如表 3 所示炉帮不出现发红现象。由于其它原因，我们对423#槽进行了解剖分析，取样情况如表 4：表 3 炉帮厚度测量表单位：cm槽号 234# 235# 236# 237# 238# 434# 435# 436# 437# 438# 606# 6
13、07# 608# 609# 610#极号 A23 A23 A89 A23 A23 A23 A23 A89 A89 A23 A89 A89 A23 A23 A23厚度 12.5 13 10 15 15 17 13.5 14.5 13.5 14 13 15 12 17 15极号 B45 B45 B45 B45 B45 B45 B45 B45 B45 B45 B45 B45 B45 B45 B45厚度 11.5 15 15 13 11.5 8.5 15.5 16 12 13.5 8.5 12 10.5 15 13A 面B 面:423#槽炉帮断面取样点如图所示：表 4 423#槽炉帮取样分析表样号 B
14、21 B22 B23 B24 B25 B26 B27 B28 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8氧化铝 1.74 1.34 1.94 1.18 1.76 3.28 9.38 20.2 0.12 5.90 19.9 5.16 3.26 3.50 4.54 23.2分子比 2.37 2.64 2.87 2.97 2.74 2.84 2.78 2.88 2.50 2.78 2.78 2.92 2.68 2.88 2.28 2.92氟化钙 5.82 4.55 5.75 4.05 4.41 4.78 3.73 3.30 3.78 6.89 6.60 4.08 4.71 4.90 4.56 2
15、.30从表 3 可以看出：炉帮的分子比从侧砖到炉膛呈明显的阶梯状排列，这说明启动初期各项技术条件配制比较合理，初期形成炉帮的分子比都在 2.83.0 之间，厚度在 24cm，分子比在 2.62.8 之间形成的炉帮厚度在 37cm，分子比在 2.32.6 之间形成的炉帮厚度在45cm，总体炉帮厚度在 1315cm 不等。我们把刨炉后的炉帮进行称重，总重量为 1.2 吨左右，炉帮的形状和厚度如图 6、图 7 所示。出铝端55A1AAA1 A3A2B1 B2 B3T D 423#槽取样图6 结论通过各方面的改进和各种技术条件的合理配制，使我公司第二系列 20 万吨 300KA 超大型电解槽形成了耐高温、耐冲刷、坚固、规整的高分子比炉帮。槽寿命预计超过 2000 天，取得了较好的工厂效益和社会效益，为同类槽型的管理起到了很好的借鉴作用。参考文献：1 解正业 陈国强 景翠琳浅谈大型预焙槽的炉帮问题及处理措施，中国有色金属学会第五届学术年会论文集 2003（8）：1672 高文义. 有色冶金技能，2006.23.13 邱竹贤.预焙槽炼铝(3 版).北京：冶金工业出版社，2005(1) ：1594 伊川铝厂 300KA 电解槽启动方案图 6 423#槽炉帮形状图 图 7 423#槽炉断面图
