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浅谈铝电解槽侧部内衬破损的修补方法

文档作者：谷中军1 温生良1 李贤2 王刚3 文档来源： 1．青海百河铝业有限责任公司 2．青海桥头铝电股份有限公司 3．青海正益检测技术有限公司		点击数：	更新时间： 2024年06月14日
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·18· 有色冶金节能口工艺节能
浅谈铝电解槽侧部内衬破损的修补方法
谷中军1 温生良1 李贤2 王刚3
(1．青海百河铝业有限责任公司，青海西宁810100；2．青海桥头铝电股份有限公司，青海西宁810100；
3．青海正益检测技术有限公司，青海西宁810100)
[摘要] 阐述了铝电解槽侧部内衬破损的机理、预防措施及不停槽修补侧部内衬的一种热修补方法，该方法可
延长电解槽使用寿命及降低企业生产成本。
[关键词] 铝电解；侧部内衬；预防措施；修补方法
[中图分类号]TF821 [文献标志码]B [文章编号]1008—5122(2017)01—0018—03
Repairing Methods for Lateral Lining Damage of
Aluminum Reduction Cell
GU Zhong-inn，WEN Sheng—liang，LI Xian，WANG Gang
Abstract：In this paper，the mechanism of lateral lining damage of aluminum reduction cell，the preven。
tive measures and a hot repairing method for lateral lining without stopping the cell are expounded，which
extends the service life of the reduction cell and reduces the production cost．
Key words：aluminum electrolysis；lateral lining；preventive measures；repair methods
近十几年来，我国电解铝工业实现了飞速发展，
通过技术创新和采用先进技术，淘汰落后工艺和装
备，我国铝工业进入了世界先进行列。截至2015年
底产能已达到3 898万t，其中400 kA及以上的电解
槽占总产能的51．7％以上⋯。
目前，国内新建和改造的电解槽侧部内衬均采
用氮化硅结合碳化硅块，这种内衬具有如下优点：热
膨胀系数小，具有良好的热震稳定性；高温抗蠕能力
强，耐腐蚀，耐极冷极热、抗氧化；在1 200～1 400℃
高温下，几乎保持与常温下相同时间的强度和硬度，
最高安全使用温度可达到1 650～1 750℃；密度≥
2．65 g／cm2、常温耐压强≥170 MPa、常温抗折强度
≥30 MPa，莫氏硬度约为9，硬度仅次于金刚石。
据文献报道。2J：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
[收稿日期]2016—09—20
[作者简介]谷中军(1981一)，男，湖南宜章人，大学本
科，助理工程师，从事电解铝生产管理工作。
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
万方数据
2017年2月第1期浅谈铝电解槽侧部内衬破损的修补方法——谷中军温生良李贤等·19·
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240 kA铝电解槽人造
伸腿高度为220 mm，宽度为180 mm，通过技术改造
后将人造伸腿高度调整为280 mm，宽度调整为260
mm；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H“1。
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60 s；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‘7|，阳极保温
料每增减1 em，相当于60 mV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1 em铝水平
相当于70 mV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240 kA铝电解槽铝水平高度由22
em逐步提高到28～30 em。
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80 mm以上。
3侧部内衬修补方法
目前，国内电解铝企业都采用不停槽热修补方
法，某公司采用的也是不停槽热修补方法，但是与传
统的热修补方法有所不同，该公司的热修补方法对
铝液质量没有任何影响。
3．1传统热修补方法
传统热修补方法是在侧部内衬破损修补部位对
应的阳极端头处插下一片钢板，钢板起到阻挡电解
质和铝液的作用，然后在钢板和槽壳之间补加一定
量的碎料块，用多功能天车的打壳机构将修补处砸
实，砸实后在破损处沿着槽壳用风镐刨开一条沟槽，
沟槽尺寸根据现场实际情况而定，一般沟槽刨到人
造伸腿的上沿，深度约20 em，宽度约12 em，刨沟槽或
者清理沟槽过程中出现少量渗铝的现象，一般用耐火
泥和红土泥糊住，再清理干净沟槽，最下部喷撒煤焦
油，用100℃左右的热捣糊找平下部后将侧部炭块放置
于沟槽内。安装侧部炭块时要求相邻侧部炭块之间缝
隙尽可能小、侧部炭块上表面与电解槽槽沿板齐平或
降低1 cm，炭块与侧部槽壳之间的缝隙用氧化铝粉填
充，上述施工完成后，将钢板拔出，最后焊接压铁板。
3．2热修补方法的优化改进
修补方法改进的目的是在电解槽侧部内衬进行
修补时不影响电解槽运行和铝液质量。公司技术人
员研究后决定，修补时断开修补部位对应的阳极导
杆，让该阳极不导电，修补部位的温度有所降低、磁
场减弱、在修补时渗铝几率较少，插入钢板后对铝液
质量没有影响，但能达到传统热修补方法的修补效
果。刨沟槽等工序与传统热修补方法工序一致，但
最下部找平的糊料应用了冷捣糊。
修补时为保证施工安全，断开阳极导杆后，在导
杆与水平母线、导杆与小盒卡具之间都要包裹牛皮
纸，同时确保导杆垂直不与挂钩接触。防止因发生
突发阳极效应，造成接触部位导电、局部过流、挂钩
万方数据
·20· 有色冶金节能口工艺节能
卡具损坏等事故的发生。
在电解槽侧部内衬修补期间，阳极导杆可断电
的理论分析：某公司240 kA电解槽是双阳极，阳极
电流密度为0．733 A／cm2，当一组阳极不导电时其
他阳极分担了该组阳极的电流，此时阳极电流密度
增大至0．782 A／cm2。据文献报道"。1⋯：随着阳极
炭块生产工艺水平的提高，目前阳极炭块的电流密
度可达0．9 A／cm2以上，故断开一组阳极导杆后实
施炉帮热修补是可行的。
铝电解生产中最主要的操作是更换阳极，在正
常生产情况下每槽两天需更换一次阳极，更换阳极
时间大约20 rain，新阳极上槽后由于阳极与电解质
之间存在巨大温差，在新阳极浸入电解质与阳极底
掌接触后，因温差原因在阳极底掌表面形成一层电
解质凝壳，这一层凝壳将液态电解质与阳极完全隔
离，从而使阳极炭块失去导电作用。随着新阳极
挂槽时间的延长、温度逐渐升高，新阳极底掌表面
电解质凝壳逐步熔化，阳极电流分布面积也逐步
增大，16 h后阳极电流分布面积达到70％，而修补
侧部内衬时断开阳极的时间一般不超过3 h，这充
分证明在3 h内断开一组阳极对电解槽不会造成
任何影响。
3．3效果分析
热修补方法改进前后修补的电解槽铝液中铁含
量的对比分析结果见表1。
从表1可以看出，热修补方法改进前由于钢板
在电解质高温下熔化，铝液中铁含量明显升高，在实
际生产中个别电解槽修补后铁含量高达0．63％；热
修补方法改进后对铝液中铁含量没有任何影响，确
保了铝液的合格率。
表1热修补方法改进前后原铝中铁含量的对比分析(Fe％)
改进后
520
536
O．10
O．13
0．12
0．13
0．12
0．12
0．11
0．12
电解槽侧部内衬破损部位修补前后炉帮温度及为企业创造了良好的经济效益。
炉帮厚度的测量对比分析结果见表2。[参考文献]
表2修补前后炉帮温度及炉帮厚度对比分析
项目420 436 520 536
炉帮温度／℃ 389 392 394 385
修补前
炉帮厚度／。。0 0 O O
炉帮温度／'E 286 278 291 284
修补后
炉帮厚度／cm 8．0 7．5 7．O 9．0
从表2可以看出，电解槽侧部内衬破损部位修
补后，炉帮厚度增加了8 cm左右，炉帮温度降低了
100 oC以上，没有发生炉帮发红的现象，电解槽运行
稳定，炉膛逐步规整。现已平稳运行了一年多，取得
了显著的经济效益。
4 结语
通过实施电解槽侧部内衬热修补方法的改进，
减少了侧部内衬破损的几率，确保了生产槽台数，减
轻了工人的劳动量，保证了电解槽的持续平稳生产，
同时也确保了原铝质量，延长了电解槽的使用寿命，
[1] 中国有色金属工业协会．2015年铝工业发展报告
[R]．北京：中国有色金属工业协会轻金属部，2016．
[2] 廖贤安，谢青松．铝电解槽内衬设计和破损机理若干
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