摘要：中国铝电解槽工业发展速度之快，已推动中国成为铝工业强国。近年来，在中国经济快速发展的进程中，电解铝产能得到了突飞猛进的扩张。铝电解槽为电解铝的生产提供了条件，铝电解槽在使用的过程中有散热不良的情况，容易引起铝电解槽破损，影响了铝电解槽的具体使用寿命和电解铝质量。铝电解槽破损会影响到实际的应用效果，本文主要分析铝电解槽的破损以及维修的方法。
关键词：铝电解槽；破损；维修
铝电解槽的破损及维修是一项重要的工作，了解电解槽破损的原因之后再实行维修处理，可以保障铝电解槽的可靠性。铝电解槽发生破损后容易影响生产的效果，必须做好维修的工作，恢复铝电解槽的基本结构，由此才能完善铝电解槽的具体应用。
一、铝电解槽生产工艺计算机控制技术原理
新的技术原理依然是建立在以槽温、电解质体系初晶温度、分子比、槽工作电压、氧化铝浓度及氟盐量等为主的铝电解槽静态平衡的基础上，在实际生产中，由于多项工艺技术共同发生作用，电解槽实际已由最初的静态平衡发展成为新的动态平衡，动态平衡依然是由上述多项工艺技术支撑。但关键在于，由于多项工艺技术及其参数不能有效地匹配，难以实现多参数平衡控制，电解槽的某些技术本身已发生了严重的偏离，恶性循环影响了体系的生产效力。因此，新技术目的很简单，依据电解槽原理，通过调整各技术参数，还原动态平衡为静态平衡，然后对动态平衡下的各项工艺技术通过计算机程序进行重新调整，实现最佳匹配。
二、铝电解槽常见破损形式及原因
通常所说的电解槽的破损是指其阴极内衬的破损，铝电解槽的阴极内衬使用期不到1年，称为早期破损。槽内铝液中的铁含量连续增加，一般情况下，是槽底部阴极钢棒受铝液侵蚀熔化所致，往往是阴极炭块破损的征兆。当铝液中的铁含量连续超过1%时，表示阴极炭块已发生严重破损。电解槽阴极内衬破损可归纳为如下几种形式：
1、阴极炭块及保温绝热结构的变异
阴极内衬的变异主要有：阴极炭块发生变形—膨胀、隆起、裂开或有冲蚀坑穴；炭块之间的炭糊接缝发生裂纹，其中侵渍着碳化铝、电解质和铝；炭块中的钢棒弯曲变形，一部分被铝熔解侵蚀，形成亮晶晶的铝铁合金；炭块下而的耐火砖层局部变质，向上隆起，呈凸棱镜状；侧部炭块受到侵蚀，其中渗透着铝和电解质，体积膨胀；槽壳变形，侧壁向外鼓出，四角上抬，底部呈船形。
阴极内衬的变异，一般是从焙烧启动期开始。由于水分和挥发成分自下而上冒出，并由于炭缝体积收缩，填充在炭块之间的“炭糊”便与炭块分离，形成裂纹。加入电解质开始电解之后，组织也开始酥松，给电解质和铝液的侵入创造了条件。侵入炭块和炭缝中的铝液，继续向下渗透，直到炭块下而并淤积在那里。NaF成分是阴极界而上的表而活性物质，它首先入侵，故在炭块下而发现柱状结晶的氟化钠。侵入炭块下的电解质和钠还同耐火砖层发生化学作用，使其变质而体积胀大。一旦铝侵入阴极钢棒区，则铁被熔解。由于钠、电解质和铝先后侵入阴极内衬中，引起炭块和耐火层体积膨胀，于是炭块向上隆起。在电解槽启动后6个月内，隆起高度不超过2cm，以后则逐渐增大，在36个月内达到10cm，以后趋于稳定。
当炭块隆起增大时，会引起电流偏流和电压降增大，铝的纯度降低，槽膛有效深度减小，造成电解槽操作困难，甚至停槽。
2、钠的渗透
在一定的NaF/AlF3分子比和温度下，铝中的钠含量应为平衡值。但是实际的钠含量恒低于平衡值，主要原因是钠向炭阴极渗透扩散引起的。钠往阴极炭块中渗透之后，形成炭钠化合物，炭的晶格体积膨胀，使晶格变得酥松，这是造成炭阴极破损的一个重要原因。一般认为，钠的侵蚀作用在较低温度下尤其严重，因为炭钠化合物在高温下部分分解，一般在温度4001000℃内，钠对炭的破坏作用随温度升高而减弱。
故对于电解槽槽底的焙烧而言，焙烧温度达到900950℃之后再开始启动为宜。
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3、电解质的渗透
电解质的渗透量与阴极炭块的材质有很大关系。渗透量增大的顺序与炭活性增大的顺序一致。在无烟煤基阴极（未经高温焙烧的）中渗透量最多，其次是油焦和沥青基（未经高温焙烧的），在石墨阴极中最少。而且，孔度大的材料渗透量多，孔度小的渗透量小。根据对废旧电解槽内衬的观测，发现在炭阴极中儿有A14C3（呈黄色）存在的地方必有NaF生成。有些废旧内衬中，NaF结晶体的厚度竟有4}6cm。在NaF与A14C3之间还出现铝的晶片和晶体。炭化铝广泛存在于阴极炭块木身的裂缝中以及炭块之间的扎缝中，这是电解质对阴极内衬侵蚀的结果。
三、铝电解槽破损维修
1、检查破损位置
铝电解槽破损位置检查时分为两个部分，第一部分是探查槽底，检查人员使用尖头的铁钎，放入到铝电解槽的阴极，根据电解槽槽底缝隙的排列逐步检查是否有破损并确定出破损的位置，记录下坑槽、裂缝的位置；第二部分采用了阴极电流测量的方法，观察测量时电流的分布、阴极钢棒的温度，证明第一部分确定出的破损位置是否准确，专门测量破损位置处的阴极电流和阴极钢温度，得出铝电解槽的破损位置。
2、填补破损位置
填补是维修铝电解槽破损位置的基础手段，填补是采用了氟化钙、镁砂等沉淀物，因为填补使用的金属元素，其点位顺序都排在铝的前面，所以把沉淀物金属放入电解质溶液中也不会有析出的情况，不会影响铝电解槽的使用效果。沉淀物金属的密度偏大，容易沉淀到铝电解槽的底部，采用熔化的方法促使沉淀物可以准确的填补铝电解槽底部的破损，避免出现铝液渗漏的情况。填补沉淀物材料时，需把金属块放置到漏铲上，大钩勾住漏铲并慢慢放入到铝电解槽内，对准破损的位置促使金属块可以覆盖到破损位置。如果金属块没有对准破损位置，就要使用弯钩调整金属块。
3、修复关键位置
（1）修复平衡母线，平衡母线在铝电解槽中经常会发生烧毁破损的情况，烧毁损坏的深度不足3mm时，修复时直接使用铣削、打磨加工處理，烧毁深度超过3mm时，应该采用先补焊在铣削加工的方法；
（2）修复操作平台，铝电解槽操作平台的误差范围是5mm～-5mm，修复时统一紧固压板螺栓，焊接好平台角，修复操作平台中使用的气割、电焊等方法都要排除易燃、易爆物质，工作过程中要保持良好的通风环境，保障平台修复过程的安全性；
（3）修复机械传动组织，该组织包括电动机、减速箱、螺栓提升机构等，机械传动机构也容易出现破损，修复前先组织检查、清洗的工作，各项机械传动组织试运行良好之后，而且运行期间无异常的振动、噪声，表示修复合格。
4、验收维修效果
铝电解槽维修之后要采取验收的方法，确保铝电解槽已经恢复到安全的运行状态。维修人员验收前清理维修的现场，清除维修遗留的垃圾，遵守文明施工的要求。铝电解槽维修公司需填写《设备大修验收申请书》，公司、机动能源部、使用单位共同参与验收操作，严格按照《300KA电解槽大修施工记录表》与《186KA电解槽大修施工记录表》进行验收，公司组织处理验收时发现的问题，验收人员结束验收后，把验收的情况记录到《设备大修验收鉴定书》中，由公司、机动能源部共同签字。
结语：
铝电解槽使用中为了降低破损的发生机率，就要落实操作规范，通过规范的操作延长铝电解槽的寿命，同时也能减少破损维修时的工作量，避免影响铝电解槽的具体应用，由此才能为铝电解槽的应用提供优质的环境。
参考文献：
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[2]乔荣来.浅谈铝电解槽的破损及维修[J].科技与企业，2013（18）
[3]李元山.浅谈大型铝电解槽阴极母线维修技术[J].世界有色金属，2018（10）
论文作者:韦金华
论文发表刊物:《电力设备》2018年第29期
论文发表时间:2019/4/3
标签：阴极论文; 铝电解论文; 电解槽论文; 电解质论文; 内衬论文; 位置论文; 沉淀物论文; 《电力设备》2018年第29期论文;