关于做好二次槽和三次槽的生产管理工作分析

张永明

（山西兆丰铝电电解铝分公司， 山西 阳泉 045200）

当前铝企业电解生产总会遇到客观因素导致系列或部分停槽，由于热胀冷缩的原因，会导致电解槽存在不同程度的破损，在条件允许的情况下想要二次启动，需要进行清槽、修理、再启动，若想二、三次槽寿命延长，实践表明，除二、三次电解槽清炉及维修情况等因素外，还与启动后的正常生产期间技术条件的把控及生产操作有着密切关系[1]。如何延长槽寿命代表着铝电解生产技术水平管理能力，还代表着企业能否平稳生产、降低生产成本等间接性创造经济效益的问题，所以对二、三次槽启动后如何做好正常生产期管理工作，对延长电解槽寿命的探讨是十分必要的，本文主要介绍300 kA 电解槽在二、三次启动后，通过工艺技术条件的调整，如何延长电解槽使用寿命的问题进行探讨，与大家共勉。

1 稳定的槽况、规整的炉膛对槽寿命的影响和意义

电解槽由于在强磁场和高温熔盐状态下工作，虽然铝电解过程本身不消耗阴极，但在强腐蚀性电解质侵蚀和各种应力的长期作用下，导致阴极材料的膨胀与收缩、钠离子向阴极内衬侵入、电解质和铝水向炉底渗透、电化学或化学腐蚀，最终引起电解槽的变形和电解槽内衬的破损，导致破损槽的出现。二、三次槽在此基础上更加剧破损槽的出现，由于在停、启槽时，槽内温度的急剧下降、上升，根据热胀冷缩原理，容易出现炭块隆起、断裂等现象，存在此类隐患的电解槽在正常电解生产过程中，保持稳定的槽况和规整的炉膛对槽寿命延长有着极其重要的影响[2]。

稳定的槽况一方面是指电解槽的平稳运行，包括槽控曲线、设定电压的稳定，另一方面是指分子比、铝水平等各项技术参数以及炉底压降、炉底温度的平稳保持。电解槽炉底温度很难始终保持在“适中”状态，总是在“热槽- 偏热- 微热- 适中- 微冷- 偏冷-冷槽”往返调整、缓慢进行的过程中，是否碰到两个端头体现出一个工区对电解槽的把控水平和能力，在把控过程中最忌讳炉底温度的忽高忽低，特别是二、三次槽的管理，铝水平的快速变化、分子比的快速变化都可能造成炉底温度的忽高忽低、破损槽的加剧，特别是分子比的稳定保持，因为分子比由氟化铝控制，而氟化铝控制分子比有滞后性，影响滞后性的因素很多、因槽而异，而工区在把控过程中对滞后性考虑得不充分就会造成氟化铝过量，炉底温度控制不好，电压摆、电压下甩、红炉帮等现象出现。槽况的不稳定极易造成电解槽的破损、滚铝、漏炉等事故的发生。

电解槽炉膛的规整可以更好的保证槽内衬的完整，对电解槽效率的提高、寿命的延长有积极作用，在日常生产中电解槽炉膛的规整的维护与保持，是日常生产管理的重要条件之一，炉膛的不规整主要由于炉底沉淀造成的，而炉底沉淀的形成原因较多，如下料过多、槽温低、炉底凉等方面导致，电解槽炉膛的规整工作是一项长期而细致的工作，只有长期坚持不懈地从工艺条件控制入手，辅助人工处理炉底沉淀，才能达到维护和规整炉膛的目的，从而使电解槽处于平稳运行中，达到稳产和高效。

稳定的槽况和规整的炉膛两者相辅相成，促进电解槽的使用寿命。一旦发现电解槽异常、出现破损情况，应及时进行修补，对延长阴极内衬的使用周期和电解槽的使用寿命具有重要意义：一是降低浇筑材料、焙烧启动时的电能等物料的消耗；二是提高铝质量；三是避免电解槽大修增加铝产量。

2 做好二、三次槽正常生产期主要技术参数的管理

延长电解槽寿命的关键是加强正常生产期管理。正常生产管理内容主要是采用合理的工艺技术条件，始终保持电解槽规整的炉膛和稳定的槽况，因此正常生产期就要建立电解槽理想的能量平衡状态、物料平衡状态、电磁场平衡状态[3]。现结合山西兆丰铝电电解铝分公司（以下简称兆铝）生产实际谈谈电解生产技术参数的日常保持情况。

2.1 铝水平、电解质水平的管理

在日常生产中两水平的不稳定也会对电解槽的运行造成较大影响，结合近几年二、三次槽管理经验，铝水平保持在30～31 cm 各项经济指标比较理想（见表1），铝水平过高会造成炉底偏冷，伸腿偏大，造成电压波动、电压下甩现象，甚至新极顶大母线问题，但随着槽龄的增加，炉底形成的结壳又不宜利用技术条件让炉底结壳化开，这样会增加破损槽的出现，或是前期修补住的槽再次出现异常，故保持合适的铝水平与合适的炉底温度非常关键[4]。铝水平的保持需结合炉底压降、设定电压、因槽而异，一切以电解槽的高效低耗为标准。

表1 兆丰电解铝二次槽两水平保持情况

电解质水平建议严格把控在17～18 cm 区间，过高的电解质必须及时外取，过高容易造成壳面塌壳，涮钢爪影响原铝液品位，同时阳极浸入电解质过深，阳极气体不易排出，铝与阳极气体发生二次反应加剧，最主要是对炉帮、上口上涮，造成水平电流过大，影响电流效率。相反，过低不利于氧化铝的溶解，现场操作难度大。

2.2 电压管理

电压的控制是由计算机通过调整极距来调整电压，原则上保持电压的稳定比变动好，在一定的电解质组成下，缩小极距可有效降低电解质压降，同时，工作电压的高低也反映了极距的高低。在铝电解生产过程中，首先需要综合考虑电解槽各部位的压降、电解槽的实际运行状态等，合理设定电压，保证电解槽能够处于正常运行工况下。兆铝二、三次槽平均炉底压降在335mV左右，一直控制比较稳定，由于炉底压降偏高，故设定电压也偏高，随着槽龄的增加，为了保持槽控曲线的平稳运行，设定电压也稍有提高，具体见表2。

表2 兆丰电解铝二次槽正常生产期电压、电耗完成情况

在电解生产中，电压偏差的大小能够反映出电解槽生产状态的稳定性，如果电压偏差比较小，则说明电解槽稳定性较高。同时日常对电解槽不规范手动干扰，也一定程度上影响电压偏差，对不规范的人工手动调整电压，还会造成铝液波动，炉帮受损，严重影响电解槽平稳运行，因此，规范手动操作，减少人工干扰，尤其是在正常生产期间，电压的管理以稳定为主，防止由于电压的波动，影响电解槽炉膛形成的增减。

2.3 分子比等电解质成分管理

电解质成分对工艺技术条件影响较大，同时也对炉膛的保持有着重要的影响，想要保证电解槽的稳定生产，需要保持电解质成分的稳定。

分子比的稳定尤为重要，想要改变电解质成分，主要通过添加氟化铝，来达到降低分子比，从而降低电解质初晶温度，影响电解质温度，对电解槽过热度进行调整，达到电流效率提升的目的。在电解生产中，设定电压、铝水平等技术参数日常基本变化不大，所以日常对电解槽的把控主要是通过氟化铝对槽况的把控，氟化铝是电解生产中的“双刃剑”，在各项条件匹配度较高时，若氟化铝添加量不准确，会对电解槽造成负面的影响，槽况波动情况明显，对电解槽的稳定不利。虽然低分子比有利于电流效率的提高已经得到了铝业界的认同，但不能忽视分子比过低的负面作用，低分子比会导致氧化铝的溶解度会降低，容易产生沉淀，炉膛易受到槽温影响受到破坏；电解质电阻增大，槽电压不稳，阳极气体不易顺畅排出，导致效应增多，氟化铝的挥发损失较大等缺点。

2.4 效应管理

根据国家生态、环保及能耗方面相关政策，电解铝行业发展趋势是向“零”效应管理模式靠拢，阳极效应发生时，阳极停止工作、不产铝，且消耗大量电能，还会融化新建立的炉帮，在插入效应棒后，铝的翻滚、再溶解于电解质中加剧铝的二次反应，不产铝且消耗铝，同时效应后6～12 h 内，电解槽的效率才能逐步恢复到正常水平；而且阳极效应释放出来的气体除CO和CO2外，还伴随着对大气臭氧层有破坏性的全氟化炭PFCS（CF4、C2F6）气体的产生，污染环境。

但各电解铝公司需根据自身条件，如槽控设备、物料（氧化铝）性状、工区管理能力、电解工操作质量等综合考虑，保持合适的效应间隔和效应时间，保证电解槽的物料平衡与热量平衡。兆铝由于设备老化、槽控系统比较落后，加上电解工长期短缺，操作质量跟不上，氧化铝性状不好，效应系数一直偏高，如表3。后来趋于对短路口立柱母线绝缘的保护目的，在峰值电压、效应时间、效应质量、平均效应电压上不过分追求，以“安全第一”为原则，从技术条件调整上来进行把控，确保电解槽的安全运行。

表3 兆丰电解铝二次槽正常生产期间效应系数情况

2.5 极上保温料管理

极上保温料的重要性。通常极上保温料主要作用保温、防止阳极氧化和降低铁碳压降的作用。从根本上来说极上保温料是实现电解槽的物料平衡和热平衡的重要手段。据研究测定，阳极每减薄或增厚1 cm的极上保温料，相当于放出或增加6～9 mV电压产生的热量。

为了保证极上保温料的循环利用，避免出现积存，降低氧化铝单耗，我单位在保温料上一直不是很厚，在钢梁下平线附近根据环境温度进行调整，保温料不厚但必须保证密实性，一方面是在颗粒配比上做文章，直径3～5 cm 的粉碎料与米粒大小的细碎料混合使用，最后从中缝扒出氧化铝撒在新极表面拍实；另一方面加强整形收边工作，将阳极升降逢处扎实加强保温料密实性，同时不是很厚的保温料方便收边工作，促进电解槽散热，阳极上的保温料随着阳极的消耗要求始终在阳极的同一位置上，确保新极保温、低残极能散热。

3 对发现破损槽修补的一些方法与建议

某单位2016 年启动的一批槽，因大修材料或筑炉工艺上存在的某些缺陷，最终导致启动后人造伸腿大块脱落，有两个工区（37 台槽/区）80%的槽出现伸腿脱落现象，在运行过程中陆续有破损槽出现，但通过针对性的技术条件保持，以及一些特殊手段进行修补后，运行至今，将近有30 台破损槽通过修补目前仍平稳运行着，槽龄达到2 000 天以上仍高效生产，部分槽龄达到3 200 d 以上。如738#槽，2017 年9 月份铁含量出现异常，硅铁含量（质量分数） 最高达0.082%、0.321%，当时A8 处钢棒头温度明显偏高，故进行切割阻断通电，对破损部位进行修补后原铝质量逐渐恢复正常，运行至目前总槽龄达2 100 d，其中破损后运行天数已达1 600 d 以上。

结合以上对破损槽的修补和管理经验，提出以下建议。

3.1 识别和判定电解槽是否存在破损

电解槽在破损初期若能及时发现、找准破损部位，正确进行修补并适当调整技术条件、加强维护，则可以有效的减缓其破损速度，延长电解槽使用寿命。确认破损槽最有效办法是关注原铝质量中硅铁含量的变化，正常情况下硅含量在0.05%，铁含量在0.1%左右范围平稳保持，若出现单槽硅、铁含量连续上升没有稳定或下降趋势，在排除阳极化爪等因素导致后，则基本可以判定该槽阴极钢棒已开始熔化，阴极内衬已出现破损。

在日常生产中，需密切关注原铝质量变化情况，对单槽硅铁含量上升较快或异常的槽须引起高度重视，排查硅铁含量升高的原因，是电解质高上涮钢爪、化炉帮，还是阳极问题导致化爪，一定要弄清楚硅铁含量升高原因，在原因排查清楚之前将其列为破损槽进行全炉温度监测，确保电解槽的安全运行。

3.2 做好破损部位的精确查找，做到精准修补

做好日常换极检查炉底工作，换极在用铁钩判定炉底冷热趋势的同时，探查阴极是否存在坑洞或裂缝，若存在异常须记录详细情况，如坑洞大小、深度、大概位置。对待不同异常需不同方法处理，发现不太明显的破损部位，或是阴极发现凹陷区域，此时可以用炉底沉淀进行遮盖，用特制工具将中缝处的沉淀扒至坑逢区域，对阴极形成保护；若发现明显破损部位，此时需用特制镁砂饼进行修补。

通过阴极钢棒头和底板温度结合电流分布来查找具体破损部位。对于大型预焙槽，一旦发现异常，用换极长钩和换极之机进行查找破损，不但比较困难而且时间太长等不及，为此，可通过钢棒头、炉底温度测量结合阳极导杆电流分布来查找，温度偏高、电流分布偏低部位进行提极查找破损，由此可以大致判断阴极具体破损部位。

结合以往破损槽修补经验，在确定存在破损后，须用特制镁砂饼进行修补，此处强调：一方面不宜大面积修补，在查找破损槽过程中，不能“病急乱求医”，若发现疑似破损也进行修补的话，最后会导致满炉底都是沉淀，即使修补住也不确定是哪个位置起关键作用，长期修补对炉膛的破坏会出现阳极导电不均、经常性电压摆、电压下甩出现，最后破损槽寿命不会延长太久。另一方面需用特制的镁砂饼进行修补，别以为简单在破损部位撒上镁砂、氟化钙就能修补上缺口，结合长期经验教训，这样的成功机率太低。

3.3 修补材料以及制作特制镁砂饼

特制镁砂饼的制作：用钢板焊接500 mm×300 mm×150 mm 大小的模具用以制作镁砂饼，若镁砂饼太小，在槽内随着铝液的流动和逐渐溶化，镁砂饼和熔化的镁砂粒会位移、游走，不能完全填补住破损部位。在材料的选用上，镁砂颗粒需米粒大小不规则形状，氟化钙、氧化铝即可，首先在模具最底层浇上铝液20 mm，然后平铺30 mm 厚的镁砂粒，让后将混合的氟化钙、氧化铝3～5 kg 混合料填在模具中央，然后在四周填满、铺平镁砂颗粒，在逐步添加镁砂过程中逐步舀进铝液，铝液进入模具一定要缓，尽可能不冲散、搅乱镁砂饼顺序，最后冷却成型。

在修补过程中，在确定破损部位利用天车配合人工，将镁砂饼正面朝上，准确地放在破损部位，在放置过程中，可用天车打壳锤头协助下压至炉底，然后人为用长、短钩配合保证镁砂饼坐在破损部位。随着高温熔化，镁砂和混合料形成沉淀堵住破损部位，在修补后的一周时间内，修补部位不宜用钩进行摸炉底试探效果，密切关注原铝质量即可判断是否修补到位。若修补到位，则以后该区域的换极摸炉底时，不要过分摸炉底检查，避免将修补料形成的结壳勾起，再次形成破损通道；若未修补到位，可同样方式进行第二次修补。

3.4 保持破损槽技术条件

对于破损槽，需保持较低的炉底温度，技术条件的把控上需更精准，若炉底温度一直过低，会逐渐形成大量结壳，最后炉膛不规整，频繁出现电压摆、电压下甩现象，破损会再次出现，即使破损未出现，但综合经济指标也不太理想，同时耗费大量的人力、物力，所以破损槽的管理，稳定是首位，根据日常槽控曲线运行状况，保持合适的分子比，在保证电解槽平稳、安全运行的前提下，保证较低的炉底温度，让电解槽尽可能延长使用寿命。