400kA电解槽伸腿肥大的处理及预防措施
康宗文
摘 要：文章针对400KA电解槽低电压运行时出现伸腿肥大的危害、原因进行分析，并总结出预防及处理伸腿肥大的方法。
关键词：伸腿肥大；过热度；电解槽；参数；电解槽保温
上世纪80年代开始，阔内大型预焙槽生产系列逐步形成了一整套成熟的生产工艺技术条件，即技术条件按照“四低一高”的要求进行控制，保持低分子比、低电解温度、低铝水平、低效应系数和高电压。近年来，随着铝电解行业竟争日益加剧和国家对高耗能企业的能耗指标要求不断提高，电解槽低电压生产已成为铝电解企业实现节能和降低生产成本，保证自身可持续发展的必然潮流，在低电压运行的情况下实现电解槽技术条件的相互匹配，确保电解槽平稳、高效生产。但是随着低电压生产的同时，也出现了诸多问题。例如电解槽槽温低，电解质收缩，从而出现角部甚至部分中间阳极消耗不均，和伸腿相连。在电解槽正常生产中经常出现下降阳极时出现角部顶等问题，甚至很多槽子中间阳极出现此类情况。尤其在出铝过程中表现尤为严重，经常出现顶裂导杆甚至出现顶坏上部机构的现象，严重影响生产安全。长伸腿的电解槽个别阳极导电差，电解槽稳定性差，容易形成电压摆等现象，通过调极等方法处理电压摆后个别阳极导电性变差，伸腿容易长，如此反复既降低了电流效率又增加了电耗，同时个别阳极会出现脱极、透底现象，增加阳极毛耗影响原铝质量同时也增加了工人的工作量。因此若不采用科学合理的方法处理此类现象，角部伸腿长的问题会严重威胁电解槽的正常运行。
1 伸腿现状的调查
某厂400kA电解槽在正常生产走低电压技术路线以来，两个厂房的多台电解槽分别出现角部伸腿长的现象，也出现了顶弯顶断部分导杆和顶上部机构的现象。如果在出铝过程中不采取有效措施，将会顶坏槽上部结构，严重影响系列安全生产。经过统计调查我们发现了以下现象：
（1）夜班出铝区的槽子有8台，占50%；中班出铝区6台，占33.3%；早班出铝区2台，占11.1%，伸腿与出铝区域有关。铝水越高，电解槽的散热就越大，因此早出铝对电解槽保温有很大的效果。
（2）长伸腿的角部B面相对A面较多，伸腿与A、B面有关。虽然理论上来说AB面没有什么区别，但是在现实生产中发现B面相对A面要多一些，这个受电流和铝液流速影响。
（3）B1B2、B23B24处长伸腿有15处，占65%，其余处长伸腿有7处，占35%。角部相对于中间更容易长伸腿。
2 产生伸腿的原因分析
（1）根据槽况合理搭配技术条件，保持合理的两个水平、电解温度、分子比，加强精细化操作，保持较好的炉底和槽帮，若电解质水平较低，电解槽过热度较低，电解质流动性变差氧化侣不易溶解，特别是铝水平较高的电解槽，槽子散热大，实施低电压生产过程中，难免出现电解槽长伸腿的现象。
（2）B1B2、B23B24处长伸腿多于中间阳极，因铝水流动速度和外部散热有很大的关系，中间液体流动速度相对较快，在B1B2、B23B24处的位置流速明显变缓，另外角部流速较慢沉淀更容易出现在电解槽的B1 B2、B23 B24。处角部阳极消耗相对慢，温度相对较低，烟道段和出铝端的散热量大。角极阳极电流分布不均，一方面是设计时中间立柱母线电流偏人，角部立柱母线电偏小，对阴极回路的补偿母线又不够，造成电流偏移，另一方面角极靠近伸腿，当铝液正常运动时容易在角部造成阻碍，引起角部阳极电流分布偏大，易针振与电压摆，所以常提角部极，当电压稳定后，又造成角部极电流分布偏小，角部区域偏冷，角部由于散热大，加剧角部伸腿的长大，因此角部比中间极更容易长伸腿。
（3）个别地区冬季温度较低，电解质收缩，电解温度相对较低，尤其是青海新疆等地区，冬季特别寒冷，此时如果电解质量保持不够或者电解质收缩都可能造成伸腿长，因此此类现象和地区有关系。
（4）换极质量差，换极作业过程中，特别是换角部极的作业质星，换角部极时，掉下的物料较多，这就要求各作业组，在提阳极之前，把极上的氧化铝扒干净，减少落入槽中的氧化铝量，把壳块尽只全部勾出来，减少块料落入糟中，用大勾扒干净炉底，用小耙把沉淀捞干净，减少沉淀的形成，使阴极导电均匀，保证炉底洁净，阳极电流就会更多的往此阳极正对阴极方向走，促使侣水中的伸腿熔化变薄，伸腿的肥大、畸形可以得到较好的控制。加大对碳渣的打捞，提高了电解质的清洁度，改善其物理性顶，加大了对氧化铝的溶解度和溶解速度。换极速度尽量快，避免电解表而结壳的情况直接坐极，使导电滞后，顶断阳极导杆。角部区域的温度和流体速度决定了沉淀与碎块不容易化掉，所以最后用钢钎把角部伸腿捅一捅，把在角部区域的细碎块或沉淀往阳极底部区域推，预防阳极碎块或沉淀在角部区域堆积使伸腿变大。如果在换极过程中阳极设置不合理，若阳极设置过高，导致阳极不工作，该区域温度降低，容易长伸腿。阳极设置过低，有可能造成脱极，如发现不及时阳极可能和伸腿相连，影响正常生产。
3 针对原因采取的措施
（1）工艺是电解之本，根据槽况合理搭配各项技术条件，针对不同的槽况配备不同的参数条件。伸腿处理过程中应坚持以调控为主，操作为辅。伸腿是在几个月或更长时间慢慢形成的，所以在处理伸腿上，不能急十求成，对伸腿较大的角部，可能要通过多个换极周期才能收缩伸腿。在工艺调整中，特别是撤铝过程中不能过度，角部伸腿是电解槽最冷区域，所以也是最难熔化的区域，如果撤铝后铝水平掉得太多，铝水平过低，炉底发热，熔化炉底沉淀结壳，边部伸腿变得瘦而短，角部伸腿可能变化不多，会影响到老龄电解槽的安全生产，容易引起侧部炭块和阴极出现裂纹破损。保持各项技术条件平稳运行，分子比适当保持高位，以增加电解质溶解氧化铝的能力，减少沉淀产生。针对长伸腿的槽子，适当提高运行电压，通过拉大极距增加热收入适当提高过热度，对消除伸腿肥大有较好的效果
（2）加强电解槽的保温效果，在进行换极、上料过程中要加快作业速度，防止热量的散失。采用破碎料和氧化铝双层加料方式，针对长伸腿的槽子适当加厚保温料厚度，破碎料尽量用小块，减少散热加强保温效果。低极应覆盖足够阳极保温料，保温料与钢梁下沿平齐，杜绝边部冒火，减少通过槽上部的散热损失，使热量散失，保持良好的热平衡。随着阳极的消耗，阳极的厚度会渐渐变薄，阳极的变薄，阳极保温性能逐渐变差，且阳极的保温料会被组员用来堵火眼，角部极上的保温料会逐渐减少，增加热损失，所以对这种情况，工区要求对伸腿较大槽的角部极，平时角部保温料注意检查，当阳极高度在剩余15左右，在角部极上补充保温料。角部将散热孔用保温砖或其他保温材料封死，加强保温。班组和工区加大对冒火和大面整形的检查力度，及时封堵冒火处理老壳，防止散热。
（3）利用好效应改善电解质的流动性以及解决电解槽热收入不够的问题，缓解伸腿继续长的问题。
（4）伸腿严重的角部在换极时尽量使用热残极，换极时尽量用天车打壳头处理伸腿，可以将伸腿打掉一部分。在实际操作过程中由于伸腿呈斜面状，而天车打击头又太钝，如果出现无法处理时，可以使用风镐，可以打掉部分肥大的伸腿。
（5）当电压摆，需要采用调整阳极的办法处理时，减少角部极的调整，防制角部极导电量过小而加速角部电解质的凝固恶化伸腿。
（6）更换阳极时要提高换极质量，块要捞干净，针对沉淀较多，炭渣较厚的槽子要进行处理，合理的定位阳极，防止阳极设置过低或过高。新阳极装入电解槽时，由温差较大，电解质会大幅局部降温，阳极表而的电解质迅速处于凝固壮态，从而导致电解质对阳极的润湿性变差，阳极基本上不导电，随着阳极温度的逐渐上升，表面的润湿性变好，导电性才能逐渐恢复，角部极换极前本身就存在阳极电流分布偏小，如果角部阳极中间阳极阳极设置定位，阳极电流分布偏小，角部伸腿易长大。所以在换极时角极设置比其他极低0.5cm，以缩短角极导满全电流时间，有利于缓解角部区域冷趋势。
（7）针对电解质水平相对过低的槽子，要用倒电解质或者添加物料的方式适当提高电解质。
4 措施取得的效果
（1）11月～12月，按电解槽伸腿的大小情况，逐步对车间52解槽角部加强保温，堵好散热孔，加强保温料，认真处理，减少散热。
（2）12月份开始我们认真检查电解槽的运行状态，对车间有伸腿的电解槽倒换热残极，采用风镐与天车打击头结合的方法进行了人工处理，其效果很明显，坐入热残后，第二天的导电都能达到3.0以上。对个别伸腿长的比较严重的槽子多次倒换热残极，认真处理伸腿和角部，再配合着相应的技术条件，角部阳极从最初的不导电慢慢开始导电，伸腿慢慢化开，效果比较明显。
（3）1月份通过采取以上措施，经过认真分析得出较好的工艺条件并开始运行后，车间伸腿长的电解槽得到了控制，未发生恶化。
（4）3月份之后，已消除伸腿肥大现象，车间开始正常换极，导杆不再顶断，消除了顶坏上部机构的隐患。减轻了工作量，为电解槽的平稳运行奠定了基础。角部伸腿肥大现象得到了消除顶坏提升机涡轮的安全隐患，减少角部阳极的更换，减轻了劳动强度，为进一步实施电解槽低电压技术奠定了基础。
5 结语
（1）基于高电压设计下的400kA电解槽，在采用低电压技术路线时，需重新设计电解槽内衬，如铺设保温砖的厚度和陶瓷纤维板的规格等，如何更好地保温，保证电解槽在低电压下形成良好的热平衡，从设计上减小或消除产生伸腿的可能性。
（2）消除伸腿肥大的关键是提高该组阳极的导电性能，只有阳极导电正常，伸腿才会得到预防和逐步消除，这给我们的换极等操作质量提出了更高的要求。
（3）人工处理是必要的辅助手段，单纯用技术参数调整消除肥大部分将对电解槽其他部位炉膛造成很大破坏。我们要在生产的基础上认真摸索探索出真正适合电解槽运行特点的工艺思路，有助于预防和消除伸腿肥大现象。
（4）在未更改电解槽热平衡设计前，已有的电解槽外部保温是可以减缓了因低电压工艺带造成的角部伸腿形成的生成速度，抑制了伸腿的进一步恶化。如何做好保温和散热的平衡，要求我们继续摸索。
参考文献：
[1] 邱竹贤.预焙槽炼铝[M].3版.冶金工业出版社，2005-01.
