金國祥

摘 要： 通過對鋁電解槽內(nèi)襯易損部位的分析與探討，對鋁電解槽陰極內(nèi)襯一些改進的施工工藝進行了介紹。

關鍵詞： 電解槽；陰極內(nèi)襯；施工

中圖分類號： TB

文獻標識碼： A

文章編號： 16723198（2013）06017302

0 前言

鋁電解槽以冰晶石和氧化鋁熔體作為電解質(zhì)，以炭素材料作為兩極，直流電經(jīng)陽極導入電解液和鋁液層，而后從陰極流出，直流電在電極間產(chǎn)生熱能并保持正常的電解溫度900℃～950℃，使冰晶石和氧化鋁熔融體變成離子狀態(tài)，完成電化學反應，在陰極上析出液態(tài)金屬鋁。電解槽的陰極內(nèi)襯既是析出鋁液的貯存之處，又是電解過程的導體，這就要求陰極材料必須既具有良好的導電性，又具有較強抵抗熔融鹽和金屬鋁液侵蝕的能力，為此，電解槽的陰極內(nèi)襯主要以炭素材料為主，如：用半石墨質(zhì)陰極炭塊作為槽底的主要組成部分，施工過程中既要考慮到導電性即盡可能降低陰極砌體的電阻值，增強導電性能，又要考慮到砌體的致密性，增強砌體抗侵蝕性與抗?jié)B透性。

1 鋁電解槽陰極內(nèi)襯施工工藝介紹

鋁電解槽陰極內(nèi)襯施工工藝流程如圖1所示。

由圖1可以看出，電解槽的內(nèi)襯施工工序較多，再加上電解槽的改造一般是成批進行，從客觀上要求陰極內(nèi)襯的施工必須“流水線”進行，而“流水線”作業(yè)的一大特點就是上下工序制約較強，一環(huán)緊扣一環(huán)，只要中間某一道工序不能順利進行，就會導致下道工序的停工，從而造成延誤工期與勞動力的閑置。

2 鋁電解槽陰極內(nèi)襯滲鋁狀況與分析

鋁電解槽陰極內(nèi)襯的受損程度直接影響到鋁電解槽生產(chǎn)是否正常，電解槽的停產(chǎn)檢修大部分與陰極內(nèi)襯破損、槽底滲鋁、槽底隆起、鋁液鐵含量上升等因素有關，停產(chǎn)檢修主要是進行陰極內(nèi)襯的檢修。在某鋁廠大量鋁電解槽陰極內(nèi)襯拆除過程中發(fā)現(xiàn)，鋁液滲透主要分布在以下部位：（1）陰極窗口部位，這主要是陰極鋼棒融化，鋁液從陰極窗口滲出；（2）陰極炭塊內(nèi)，這主要是陰極炭塊組開裂，鋁液往下滲透，出現(xiàn)陰極炭塊內(nèi)夾雜鋁液；（3）側(cè)部炭塊后部，這主要是鋁液經(jīng)不嚴密的側(cè)部炭塊之間的縫隙滲透到側(cè)部炭塊后部；（4）底糊內(nèi)，這主要是底糊出現(xiàn)夾層，鋁液直接滲透到致密性差的夾層內(nèi)；（5）干式防滲料表面或干式防滲料內(nèi)部，在陰極炭塊組開裂后，鋁液沿著裂縫往下滲透，直至干式防滲料表面，干式防滲料與鋁液反應生成一種致密的化合物，阻止鋁液的進一步往下滲透，但是如果干式防滲料搗打不均勻密實，鋁液沿著干式防滲料的薄弱部位繼續(xù)往下滲透，從而出現(xiàn)有的鋁液只滲透到干式防滲料表面，有的直接滲透到干式防滲料內(nèi)部的現(xiàn)象。

事實上，鋁液滲透的原因是復雜與多方面的，上面主要是為了改進與優(yōu)化陰極內(nèi)襯施工工藝，提高陰極內(nèi)襯施工質(zhì)量，降低鋁液滲透，延長內(nèi)襯使用壽命，從內(nèi)襯施工角度出發(fā)對鋁液滲透的原因進行的分析。根據(jù)分析結(jié)果，我們對以下施工工藝進行了優(yōu)化與改進：（1）陰極炭塊組的組裝與安裝過程的優(yōu)化，旨在提高陰極炭塊組的組裝質(zhì)量，降低陰極炭塊組的接觸電阻，降低電壓降，延長陰極炭塊組的使用壽命；（2）側(cè)部炭塊砌筑的優(yōu)化，旨在提高側(cè)部炭塊的砌筑質(zhì)量，尤其是灰縫的施工質(zhì)量，降低側(cè)部炭塊縫隙鋁液的滲透；（3）底糊施工工藝的規(guī)范化，旨在提高底糊施工質(zhì)量，防止出現(xiàn)底糊夾層與搗打不均現(xiàn)象的發(fā)生，確保底糊搗打均勻密實，降低鋁液滲透；（4）干式防滲料施工工藝的規(guī)范，干式防滲料是一種新型材料，必須制定出一套新工藝，確保干式防滲料的施工質(zhì)量，達到干式防滲料真正起到防止鋁液進一步往下滲透的作用。

3 陰極內(nèi)襯各施工工藝的優(yōu)化與改進

3.1 陰極炭塊組鋼棒的除銹

傳統(tǒng)的除銹方法是采用噴砂法與鋼絲刷等機械除銹，其弊端有：操作環(huán)境惡劣，除銹效果不佳，一次性投資大；現(xiàn)采用酸洗除銹，其優(yōu)點有：改善了工作環(huán)境，降低一次性投資，大大提高了除銹的效率與效果，兩種不同除銹方法組裝成的陰極炭塊組的冷態(tài)電阻值對比情況見表1。

3.2 陰極炭塊組的組裝過程

陰極炭塊組組裝過程中，加熱環(huán)節(jié)主要有陰極鋼棒的預熱、陰極炭塊組的預熱、鋼棒糊的預熱等。傳統(tǒng)的施工工藝過程中，鋼棒采用加熱爐、炭塊組采用電阻絲、鋼棒糊采用人工加熱，加熱成本高，作業(yè)環(huán)境差。結(jié)合施工特點與作業(yè)環(huán)境，鋼棒與炭塊的預熱均采用電阻絲，鋼棒糊采用自動溫控的混捏鍋，有效的改善了工作環(huán)境同時也保證了熱加溫度。陰極炭塊組的組裝過程簡述如下：

首先用碘鎢燈加熱罩預熱陰極炭塊，待陰極炭塊燕尾槽內(nèi)表面的溫度符合操作要求后（70±10℃），在燕尾槽內(nèi)一次性均勻的鋪上加熱好的鋼棒糊（50±10℃），接著用搗固槍搗打密實平整，然后把已加熱好的鋼棒（70±10℃）放在平實的鋼棒糊上面，并調(diào)整固定到規(guī)范、設計要求的位置，接著在鋼棒兩側(cè)填入鋼棒糊，兩側(cè)交替搗打，每次鋪料厚度30mm，壓實至20mm，最后在鋼棒上面一次性鋪上適量的鋼棒糊，搗打至與陰極炭塊表面平齊為準。

3.3 陰極炭塊組的安裝

陰極炭塊組安裝過程之前先采用μΩ-I型鋁電解槽陰極冷態(tài)電阻測量儀測出各陰極炭塊組的接觸電阻，然后按照相鄰陰極炭塊組壓降<10%的原則，進行搭配排序，接著再進行陰極炭塊組的吊裝，陰極炭塊組落位后檢查陰極鋼棒與陰極窗口四周的間隙，待合格后，用石棉泥進行密封，同時在鋼棒與槽底保溫耐火層之間的間隙用澆注料或耐火泥進行人工填實，安裝結(jié)束后在陰極炭塊組上表面用帆布覆蓋予以保護。

陰極炭塊組的的整個安裝過程中，吊裝是關鍵過程，如果吊裝不穩(wěn)，非常容易導致陰極鋼棒松動，造成返工處理。在傳統(tǒng)吊裝過程中，鋼絲繩直接與陰極鋼棒接觸，吊裝不穩(wěn)，容易產(chǎn)生陰極鋼棒的松動，同時吊裝過程通過兩個電動葫蘆進行調(diào)整陰極炭塊組的傾斜角度，安裝過程緩慢。為此對吊裝過程進行了改進，設計了一種鋼絲繩套，采用該繩套后，吊裝過程中避免了鋼絲繩直接與陰極鋼棒接觸，并且通過調(diào)整鋼絲繩套左右長度，輕松快速的完成陰極炭塊組傾斜角度的調(diào)整。與傳統(tǒng)的吊運方式相比，具有操作性強、經(jīng)濟性高、質(zhì)量穩(wěn)定、安全可靠等特點，基本避免了因吊裝導致陰極鋼棒松勁的現(xiàn)象。如圖2、圖3所示（注：經(jīng)過近5000塊底塊組的吊裝，其安全性是可靠的，沒有發(fā)生過一次打滑現(xiàn)象）。

3.4 槽底預熱

在槽底加熱之前應先用壓縮空氣進行吹風清掃，清掃完畢后把專用的電加熱片放入各炭塊組之間的立縫內(nèi)及四周（共16組，每組功率約3.5kW）上部用蓋子進行覆蓋保溫，大約加熱2h即可達到所需的溫度（40℃～45℃）。

3.5 底糊加熱

用混捏鍋代替原先的人工抄糊，既改善了工作環(huán)境，又降低了勞動強度，同時還提高了加熱質(zhì)量，具體操作如下：首先把冷料倒入混涅鍋內(nèi)（400L的混涅鍋每次可裝240kg）稍待片刻（根據(jù)氣溫及糊料的軟化點而定）即可起動轉(zhuǎn)動裝置，再過3～4min可以出料至保溫箱內(nèi)，運至將扎糊的電解槽兩側(cè)備用。

4 結(jié)束語

本文主要總結(jié)了某鋁廠電解槽陰極內(nèi)襯的施工過程，文中所采用的方法與措施簡單實用，與一些傳統(tǒng)施工方法相比具有一定的先進性。如鋼棒的酸洗除銹、簡易有效的陰極炭塊組的吊裝工藝、自動化程度高的混捏鍋的使用等，在節(jié)省勞動力，改善作業(yè)環(huán)境，降低施工成本，縮短工期等方面的效果非常明顯。同時因除銹效果佳，降低了陰極炭塊組的冷態(tài)電阻值；因陰極炭塊組安裝過程中基本避免了鋼棒松動現(xiàn)象，減少了作業(yè)人數(shù)與返工次數(shù)，降低了成本，降低了安全隱患。文中提到的施工工藝在某鋁廠電解槽技改工程中得到了應用，目前各電解槽生產(chǎn)狀況良好，具有一定的推廣價值。

參考文獻

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