電解槽內(nèi)襯結(jié)構(gòu)對(duì)壽命的影響

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1、《鋁電解槽新型結(jié)構(gòu)技術(shù)研討會(huì)》征文---槽內(nèi)襯新材料與新技術(shù)電解槽內(nèi)襯結(jié)構(gòu)對(duì)槽壽命的影響中電投寧夏能源鋁業(yè)公司青銅峽鋁業(yè)股份有限公司大修部摘要從不同的方面對(duì)電解槽陰極內(nèi)襯壽命的影響因素進(jìn)行了分析與研究,指明了延長(zhǎng)鋁電解槽陰極內(nèi)襯壽命的途徑。關(guān)鍵詞電解槽　內(nèi)襯　壽命鋁電解槽是鋁電解生產(chǎn)的核心裝置,其壽命的長(zhǎng)短不僅與槽型、陰極內(nèi)襯結(jié)構(gòu)、筑爐材料的質(zhì)量有關(guān),而且鋁電解槽的焙燒啟動(dòng)方法、正常生產(chǎn)的維護(hù)與管理以及操作制度等多方面因素對(duì)其均有影響。一、鋁電解槽結(jié)構(gòu)分析鋁電解槽是鋁電解生產(chǎn)的主體設(shè)備。目前為止鋁電解

2、槽的陽極有所不同，但是陰極基本相同。電解槽的壽命取決于陰極,因此電解槽的壽命通常指的是陰極的壽命。鋁電解槽陰極由電解槽槽殼、保溫材料、耐火材料和炭素內(nèi)村四部分組成。鋁電解槽陰極炭素材料包括陰極側(cè)部和底部?jī)刹糠?直接與電解質(zhì)和鋁液相接觸,是鋁電解槽的關(guān)鍵部位,這不僅是由于它是盛置熔融的鋁液和電解質(zhì)的容器，更為重要的它還作為一種導(dǎo)電裝置，使電流由陽極流向陰極母線。鋁電解槽的側(cè)部是由側(cè)部塊和扎固糊扎固而成,陰極底部是由陰極炭塊組和縫間糊扎固而成為一個(gè)整體。陰極炭素內(nèi)襯的結(jié)構(gòu)是否合理，材料的選擇以及砌筑質(zhì)量都

3、將直接影響到電解槽的使用壽命。鋁電解槽內(nèi)襯按區(qū)域分,可分為底部?jī)?nèi)襯和側(cè)部?jī)?nèi)襯。底部?jī)?nèi)襯從功能上講,起著支承陰極結(jié)構(gòu)和保溫的作用。側(cè)部?jī)?nèi)襯則主要起著保護(hù)鋼制金屬外殼面免受電解質(zhì)熔體的侵蝕的作用。由于電解質(zhì)的強(qiáng)烈腐蝕性,僅僅靠側(cè)部?jī)?nèi)襯材料尚不足以抵御電解質(zhì)的長(zhǎng)期侵蝕,因此,希望在側(cè)部?jī)?nèi)襯里側(cè)形成一層所謂的結(jié)殼,來保護(hù)側(cè)襯。從電解槽底部?jī)?nèi)襯的功能上講,希望底部?jī)?nèi)襯具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度,減小由于重力、內(nèi)應(yīng)力引起的壓縮變形。這樣,底部?jī)?nèi)襯要具有較高的容重抵御壓縮變形，同時(shí)希望底部?jī)?nèi)襯具有較好的保溫性能。這樣,底部

4、內(nèi)襯的容重應(yīng)盡量低。鑒于底部?jī)?nèi)襯的中溫度分布特點(diǎn)和對(duì)抗電解質(zhì)侵蝕的要求,內(nèi)襯層材料從上到下,一般容重依次降低,上層最高。結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn),對(duì)電解槽內(nèi)襯結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析并提出了相應(yīng)的配置方式(假定陰極下部?jī)?nèi)襯材料分布自上而下依次為第四、第三、第二和第一層)1、陰極炭塊下、環(huán)行耐火澆注料圈內(nèi)的底部?jī)?nèi)襯部分1.1第四層應(yīng)采用搗實(shí)干式防滲料。干式防滲料作為一種新型散狀顆粒內(nèi)襯材料,其與電解質(zhì)反應(yīng)生產(chǎn)一種玻璃狀體可阻止電解質(zhì)向下的進(jìn)一步滲透。該搗實(shí)層搗實(shí)密度在210g/cm3左右,具有較高的容重,但低于黏土質(zhì)耐火磚(

5、212g/cm3左右)。同時(shí),該搗實(shí)層的導(dǎo)熱系數(shù)(約為黏土質(zhì)耐火磚1/3)遠(yuǎn)低于黏土質(zhì)耐火磚。這樣的材料特征既可以增強(qiáng)底部?jī)?nèi)襯的保溫,同時(shí)其為散狀顆粒狀態(tài),因此可以吸收陰極膨脹力,緩沖陰極向上的隆起力。另外,由于其較高的搗實(shí)密度,又可在一定程度上抵御陰極膨脹的內(nèi)壓力。搗實(shí)干式防滲料的這兩種特征兼顧了吸收陰極膨脹和抵御陰極膨脹的兩方面要求。1.2第三層采用隔熱耐火磚。硅藻土質(zhì)隔熱耐火磚,導(dǎo)熱系數(shù)稍低于搗實(shí)干式防滲料,容重也低。該種材料價(jià)格低,可滿足該位置的保溫要求，目前國(guó)內(nèi)電解槽內(nèi)襯在此層多選用該材料。

6、1.3第二層采用保溫性能更高的、容重稍低于硅藻土質(zhì)隔熱耐火磚的陶瓷纖維(硅酸鋁)隔熱板。該隔熱板導(dǎo)熱系數(shù)約為硅藻土質(zhì)隔熱耐火磚的1/3,容重約為硅藻土質(zhì)隔熱耐火磚的1～1/3倍,相對(duì)于耐高溫硅酸鈣板,導(dǎo)熱系數(shù)偏高,但容重大,耐高溫性能等同或高于硅酸鈣板。雖然陶瓷纖維(硅酸鋁)隔熱板導(dǎo)熱系數(shù)略高于硅酸鈣板,但由于其容重大,抗壓縮能力強(qiáng),受壓縮后導(dǎo)熱性能變化小的緣故。1.4第一層采用硅酸鈣板。硅酸鈣板容重低于陶瓷纖維隔熱板,但導(dǎo)熱系數(shù)約為陶瓷纖維隔熱板的1/2。由于該層距離陰極最遠(yuǎn),又有上面3層吸收陰極膨

7、脹力,加之其低的導(dǎo)熱系數(shù),硅酸鈣板是該層的最佳選擇。同時(shí),這樣的內(nèi)襯結(jié)構(gòu),不僅當(dāng)量容重依次提高(有利于熱平衡穩(wěn)定性),更主要的是在內(nèi)襯中形成導(dǎo)熱系數(shù)逐漸下降、溫度梯度較為均勻的結(jié)果,使得內(nèi)襯各層共同負(fù)擔(dān)保溫作用,避免出現(xiàn)過高的溫度梯度。2、陰極端頭、環(huán)行耐火澆注料圈以下的內(nèi)襯結(jié)構(gòu)該部分結(jié)構(gòu)應(yīng)具有為環(huán)行耐火澆注料的搗實(shí)提供堅(jiān)固底面、阻止電解質(zhì)滲透的功能,同時(shí)又要提供高的保溫效果?；谶@種要求,該部分結(jié)構(gòu)又分為兩部分?？拷壑行膬?nèi)側(cè)部分,固體磚應(yīng)耐較高溫度并耐電解質(zhì)侵蝕,因此應(yīng)采用黏土質(zhì)耐火磚,或以干式防

8、滲料為原料壓制成的磚塊?？拷蹥げ糠?采用保溫性能好的硅藻土磚。3、鋼棒端頭側(cè)下部保溫結(jié)構(gòu)由于大型電解槽大面多采用船型結(jié)構(gòu),側(cè)下角的保溫層厚度相對(duì)減薄,這樣的變化對(duì)于陰極內(nèi)部的溫度分布、陰極壓降都產(chǎn)生很大影響。對(duì)于陰極中的溫度分布,希望溫度均勻,等溫線盡量水平,減小由于溫差引發(fā)的內(nèi)部應(yīng)力不均以及引起的鋼棒與炭塊之間的膨脹接觸力不均,影響接觸電阻率。同時(shí)希望陰極底部的溫度以及端頭底角位置都要高于900℃。因?yàn)闈B入炭塊中的鈉與碳形成晶間化合物,該晶間化合物在