试论大型预焙铝电解槽炉底结壳成因及应对策略

陆国磊

广西德保百矿铝业有限公司 广西百色市德保县533700

摘要：日常维护和管理大型预焙电解槽，在铝电解生产工作中，是一件重要工作。主要是对炉膛进行合理的管理，在产生过程中，要保持炉底的整洁，这是保证电解槽正常运行的基础工作，同时也是提升铝电解生产质量的关键部分。一般情况下，铝电解槽中的材料和热收支在生产过程中应动态平衡。但如果电解槽中的氧化铝没有发生溶解，而在炉底形成了沉淀，就会破坏电解槽中的材料与热收支的平衡，且还会影响到磁场的变化，长期处于这种情况，电解槽就会发生一些问题，出现问题槽和病害槽的情况，这很容易导致事故。

关键词：大型预焙；铝电解槽；炉底结壳

1铝电解槽炉底沉淀结壳的成因

1.1电解槽热场不合理

电解槽热场不合理主要有的原因是设计的不合理与运行电流强度的不合理，对炉底形成结壳有着重要的影响。其根本是电解槽热收入小于热支出，电解质和槽底混合物凝固沉淀在阴极表面上越来越多，不能及时熔掉，越来越厚，形成坚硬的结壳层。在好的电解槽热场中，底部内衬的900℃等温线要在阴极炭块层的下面，否则炉底温度过低则不利于熔解物料，形成沉淀引起结壳。

1.2氧化铝浓度偏大

尽管现在电解槽方面提升使用了智能控制技术，能够把氧化铝的浓度管控在较低的范围，使其在生产过程中的氧化铝不产生沉淀，但是行业目前的系列运行基础数据的采集自动化、智能化与作业机械化、精细化的限制，在生产过程中如换极、填加覆盖料、处理堵料、处理结包等作业，仍有大量的过剩物料进入电解槽中，电解质未能及时全部溶解，沉积在电解槽的底部，慢慢的形成炉底结壳。

1.3分子比过低

在铝电解生产中，需要特别注意的技术控制参数是分子比。过低的分子比电解质会因为初晶温度较低而处于低温状态的情况，导致电解质粘度较大，电解质流动性变差，导电能力减小，会影响氧化铝的扩散以及溶解速度，没有及时进行溶解的氧化铝会因冷凝会沉积在电解槽的底部，慢慢地就会由沉淀转化成在的炉底结壳。

1.4电解质水平较低

电解质对于电解铝的生产来说有着十分重要的作用。首先，电解质能够帮助氧化铝进行扩散和溶解；其次，电解质能够有效调节和控制电解槽的温度，由此可见，电解质的水平对于电解铝的生产来说是非常重要的参数。电解质的水平波动直接影响着电解槽的波动，当电解质水平比较低时，氧化铝的溶解度也会降低，进而就会出现大量氧化铝沉淀的情况。

1.5电解槽铝量不合理

在铝电解生产过程中，在电解槽中保留适当的铝液量能够提高的电解质量，铝液可以保护电解槽中的阴极炭块，可以平衡电解槽中不同部位的温度，使电解槽中的温度处于均衡状态；另一方面，铝液可以可以将电流平稳的经过电解槽的底部，不仅如此，铝液还可以增大阴极的电流密度，进而提高电流的效率。但是，如果电解槽中铝液量过高，那么部分铝液量可能会导致一些不良后果，比如铝液量过大，那么就会有太多热量通过铝溶液向外扩散，从而导致槽底的温度降低，会出现氧化铝沉淀不能溶解形成结壳的情况。

2减少铝电解槽炉底沉淀结壳的方法

2.1促进氧化铝的溶解

2.1.1提高电解槽电压

一般情况下,会依据炉底的压降以及测量情况，对电解槽内的电压进行调整(但不能快速升压和降压，要适当控制幅度)，调节电解槽中的电压不仅能够使电解槽中的热量增大，使电解槽的温度升高，加快氧化铝的溶解速度，降低氧化铝沉淀的含量；还能够使极距变大，减少发生二次反应的情况出现。

2.1.2保持适当的分子比

电解槽中的分子比较高时，会给电解槽内的电流效率造成影响，增大卡锤头的概率，这会导致工人的工作量增加。且通过上文可以知道，当分子比较低时，很容易使氧化铝沉淀在炉底。由此可知，分子比对于铝电解的生产来说是非常重要的，可以适当提升溶液中的分子比，降低电解质的酸性，提高氧化铝在电解质内的溶解速度，尽可能的减少沉淀。

2.1.3提高电解质水平

此外，我们可以通过增加电解液总数的方法来提升电解质的水平，如果电解质的总量增大，那么，其中的氧化铝浓度就会相应的降低，可以加快氧化铝在电解质内的溶解速度，可以有效解决氧化铝沉淀过多的问题。为了确保电解液水平，必须注意控制电解液温度，加强电解槽保温，较少散热，在电解质水平过低的情况下，可以适当向电解质中添加冰晶或电解质块，以提高整体电解质水平。

2.2对已有沉淀和结壳的处理

2.2.1加强电解槽保温

电解槽底部的沉积物通常是由冰晶石、三氧化铝、AlF3和CaF2以及某些杂质的混合物，例如，Si、Cr、Ni构成。因此，要适当的增加电解槽的保温程度，降低电解槽的热量流失，严格控制分子比，保持适当的电解温度与过热度，保证电解槽底部温度，以便阴极炭块的温度能够超过初晶的温度线，在这种情况下，如果料块的温度超过电解质的初晶温度时，电解槽底部的结壳就会自动解体。因此，对电解槽进行保温处理，严控分子比，保过热度是非常有必要的，可能够有效解决电解槽底部结壳的问题。

2.2.2适度调整铝水平

适当的调节铝水平，不仅可以保护电解槽阴极，平衡阴极周边的温度，还可以使电解槽底部的不均匀的位置变平整，同时还能稳定电解槽的热熔有利于炉帮形成于保护，降低电解水平电流，使电解槽底部的电流变得更平滑，更有利余阴极发热，溶解沉淀结壳。因此，我们必须适度调整铝电解生产中的铝水平。

2.2.3控制氧化铝浓度

强化现场作业的精细化管理，提升设备如单点下料控制等措施，尽可能的减少因作业因素，带入过量的氧化铝物料，并结合槽智能控制实现低氧化铝浓度控制，减少过剩物料的沉积。

2.2.4处理炉底

针对电解槽底部已经出现的沉淀和结壳的问题，应及时进行处理，通常使用的方法是勾拉炉底等人工辅助手段，这能够使底部的结壳松动，使其更容易被融化。

3某大型预焙铝电解槽结壳处理实践

广西某大型预焙铝电解生产企业，最近几年运行电流低于设计值，铝水平、分子比等保持不匹配，且运行电流受外部因素运行波动大，热收支不平衡，导致这个系列的电解槽由于底部有结壳的问题，使部分的磁场出现了波动，水平电流增加，炉膛畸形，导致进行生产时，出现电压不稳、电流效率低、频繁冲击以及平均电压较高的情况，电耗高，不但已经严重影响到电解槽的生产性能，而且，还使工人的劳动强度变高。经过深入的调查发现，有这种情况的电解槽，其底部都已经沉淀了较厚的结壳。找到问题之后，采取了初步的措施，将这些电解槽装置放到热行程的模式下进行生产。具体操作是:适当提高设定的电压，减少出铝铝，进一步提升电解液的水平，稳定电解槽，延长加料的隔板(NB)，加大对换极的控制力度，定期让工人对结壳进行适当捣撬，当结壳被化开后，要尽快将电压恢复到标准范围内，保持标准的电解液水平，调整出铝任务量，慢慢使铝水平恢复到标准高度，逐渐恢复到生产水平。

技术方面:以稳定槽况为主线，重新规整炉膛，减少水平电流。主要措施：(1)提高设定的电压，提升50-200mv；(2)根据评判标准先减少出铝提升铝水平1-2厘米，平稳炉底异常带来的波动，再次稳定之后根据评判标准撤部分铝量；(3)电解质水平尽可能的将其保持在18~20厘米的高度；(4)延长加料间隔(NB)，使其处于一个较低的氧化铝浓度生产状态。

人工方面：在进行换极时，可以分工辅助用钢钎捣撬较高的结壳，可以在结壳的表面钻几个孔，使铝溶液进入结壳的空隙中，进而通过强大的电流溶解结壳。同时在每天换极作业时该区域单点人工控料0.5-1小时，尽快处理入槽的过剩物料。

使用上述手法3各月之后，有问题的电解槽底部慢慢的得到改善，底部的压降慢慢降低，电解槽稳定性更好，波动掉电压的电解槽基本控制，平均电压下降了30mV左右，直流功耗减少约100kWh/t-Al。目前在初步工作的基础上，进一步的对电解槽采取有效措施，尽可能的清除电解槽底部的结壳情况，具体内容如下：

(1)提升极距，增大热收入，将电解液水平保持在技术标准的上限，做好监控，然后通过电解液水平变化调节电压。针对结壳较为严重的电解槽，要适当的提高分子比，加长化炉底的时间，情况得到缓解之后要及时调整氟化铝的添加量，平稳分子比，维护好炉底。

(2)对于铝水平太高、槽温度过低的槽，需要使用慢慢去铝的方法，降低槽内散热的情况出现，尽可能的提升炉底的温度；如果铝水平较低，要适当的提高铝水平，平衡铝液流动的速度，以防止出现问题槽。

(3)加大电解槽的内外保温程度，对于底部结壳较为严重的槽，其钢窗可以使用保温材料进行填充。加大阳极保温材料和炉面的保温，以避免炉面着火和塌壳的情况。

(4)打开结壳槽烟道端一口，用专用工具在下料点和延伸道的中缝、阳极底位置，捣撬结壳或沉淀要加速融化。

(5)加大对电解槽的供料和打壳的检查和维护次数，以确保氧化铝的不间断供应。当槽内情况较为平稳时，且炉膛较为规整时，要减少或避免人工操作破坏电解槽的自平衡能力。

需要强调的是:上面的做法可能会有效地解决电解槽的底部结壳问题，但也有一定的缺点，因为这个过程的电解槽是在热状态的情况下进行的工作，电流效率低下，直流电流较高，很可能出现炉底破损的情况，因此，在处理结壳时，要进行实时的观察，把握好处理力度。

结语

综上所述，在进行铝电解生产时，清除炉底的结壳不但有助于减少电解槽的压降，而且对其顺利生产也是十分重要的。本文通过分析某电解铝公司部分的电解槽底部结壳情况进行分析和讨论，发现在电解槽进行生产时，需要使用合适的工艺技术，尽可能的提升重要工序的操作水平，要是电解槽内的能量处于平衡状态，且与人工处理相结合，这样能够有效降低电解槽底部发生结壳的可能性，能够起到有效改善结壳的情况、槽底电压降低、电流效率提升的作用。

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