多極鎂電解槽槽壽命的影響因素分析

周云英，石玉英，楊海均

(攀枝花鋼企欣宇化工有限公司，四川攀枝花 617000)

1 引言

電解槽使用壽命問(wèn)題是鎂電解生產(chǎn)以來(lái)長(zhǎng)期存在的疑難問(wèn)題，由于電解槽的大修、啟動(dòng)需要大量人力與資金，因此延長(zhǎng)電解槽的使用壽命對(duì)提高電解槽生產(chǎn)的各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，增加產(chǎn)量降低電解鎂生產(chǎn)成本有重要作用。據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，國(guó)外大型電解槽的使用壽命都在2 ～2.5 年(900 天)［1］，多極電解槽設(shè)計(jì)壽命為24個(gè)月，正常運(yùn)行一般可達(dá)到28個(gè)月。我公司從2010年6月份投產(chǎn)多極鎂電解槽至今，經(jīng)歷了啟動(dòng)、生產(chǎn)、停槽、大修再投產(chǎn)的過(guò)程，在這一系列生產(chǎn)活動(dòng)過(guò)程中，我們對(duì)電解槽的砌筑質(zhì)量、砌筑用材料、電解槽焙燒啟動(dòng)及運(yùn)行過(guò)程中雜質(zhì)等對(duì)槽壽命的影響進(jìn)行了總結(jié)分析。

2 影響槽壽命的因素

2．1 內(nèi)襯材料對(duì)多極鎂電解槽槽壽命的影響

在多極鎂電解槽電解過(guò)程中，電解槽內(nèi)部由于受槽內(nèi)磁場(chǎng)及電解質(zhì)循環(huán)運(yùn)動(dòng)的影響，將造成槽內(nèi)襯不同程度受損。尤其是當(dāng)磁場(chǎng)和熔體流速超過(guò)最大值時(shí)，會(huì)使陰極部分槽殼變形，甚至?xí)鸩蹥て茡p［2］。因此，多極鎂電解槽在內(nèi)襯材料的選擇上比無(wú)隔板鎂電解槽更為嚴(yán)格。

一般多極鎂電解槽底部及集鎂室側(cè)墻、電解室枕磚以下的側(cè)墻均采用普通的耐火磚砌筑，而集鎂室與電解室相分隔的簾墻及電解室后墻、枕磚等則分別采用氧化鋁含量較高的莫來(lái)石、剛玉等磚體進(jìn)行砌筑，以確保多極鎂電解槽在正常生產(chǎn)運(yùn)行期間，槽內(nèi)部襯磚不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的脫落或破損現(xiàn)象。

從表1可以看出，多極鎂電解槽在運(yùn)行過(guò)程中對(duì)槽體后墻、枕磚及進(jìn)線端側(cè)墻的沖刷最為嚴(yán)重，主要就是受強(qiáng)磁場(chǎng)和熔體高速流動(dòng)的影響所致。因此，該幾處的砌體磚材料還必須具有以下良好的性能:在高溫下熱穩(wěn)定性好，有較好的抗電解質(zhì)熔液侵蝕和抗沖刷性，以及有良好的高溫耐磨性和常溫、高溫機(jī)械強(qiáng)度好。

表1 多極鎂電解槽停槽后槽內(nèi)襯情況

2．2 內(nèi)襯砌筑質(zhì)量對(duì)多極鎂電解槽槽壽命的影響

多極鎂電解槽內(nèi)襯砌筑材料質(zhì)量得到保證的同時(shí)，槽內(nèi)襯的砌筑質(zhì)量同樣將直接影響到槽使用壽命的長(zhǎng)短。多極鎂電解槽內(nèi)襯砌筑時(shí)，要求先砌底，后砌墻，整個(gè)墻體都?jí)涸诓鄣咨?，且砌筑過(guò)程中磚與磚之間縫隙不能直線對(duì)齊［3］。

在槽內(nèi)襯具體砌筑過(guò)程中，槽不同部位砌筑質(zhì)量要求有所不同:底部砌筑時(shí)，磚縫要求小于1 mm，平面度允許誤差為±2.5 mm。直墻砌筑時(shí)，要求從兩端往中間砌，以保證墻角規(guī)整，砌到中間合攏時(shí)，需根據(jù)情況將磚截短加工，使之長(zhǎng)短合適，但這時(shí)上下磚層的錯(cuò)縫仍不小于1/4磚長(zhǎng)，而且磚塊本身的長(zhǎng)度也不應(yīng)小于半磚，否則必須連續(xù)加工兩塊磚。另外，在砌墻時(shí)，如果僅有一小部分一次砌得過(guò)高，由于泥漿還未硬化，在磚的壓力下，泥漿會(huì)被擠壓出來(lái)，使磚墻下沉，產(chǎn)生變形，因此，除特殊情況外，整個(gè)磚墻應(yīng)該均勻上砌。后墻砌筑時(shí)，除要求磚之間不能對(duì)齊外，還要求上下磚縫小于3 mm，左右磚縫小于1 mm，磚與磚之間錯(cuò)逢不小于25 mm。簾墻砌筑時(shí)，則要求磚縫不能在陰極窗上方。交流電極周圍的墻體砌筑時(shí)，要求在交流電極周圍預(yù)留80～100 mm的空間以備灌澆注料。交流電極安裝固定后，測(cè)試交流電極與槽殼體之間的電阻，交流電極周圍灌澆注料時(shí)，應(yīng)保持一致從交流電極的一側(cè)灌入澆注料，且所用澆注料與水按13%～15%的比例攪拌而成，并要求事先在攪拌器中充分?jǐn)嚢杈鶆?，澆注確保各處勻?qū)崱?/p>

雖然不同位置的槽內(nèi)襯在電解過(guò)程中所起的作用和所受的磁場(chǎng)強(qiáng)度及熔體流速?zèng)_擊不同，但在砌筑時(shí)都必須嚴(yán)格按“多極鎂電解槽砌筑規(guī)范”去嚴(yán)格把好質(zhì)量關(guān)，確保磚縫及錯(cuò)縫在規(guī)定范圍之內(nèi)，縫隙之間灰漿飽滿，澆注處澆注料密實(shí)、均勻等等。據(jù)了解，國(guó)內(nèi)某廠曾因多極鎂電解槽在砌筑過(guò)程中忽略了對(duì)集鎂室直墻的砌筑質(zhì)量要求，結(jié)果在槽體運(yùn)行不到半年就發(fā)生集鎂室側(cè)墻穿孔漏料事故。由于漏料處距上液面較近，采取交流保溫及臨時(shí)停直流進(jìn)行修復(fù)處理后，該槽得以繼續(xù)恢復(fù)正常運(yùn)行，但如果漏料處靠近槽底部，則該槽可能就只能提前停槽報(bào)廢［4］。

2．3 烤槽制度對(duì)多極鎂電解槽槽壽命的影響

鎂電解槽在啟動(dòng)前必須進(jìn)行充分的烘烤，尤其是具有特殊內(nèi)部結(jié)構(gòu)的多極鎂電解槽，烤槽制度的合理與否直接影響到槽體壽命長(zhǎng)短。

烤槽制度對(duì)鎂電解槽壽命的影響:①升溫速率過(guò)快，內(nèi)襯水分迅速加熱蒸發(fā)會(huì)使槽內(nèi)砌體開裂;②溫度過(guò)低或保溫時(shí)間不足，槽內(nèi)襯水分排出不充分，尤其是全澆注料搗固的交流加熱口，交流加熱長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，出現(xiàn)穿孔、漏槽事故。

2．3．1 烤槽升溫速率對(duì)槽壽命的影響

電解槽剛砌筑完工，砌體的灰漿中含有大量的水分，這些水分若迅速加熱蒸發(fā)會(huì)使砌體開裂。一般自然干燥1～3天才開始烤槽，烤槽時(shí)按一定的升溫曲線進(jìn)行。

多極鎂電解槽烤槽分為兩個(gè)階段:電烤槽和燃?xì)饪静郏?］。其升溫曲線見(jiàn)圖1。

圖1 多極鎂電解槽烤槽升溫曲線

2．3．2 烤槽溫度對(duì)槽壽命的影響

烤槽溫度過(guò)高(電解質(zhì)溫度＞350℃)，造成各極之間極距增大，不僅影響電流效率，同時(shí)還加快陽(yáng)極、雙極消耗，降低槽使用壽命;烤槽溫度不均衡或過(guò)低，槽內(nèi)襯水分排出不凈，既會(huì)造成電流效率降低，又會(huì)造成槽內(nèi)槽渣生成量增加和交流加熱電極口或陰極刀把口穿孔漏料事故，縮短槽使用壽命。

從表2可以看出，燃?xì)饪静垭A段對(duì)槽壽命影響最大:槽內(nèi)各點(diǎn)溫差越小，排出水分越干凈，槽使用壽命越長(zhǎng)。

表2 多極鎂電解槽烤槽溫度對(duì)電流效率及槽壽命的影響

2．4 雜質(zhì)對(duì)多極鎂電解槽槽壽命的影響

電解質(zhì)中的水分及氧化鎂雜質(zhì)對(duì)多極鎂電解槽的電流效率和槽壽命都有極其重要的影響，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，必須盡量減少或消除水分及氧化鎂雜質(zhì)的帶入或產(chǎn)生條件。

電解質(zhì)中的水分主要以MgOHCl形式存在，它和氧化鎂雜質(zhì)一樣，都會(huì)造成陽(yáng)極消耗和使陽(yáng)極表面性質(zhì)發(fā)生變化，使生成的氯氣泡在陽(yáng)極表面和上升過(guò)程中都難以合并長(zhǎng)大，升至電解質(zhì)表面時(shí)也不易破裂。這些氣泡積聚在一起，使電解質(zhì)循環(huán)路徑縮短，電解質(zhì)循環(huán)速度加快，即引起電解質(zhì)沸騰［6］。

陽(yáng)極消耗反應(yīng):

由于以上反應(yīng)，電解過(guò)程中產(chǎn)生的MgO有60% ～70%被陽(yáng)極氯氣氯化了［2］。

為減緩陽(yáng)極消耗，提高多極鎂電解槽使用壽命，要求精料入槽:采用鎂還原法生產(chǎn)的熔體氯化鎂在轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中密閉運(yùn)輸，減少與空氣的接觸，將入槽熔體氯化鎂的水分控制在0.5%以內(nèi)，氧化鎂在0.05%以內(nèi)。

3 結(jié)論

多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，電解槽的使用壽命與砌筑材料的選擇、砌筑質(zhì)量、電解槽的焙燒啟動(dòng)及日常操作有密切關(guān)系，電解槽使用壽命的長(zhǎng)短不僅標(biāo)志著多極鎂電解槽電解技術(shù)水平，還直接關(guān)系到企業(yè)的生產(chǎn)穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)效益，所以對(duì)電解槽壽命的探討有重要意義。

［1］ 姜寶偉．無(wú)隔板鎂電解槽電解質(zhì)沸騰的探討［J］．輕金屬，2007(6):52-53．

［2］ 鎂還原—真空蒸餾法海綿鈦生產(chǎn)，攀枝花鋼企金沙鈦業(yè)有限公司內(nèi)部資料，2007:124-127．

［3］ 周茂敬．一 種 氯 化 鎂 電 解 槽:中 國(guó):ZL201120006265．4［R］．

［4］ 張永?。V電解生產(chǎn)工藝學(xué)［M］．湖南:中南大學(xué)出版社，2006:469-471．

［5］ 多極鎂電解槽啟動(dòng)方案，攀枝花鋼企欣宇化工內(nèi)部資料，2010，06．

［6］ 王永利．雜質(zhì)對(duì)鎂電解過(guò)程的影響［J］．張家口師專學(xué)報(bào)，2003(6):72-74．