電解槽陽極鋼爪熔化原因分析及對策

董健龍

摘 要：陽極鋼爪熔化是電解槽的病態(tài)之一，其對電解槽的危害可大可小，嚴重時對電解槽的穩(wěn)定性、電流效率以及原鋁質(zhì)量均有較大影響。但實際生產(chǎn)過程中，又無法避免這種病態(tài)的發(fā)生，為減少鋼爪熔化的數(shù)量，則需要對影響因素和數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)分析，以制定適宜的對策來有效控制。

關(guān)鍵詞：陽極鋼爪;熔化;對策

陽極鋼爪熔化在電解生產(chǎn)過程中，經(jīng)常發(fā)生，且有時數(shù)量較大。鋼爪熔化主要是由電流偏流造成，其次是電解質(zhì)的長時間浸泡，嚴重時，可造成陽極組連續(xù)脫落[1]。在熔化過程中，其槽溫上升，穩(wěn)定性變差，進而造成電流出現(xiàn)空耗，電效降低。因此，鋼爪熔化對生產(chǎn)有較大的危害，是值得技術(shù)人員去研究和攻關(guān)的課題。有效控制化爪數(shù)量，對提高電解槽的穩(wěn)定性和電效有著顯著的現(xiàn)實意義。

1 鋼爪熔化的主要因素

鋼爪熔化的主要原因是電解槽電流分布不均勻時，局部陽極電流過大，分攤到鋼爪的電流也會隨之增加，進而使得鋼爪溫度急劇上升而熔化，其次為電解質(zhì)的長時間浸泡造成化爪。嚴重時，會出現(xiàn)一組極多只鋼爪化斷或者一個電解槽多組極化爪等情況。

2 鋼爪熔化數(shù)量的趨勢分析

鋼爪熔化根據(jù)其熔化程度可分為，化爪、化斷和熔斷等三種類型。其中化爪是因電解質(zhì)長期浸泡鋼爪，造成鋼爪局部熔化變細;化斷是指部分鋼爪在電解質(zhì)中長時間浸泡熔化變短，其程度較化爪嚴重;而熔斷一般是指強電流下作用下，鋼爪出現(xiàn)熔化。

3 鋼爪熔化特征解析及要因分析

3.1 化爪

當陽極偏薄或者是陽極氧化時，鋼爪裸露而與電解質(zhì)長時間接觸，造成鋼爪變細或局部熔化，實際該部分占比較大，造成的主要后果是磷生鐵環(huán)粘爪，壓脫較為困難。

那糾正是何原因造成陽極偏薄或者陽極氧化呢？就電解車間自身而言，主要原因有以下幾點：①過熱度偏大或槽溫高時，由于高溫氧化和大過熱度的沖刷，陽極消化速度較快，造成陽極偏薄[2]，另外過熱度較大時，會造成殼面塌陷而出現(xiàn)陽極氧化等情況;②提極造成殘極電流分布過大，而消化速度加快;③大面整形或者封中縫質(zhì)量較差，造成陽極氧化，從實際觀察的現(xiàn)象來看，中縫氧化居多，主要是下料處氧化。

3.2 化斷

化斷為嚴重的化爪，因此其產(chǎn)生的原因與化爪一致，即電解質(zhì)浸泡的時間更長，再加之電流的作用，以及發(fā)現(xiàn)不及時，造成陽極鋼爪已熔化而變短了，化斷的陽極鋼爪需要進行局部修補焊接，方可再組裝陽極使用?；瘮嗟臄?shù)量相對較小，若能控制化爪的數(shù)量，則化斷的數(shù)量會進一步下降。

熔斷是鋼爪熔化中最嚴重的一種形態(tài)，表現(xiàn)為多只鋼爪頭熔化，嚴重者造成陽極組局部脫落或完全脫落，一般情況下，脫落的陽極具有一定的高度，甚至是剛換不久的新極。出現(xiàn)這種情況的主要原因有以下幾個方面：①若運行不久的新極即出現(xiàn)熔斷脫落。原因有新極安裝過低（或新極安裝后，鄰極被提極以處理電解槽針擺）;新極本身電阻不均勻，造成局部電流過大，一般表現(xiàn)為單塊陽極脫落;②運行有一段時間的陽極組出現(xiàn)熔斷脫落。一般可以肯定的認為是電解槽運行的不穩(wěn)定性對其的影響。該過程相對較為復雜，有可能是電解槽自身存在的問題，如陰極工作面差異較大，包括陰極破損在內(nèi)，也可能是電解槽冷熱行程偏離造成或者說主要工藝條件嚴重偏離，部分極是因為修補爐底或側(cè)部爐幫造成;③即將更換的殘極。一般還有幾天就要更換，這些極出現(xiàn)熔斷最可能的原因是，殘極整體偏薄，導電面積小，而電流過于集中，繼而出現(xiàn)殘極熔斷。

4 減少鋼爪熔化數(shù)量的對策

4.1 加強陽極封極質(zhì)量的檢查

封極質(zhì)量對陽極的氧化影響較大，封極質(zhì)量越好，塌殼冒火越少，則陽極的氧化就會越少，反之，陽極氧化越多，繼而造成陽極鋼爪熔化。從陽極氧化的分布來看，一般中縫處陽極的氧化較為嚴重，主要是因為中縫下料處較寬，封極難度大，且中縫經(jīng)常打殼下料，保溫料不能完全板結(jié)而保護陽極。

4.2 穩(wěn)定控制在產(chǎn)鋁量

隨著電解槽的運行，爐底狀況會發(fā)生一系列的變化，如爐底上拱、結(jié)殼和沖蝕坑等，爐幫也有厚有薄。因為這些情形的存在，就很難直接準確的測量出在產(chǎn)鋁量，一般近似處理，即假定爐膛基本穩(wěn)定，爐底因沉淀結(jié)殼和上拱，按年爐底平面平均上升1cm進行計算，這從停槽鋁水平和停槽鋁量的關(guān)系可以得出。

根據(jù)資料記載，每10kA電流保持的鋁量控制在0.75-0.8t之間[3]，按目前415kA的運行電流，計算得在產(chǎn)鋁量為31t左右，對應新槽鋁水平的高度大概在28-30cm之間，即出鋁后鋁水平不宜低于28cm，平均運行槽壽命按2年計算，則出鋁后平均鋁水平應該保持在30cm，這樣才能滿足電解槽穩(wěn)定運行的需求。若在產(chǎn)鋁量保持過低，則不均勻的爐底將造成電流分布極其不均勻，進而造成大面積陽極長包和氧化等現(xiàn)象。

4.3 保持合適的設定電壓

一般而言，設定電壓越高，有效極距越大，陽極氣泡溢出對熔體的擾動就會越小，但是，極距并不是越大越好，極距太大一方面電耗損失大，造成成本上升，其次可能造成電解槽偏熱，使得電解槽運行風險增加，因此，極距應保持合適。理想的極距一般控制在4.5-5cm之間，基礎(chǔ)管理和裝備較差的可適當偏上限保持，若按照理論上每厘米的極距對應的電解質(zhì)壓降約為320mV進行計算，則理論的電解質(zhì)壓降應控制在1440-1600mV，取中值為1520mV。通過電壓平衡的測算可知，要想控制在該中值電解質(zhì)電壓，其設定電壓應控制在4V左右。低于該值，可能因為有效極距相對偏小，造成電解槽波動概率增加。

4.4 提高陽極組均質(zhì)化率

影響陽極組均質(zhì)化率的因素較多，主要包括陽極組的組裝質(zhì)量和材質(zhì)的質(zhì)量，任何一個條件控制不到位，均可能造成陽極組均質(zhì)化率變差，其中主要以電阻均質(zhì)化影響為最大，而影響電阻均質(zhì)化的主要包括鋼爪質(zhì)量和澆鑄質(zhì)量。

作為企業(yè)管理者，要制定鋼爪和導桿報廢標準和使用年限，一旦不滿足使用標準，即使未達到使用年限，也可予以報廢處置。

澆鑄質(zhì)量的控制相對簡單，因為澆鑄質(zhì)量檢查較容易，只要澆鑄后，磷生鐵均勻飽滿，裂紋不超過1條為最佳。精工出細活，要穩(wěn)定控制澆鑄質(zhì)量，則要權(quán)衡質(zhì)量與效率的關(guān)系，否則有了數(shù)量，則質(zhì)量會很難保障。

4.5 保證新極的定位精度

新極定位精度越高，對提高16h的等距壓降的均勻性會越好。為提高換極定位精度，可采用自動定位來取代人工定位。定位精度提升后，電流分布的均勻性就會提高，這對電解槽的穩(wěn)定運行有利。

4.6 有效處理針擺槽

電解槽產(chǎn)生針擺后，直接的影響是造成爐膛和殼面沖刷，進而造成陽極氧化化爪。但是電解槽出現(xiàn)針擺的原因較多，一部分是因為陽極運行異常造成，這需要通過檢查電流分布，然后對單個極進行處理即可;一部分是因為氧化鋁濃度分布不均勻，造成局部區(qū)域內(nèi)陽極運行異常，這需要處理局部濃度問題，嚴重時，需效應放熱來處理;還有一部分是爐膛造成，若爐膛存在畸形或者爐底沉淀結(jié)殼分布不均勻，則會造成電解槽整體電流分布而出現(xiàn)大幅度擺動，處理時，首先需大幅提高電壓，拉開極距來抑制電解槽擺動幅度。有效的處理電解槽波動，就是有針對性的制定對策，第一時間進行處理。若處理方法不當，則可能加劇電解槽波動，繼而出現(xiàn)嚴重的病槽事故，如滾鋁等情況。

5 結(jié)語

①鋼爪熔化的影響因素較多，不同的因素其影響程度也是不一樣的;②鋼爪熔化根據(jù)其嚴重程度，主要分為化爪、化斷和熔斷三種。期中化爪和熔斷的占比較高，有效控制鋼爪熔化，即是要控制化爪和熔斷的數(shù)量;③減少鋼爪熔化的主要措施包括強化封極質(zhì)量的檢查、穩(wěn)定控制在產(chǎn)鋁量、保持合適的設定電壓、保證新極的定位精度和有效控制針擺槽等措施。措施控制得當，可減少陽極的氧化。

參考文獻：

[1]李清.大型預焙槽煉鋁生產(chǎn)工藝與操作實踐[M].長沙：中南出版社，2005.

[2]劉業(yè)翔，李劼.現(xiàn)代鋁電解[M].北京：冶金工業(yè)出版社， 2008.

[3]沈洪遠，梅熾，蔡祺風.鋁電解槽二維穩(wěn)流傳質(zhì)決定的電流效率模型[J].中南礦業(yè)學報，1992（6）：693-699.