摘要 通过对铝电解槽内衬易损部位的分析与探讨，对铝电解槽阴极内衬一些改进的施工工艺进行了介绍。
关键词 电解槽 阴极内衬 施工
0 前言
铝电解槽以冰晶石和氧化铝熔体作为电解质，以炭素材料作为两极，直流电经阳极导入电解液和铝液层，而后从阴极流出，直流电在电极间产生热能并保持正常的电解温度900℃～950℃，使冰晶石和氧化铝熔融体变成离子状态，完成电化学反应，在阴极上析出液态金属铝。电解槽的阴极内衬既是析出铝液的贮存之处，又是电解过程的导体，这就要求阴极材料必须既具有良好的导电性，又具有较强抵抗熔融盐和金属铝液侵蚀的能力，为此，电解槽的阴极内衬主要以炭素材料为主，如：用半石墨质阴极炭块作为槽底的主要组成部分，施工过程中既要考虑到导电性即尽可能降低阴极砌体的电阻值，增强导电性能，又要考虑到砌体的致密性，增强砌体抗侵蚀性与抗渗透性。
1 铝电解槽阴极内衬施工工艺介绍
由图1可以看出，电解槽的内衬施工工序较多，再加上电解槽的改造一般是成批进行，从客观上要求阴极内衬的施工必须“流水线”进行，而“流水线”作业的一大特点就是上下工序制约较强，一环紧扣一环，只要中间某一道工序不能顺利进行，就会导致下道工序的停工，从而造成延误工期与劳动力的闲置。
2 铝电解槽阴极内衬渗铝状况与分析
铝电解槽阴极内衬的受损程度直接影响到铝电解槽生产是否正常，电解槽的停产检修大部分与阴极内衬破损、槽底渗铝、槽底隆起、铝液铁含量上升等因素有关，停产检修主要是进行阴极内衬的检修。在某铝厂大量铝电解槽阴极内衬拆除过程中发现，铝液渗透主要分布在以下部位：（1）阴极窗口部位，这主要是阴极钢棒融化，铝液从阴极窗口渗出；（2）阴极炭块内，这主要是阴极炭块组开裂，铝液往下渗透，出现阴极炭块内夹杂铝液；（3）侧部炭块后部，这主要是铝液经不严密的侧部炭块之间的缝隙渗透到侧部炭块后部；（4）底糊内，这主要是底糊出现夹层，铝液直接渗透到致密性差的夹层内；（5）干式防渗料表面或干式防渗料内部，在阴极炭块组开裂后，铝液沿着裂缝往下渗透，直至干式防渗料表面，干式防渗料与铝液反应生成一种致密的化合物，阻止铝液的进一步往下渗透，但是如果干式防渗料捣打不均匀密实，铝液沿着干式防渗料的薄弱部位继续往下渗透，从而出现有的铝液只渗透到干式防渗料表面，有的直接渗透到干式防渗料内部的现象。
事实上，铝液渗透的原因是复杂与多方面的，上面主要是为了改进与优化阴极内衬施工工艺，提高阴极内衬施工质量，降低铝液渗透，延长内衬使用寿命，从内衬施工角度出发对铝液渗透的原因进行的分析。根据分析结果，我们对以下施工工艺进行了优化与改进：（1）阴极炭块组的组装与安装过程的优化，旨在提高阴极炭块组的组装质量，降低阴极炭块组的接触电阻，降低电压降，延长阴极炭块组的使用寿命；（2）侧部炭块砌筑的优化，旨在提高侧部炭块的砌筑质量，尤其是灰缝的施工质量，降低侧部炭块缝隙铝液的渗透；（3）底糊施工工艺的规范化，旨在提高底糊施工质量，防止出现底糊夹层与捣打不均现象的发生，确保底糊捣打均匀密实，降低铝液渗透；（4）干式防渗料施工工艺的规范，干式防渗料是一种新型材料，必须制定出一套新工艺，确保干式防渗料的施工质量，达到干式防渗料真正起到防止铝液进一步往下渗透的作用。
3 阴极内衬各施工工艺的优化与改进
3.1 阴极炭块组钢棒的除锈
传统的除锈方法是采用喷砂法与钢丝刷等机械除锈，其弊端有：操作环境恶劣，除锈效果不佳，一次性投资大；现采用酸洗除锈，其优点有：改善了工作环境，降低一次性投资，大大提高了除锈的效率与效果，两种不同除锈方法组装成的阴极炭块组的冷态电阻值对比情况见表1，
表1 不同除锈方法的冷态电阻值对比 μΩ
传统机械除锈 酸洗除锈
340 56
310 110
330 82
690 210
610 270
500 110
510 82
510 62
680 150
620 51
注：以上数据为某厂施工过程中采用不同除锈方法所组装成
的阴极炭块组电阻中随机抽出的各10个数值。
3.2 阴极炭块组的组装过程
阴极炭块组组装过程中，加热环节主要有阴极钢棒的预热、阴极炭块组的预热、钢棒糊的预热等。传统的施工工艺过程中，钢棒采用加热炉、炭块组采用电阻丝、钢棒糊采用人工加热，加热成本高，作业环境差。结合施工特点与作业环境，钢棒与炭块的预热均采用电阻丝，钢棒糊采用自动温控的混捏锅，有效的改善了工作环境与同时也保证了热加温度。阴极炭块组的组装过程简述如下：
首先用碘钨灯加热罩预热阴极炭块，待阴极炭块燕尾槽内表面的温度符合操作要求后(70±10℃),在燕尾槽内一次性均匀的铺上加热好的钢棒糊(50±10℃),接着用捣固枪捣打密实平整，然后把已加热好的钢棒(70±10℃)放在平实的钢棒糊上面，并调整固定到规范、设计要求的位置，接着在钢棒两侧填入钢棒糊，两侧交替捣打，每次铺料厚度30mm，压实至20mm，最后在钢棒上面一次性铺上适量的钢棒糊，捣打至与阴极炭块表面平齐为准。
3.3 阴极炭块组的安装
阴极炭块组安装过程之前先采用μΩ-I型铝电解槽阴极冷态电阻测量仪测出各阴极炭块组的接触电阻，然后按照相邻阴极炭块组压降＜10%的原则，进行搭配排序，接着再进行阴极炭块组的吊装，阴极炭块组落位后检查阴极钢棒与阴极窗口四周的间隙，待合格后，用石棉泥进行密封，同时在钢棒与槽底保温耐火层之间的间隙用浇注料或耐火泥进行人工填实，安装结束后在阴极炭块组上表面用帆布覆盖予以保护。
阴极炭块组的的整个安装过程中，吊装是关键过程，如果吊装不稳，非常容易导致阴极钢棒松动，造成返工处理。在传统吊装过程中，钢丝绳直接与阴极钢棒接触，吊装不稳，容易产生阴极钢棒的松动，同时吊装过程通过两个电动葫芦进行调整阴极炭块组的倾斜角度，安装过程缓慢。为此对吊装过程进行了改进，设计了一种钢丝绳套，采用该绳套后，吊装过程中避免了钢丝绳直接与阴极钢棒接触，并且通过调整钢丝绳套左右长度，轻松快速的完成阴极炭块组倾斜角度的调整。与传统的吊运方式相比，具有操作性强、经济性高、质量稳定、安全可靠等特点，基本避免了因吊装导致阴极钢棒松劲的现象。如图2、图3所示(注：经过近5000块底块组的吊装，其安全性是可靠的，没有发生过一次打滑现象)。
3.4 槽底预热
在槽底加热之前应先用压缩空气进行吹风清扫，清扫完毕后把专用的电加热片放入各炭块组之间的立缝内及四周(共16组，每组功率约3.5kW)上部用盖子进行覆盖保温，大约加热2h即可达到所需的温度(40℃～45℃)。
3.5 底糊加热
用混捏锅代替原先的人工抄糊，既改善了工作环境，又降低了劳动强度，同时还提高了加热质量，具体操作如下：首先把冷料倒入混涅锅内(400L的混涅锅每次可装240kg)稍待片刻(根据气温及糊料的软化点而定)即可起动转动装置，再过3～4min可以出料至保温箱内，运至将扎糊的电解槽两侧备用。
4 结束语
本文主要总结了某铝厂电解槽阴极内衬的施工过程，文中所采用的方法与措施简单实用，与一些传统施工方法相比具有一定的先进性。如钢棒的酸洗除锈、简易有效的阴极炭块组的吊装工艺、自动化程度高的混捏锅的使用等，在节省劳动力，改善作业环境，降低施工成本，缩短工期等方面的效果非常明显。同时因除锈效果佳，降低了阴极炭块组的冷态电阻值；因阴极炭块组安装过程中基本避免了钢棒松动现象，减少了作业人数与返工次数，降低了成本，降低了安全隐患。文中提到的施工工艺在某铝厂电解槽技改工程中得到了应用，目前各电解槽生产状况良好,具有一定的推广价值。
5 参考文献
[1] 《筑炉工程手册》2007年1月
[2] 《工业炉砌筑工程施工及验收规范》（GB 50211-2004）
[3] 《工业炉砌筑工程质量验收规范》（GB 50309-2007） |
