铝电解阳极故障成因分析.doc

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1、铝电解槽阳极故障成因分析刘伟中铝包头铝业炭素厂2009年1月8日目 录1阳极脱落与掉块52 阳极长包63阳极断层84阳极掉渣84.1炭渣的形成94.1.1阳极的选择性氧化94.1.2铝同阳极气体的逆反应生成游离的固态炭114.1.3阴极炭素内衬的冲蚀剥落124.2炭渣的分布状态124.2.1漂浮状态134.2.2悬浮状态134.2.3与Al反应生成Al3C4134.3炭素生产工艺对掉渣的影响144.5电解工艺与操作对掉渣的影响154.6炭渣的危害164.6.1电解质电阻升高174.6.2导致热槽的产生174.6.3侧部漏电，造成电流损失。184.6.4导致氟化盐损失184.6.5增加工人的劳动

2、194.7阳极掉渣预防与减少194.7.1通过改善阳极质量减少掉渣204.7.2通过加强电解工艺与操作的管理，减少阳极掉渣215阳极裂纹236阳极掉角257阳极碎裂25铝电解槽阳极故障成因分析刘伟(中铝包头铝业炭素厂）摘要 0 % M1 YU9 c v2 g- ：本文对铝电解阳极故障的成因进行了分析并提出了解决的具体措施。关键词：铝电解 阳极 故障 成因电解槽经常表现的阳极故障（病状）有：阳极掉块、阳极长包、阳极裂纹断层、阳极块脱落、阳极局部过热、电流分布不均、大量炭渣落入电解质使电解质含炭、阳极四周氧化燃烧、阳极倾斜等。发生阳极故障，破坏了电解槽正常生产技术条件使电解槽出现紊乱状况：电压摆动

3、、电压升高、铝水滚动、电解质表面不结壳、电解槽局部不导电、不工作、引起电流效率急剧下降、直流电单耗及原材料单耗急剧上升、电解操作困难、铝品位下降等恶劣后果，甚至导致停槽。这些故障，主要由两方面原因造成，即阳极质量问题及电解作业不当。电解槽内发生阳极故障，要从电解、炭素两个方面进行分析，如果武断地下结论是阳极质量的问题，会给解决问题带来方向性错误，必须改变国内一些铝厂对这一问题的错误认识。1阳极脱落与掉块在预焙电解槽上，由于阳极块组装质量或电解操作质量问题，出现个别阳极脱落、掉块(部分脱落)，严重时一个槽在短时间内(几小时之内)出现多组脱落(三组以上)，对电解槽的运行产生极大的破坏，甚至被迫停槽

4、。1.1预焙阳极炭块因磷生铁成分、浇铸不牢或阳极炭碗缺陷，当在电解槽上使用时，其受热膨胀，会发生阳极炭块与钢爪脱离的现象。磷生铁成分配比不合理，受热膨胀过大或过小可能造成阳极脱落；阳极组装时浇铸不牢，或组装块叉运过程造成钢爪松动，在电解槽使用过程中也会造成阳极脱落。此种掉块很容易辨别，只要磷铁还在炭碗内，而钢爪已脱出即为此种类型，俗称“脱裤子”。1.2阳极炭块出现大裂纹，也会裂开掉块。 1.3电解槽内电解质波动剧烈，电解质不断冲刷阳极上部和钢爪，发现不及时，造成钢爪熔化，使阳极脱落。1.4阳极电流分布不均，电解槽内部分阳极电流过小，部分阳极电流过大，形成偏流，导致钢爪发纸，温度过高，严重时短时

5、间内使炭块与钢爪连接处的磷生铁或铝导杆与钢爪间的铝-钢爆炸焊熔化，造成阳极脱落，掉入槽内。引起阳极多组脱落的原因主要是阳极电流分布不均而引发的严重偏流。形成阳极偏流的原因主要有：液体电解质太低（150mm以下），浸没阳极太浅，阳极底掌稍有不平，就会使阳极电流集中，形成偏流。阳极长包，未及时处理，造成电流不均，形成偏流。抬母线时阳极卡具位置紧固不一致，或有阳极下滑，未及时调整，造成阳极块底掌不平，极距小的某阳极块或某些阳极块就会通过的电流多，造成电流不均，形成偏流。母线上个别阳极卡具紧固不牢，阳极下滑，未及时调整，也会引起阳极电流偏流。炉底沉淀较多，厚薄不一，使阴极电流集中，从而引起相对应的阳极

6、电流集中，形成偏流。1.5由于保温料覆盖不好，阳极上部氧化严重，磷生铁周围的炭块全部氧化掉，造成阳极掉块。1.6槽电压保持不当，造成长时间压槽，阳极与伸腿或沉淀接触，造成阳极电流负荷过重，引起阳极掉块。一般而言，电解槽正常生产过程中如果发生阳极脱落，其主要原因是由于阳极电流分布不均匀和阳极组装质量造成的，阳极质量对阳极脱落影响极小。2 阳极长包+ q# w7 * e$ $ O. g$ ?% 阳极底掌由于某种原因消耗不良，在底掌形成包状或锥形凸起物，称之阳极长包。阳极长包一般发生在电解槽正常生产期间，但是有些情况下电解槽焙烧启动后期也可能发生阳极长包现象。2.1由于炭块内部质量不均匀，在电解槽上

7、使用过程中，电解消耗速度不一，造成炭块下表面局部突出，形成阳极长包。此种现象一般较少。2.2由于电解质粘度大，槽内炭渣多且分离不好，随着电解质在槽内循环，大量炭渣集中在电解质运动旋涡里，粘在阳极底掌上，造成阳极消耗不均而长包。 国家职业资格培训教程-铝电解工下册，P236，吴鸿等，贵州科技出版社 2006年12月2.3由于电解槽局部阴极上存在大量电阻大的电解质结块妨碍了电流正常通过，此时该部位相对应的阳极局部难以消耗而逐渐形成包块。2.4由于阳极底面某部分粘结着导电不良的电解质沉淀，使该处电流通过少，阳极消耗就缓慢，结果这个部位就以锥型形态凸出，形成阳极长包。2.5电解工艺调整不当，使电解槽发

8、生热槽时，电解质发黏和沸腾不良，炭渣不能顺利地从阳极底掌中央部位分离出来，而浮积在阳极底掌的某一区域内，使该区域的导电性能恶化，导致通过该区域的电流减少而引起长包。2.6电解工艺调整不当，电解槽发生冷槽时，由于边部肥大，伸腿长，阳极端头易接触边部伸腿，引起阳极靠大面端头长包。2.7阳极某部位由于降阳极、出铝等操作与伸腿上的沉淀接触，沉淀粘在哪里，哪里就长包。2.8由于阳极没卡紧使阳极下沉粘上沉淀。 国家职业资格培训教程-铝电解工下册，P235，吴鸿等，贵州科技出版社 2006年12月2.9电解槽出现冷槽或热槽时,物料平衡遭到破坏,都会引起阳极长包,只是行程不同,阳极长包的部位有所不同,长包后电

9、解槽的状况有所差异。3阳极断层预焙阳极断层是指阳极有水平方向的断层，甚至断裂掉入电解槽内。阳极水平断层在阳极焙烧期间和电解槽正常生产过程中都会发生，但是这种现象发生的几率非常小。阳极断层主要是因为在阳极内部存在水平方向的裂纹，形成的主要原因一般都认为是由于阳极在成型过程中，同一块阳极使用不同混捏锅的糊料，使用这两种物料在成型中形不成紧密的整体，继而当生阳极在焙烧过程中形成水平裂纹，如果使用前没有发现就会造成水平断层。4阳极掉渣所谓炭阳极氧化掉渣是指电解槽运行中阳极炭块底部周围不断有炭渣。炭渣的直径从1m到几毫米不等。炭渣脱离阳极、不仅增大了炭耗，更重要的是脱离阳极的炭渣，失去了电化学作用，它们

10、进入电解液并被电解液浸润渗透，悬浮于电解质中。目前世界上所有电解铝都使用炭阳极，还没有一种阳极能够替代。炭渣可以从炭阳极、炭阴极以及电解过程中铝的二次反应等途径产生，是电解过程中必然要发生的。炭渣一方面产生，一方面通过与空气的氧化反应和燃烧也在消耗。当产生量和氧化量达到平衡时，槽内碳渣量并不增加，对电解行程并无影响。4.1炭渣的形成电解质里的炭渣，主要来源于因阳极炭块的选择性氧化而造成的炭粒剥落，少量细炭粉则是由于铝同阳极气体发生逆反应而生成的，此外，还有一部分炭粒来自因阴极炭块受铝液冲刷而造成的剥落。4.1.1阳极的选择性氧化（1）阳极选择性氧化机理在预焙阳极的物质组成中，骨料为不同粒度的煅

11、后石油焦，一些厂还使用电解返回的残极，粘结剂为煤沥青。煅后焦、残极、粘结剂焦（沥青经过高温焙烧后）是形成阳极炭块三种不同的炭源，它们的燃点是不同的，其化学活性是也不一样的，这种差别导致了阳极的选择氧化。粘结剂沥青炭在电解过程中被优先氧化，活性相对较小的骨科焦则不能顺利完全氧化，这种现象称作选择性氧化。粘结剂沥青炭的选择性氧化可以归于它的较大的化学活性、在电解时较低的阳极过电压和电解质熔体较大的润湿性，这种机理已被电解之后所观察到的阳极表面干料炭粒凸出于阳极表面的现象所佐证 冯乃祥 铝电解，化学工业出版社，北京，2006年7月。正是由于构成阳极物质的氧化过程不同步，导致消耗较慢的骨科焦颗粒从阳极

12、表面脱落，进入电解质熔液中形成炭渣。（2）阳极选择性氧化的类型阳极的选择性氧化包括炭阳极与空气的氧化反应以及炭阳极与CO2在电解界面上的氧化反应两类。空气反应消耗电解槽中，阳极的顶部温度随着使用天数的增加不断升高，如果操作不当，覆盖不好，就会暴露在空气中，发生如下反应，产生烧损。 （a） （b）通过热力学计算可知，在温度低于727时，反应（a）占主导地位；而温度高于727时，反应（b）占主导地位。在正常电解条件下，炭阳极上表面温度小于500，所以阳极发生氧化反应主要生成CO2。CO2反应消耗（布达反应消耗）电解槽中，阳极的底部温度约为960，而且阳极一部分处于阳极气体包围之中，与CO2发生如下

13、反应，产生烧损。通过热力学计算分析，在960条件下，布达反应的平衡气体成分是98.42%CO与1.58% CO2。铝电解槽温度通常在960左右，热力学上非常有利于上述布达反应。CO2与碳的反应主要是在CO2从电解中逸出，经过阳极四周时发生。 冯乃祥 铝电解，化学工业出版社，北京，2006年7月有学者专门研究了两类反应产生的阳极的消耗量，空气反应约占阳极消耗的17%，CO2反应约占阳极消耗的4%。在工业铝电解生产中，阳极在参与反应的同时，由于粘结剂与骨料的反应性不同，沥青焦被优先氧化，使粗大的骨料炭凸出于阳极表面，一部分骨料达到一定程度后靠自身的质量掉落下来，一部分骨料在机械冲击、流体冲刷下掉落

14、下来，形成掉渣。炭素阳极的选择氧化造成骨料焦炭粒脱落是铝电解质熔液中产生炭渣的主要原因。阳极侧面粉化和脱落的大小程度与阳极的质量和电解槽的操作参数有关。 冯乃祥 铝电解，化学工业出版社，北京，2006年7月4.1.2铝同阳极气体的2逆反应生成游离的固态炭在电解槽中，铝同阳极气体会发生2逆反应生成游离的固态炭。铝电解过程中的二次反应不仅降低电流效率，而且还带来另一方面的不利影响，即溶解在电解质熔液中的铝将阳极气体中的CO和CO2还原成C，在电解质熔液中形成细微的游离态炭渣。造成铝同阳极气体的逆反应有二种：第一种反应是溶解在电解质溶液中的A1直接将CO2还原成C：4 / B l1 K4 6 m 4

15、Al(溶解) + 3CO22Al2O3+3C(固态)(1)第二种反应是在铝电解质熔液中溶解的AL与CO2反应生成CO，而CO 又与AL反应生成C，即：2 6 a. L3 n7 ? Y5 R. T4AL（溶解）+ 3CO2Al2O3+3CO (2) 7 n/ W& E, O3 r! O$ w o+ R, 2AL(溶解) + 3CO2Al2O3(溶解)+3C （固态) (3)在上述两种反应中，反应(1)对于在铝电解质熔液中生成炭渣的作用较大。导致生成游离态炭的两种二次反应不是铝电解质熔液中产生炭渣的主要原因。4.1.3阴极炭素内衬的冲蚀剥落在铝电解过程中，阴极炭素内衬的剥落和碎裂是铝电解质熔液中产

16、生炭渣的又一来源。2 3 s9 k) B) 8 O/ m5 W铝电解槽启动后，由于钠的渗透以及电解质熔液和铝液的侵蚀和冲刷，阴极炭素内衬不久就会产生剥落。对于由无定形炭制造的阴极炭块来说，这种现象是常见的。钠渗入阴极炭块是引起剥落的首要原因，钠的渗入使炭块内部产生应力，导致炭块体积膨胀并变得疏松多孔，从而形成剥落。4.2炭渣的分布状态4.2.1漂浮状态当电解质熔液与炭渣湿润性较差时，大部分炭渣易于与电解质熔液分离而漂浮在电解质表面上。从电解槽内取出的电解质试样待其凝固后，可发现其断面呈白色，无明显的炭渣夹杂现象。当炭渣在电解质熔液中呈这种分布状态时，通常表明电解槽工作正常。此外，当阳极效应发生

17、时，绝大多数炭渣会从电解质熔液中分离出来浮于表面，其原因是电解质中Al2O3浓度低，电解质熔液对炭渣湿润不良，从而促使炭渣大量分离出来。4.2.2悬浮状态如果电解质熔液对炭渣湿润良好，则炭渣与电解质熔液不易分离而悬浮于电解质中，电解质熔液试样凝固后其断面呈灰色或灰白色甚至灰黑色(这是由于其中含有大量均匀分布的炭碴)，炭渣在电解质溶液中呈悬浮分布状态导致电解质大量“含炭”，对铝电解槽的正常工作造成非常不利的影响，是引起电解质过热(即产生“热槽”)原因之一。4.2.3与Al反应生成Al3C4当炭渣悬浮于电解质熔液之中时，将与溶解在电解质熔液内的铝反应生成炭化铝，即： 4Al +3C= Al3C4生

18、成的炭化铝会全部混合在电解质熔液中，使电解槽的工作状况恶化。从槽内取出的电解质熔液试样凝固后其断面呈黑色，并夹杂着黄色的氟化铝。当电解质内大量生成炭化铝时，电解槽工作电压随之迅速升高，电解质熔液和铝液均处于过热状态，最终将导致电解槽的工作完全停止(即电解反应停止进行)，严重时被迫停槽。铝电解质熔液中生成炭化铝是由电解质含“炭”(即炭渣悬浮于电解质内)演变而成的，这种状态并不经常发生，在生产中较为少见(只是偶尔出现)。减少铝电解质熔液中的悬浮态炭渣的生成量并减少铝在电解质熔液中的熔解量，即可有效地抑制或避免炭化铝的生成。4.3炭素生产工艺对掉渣的影响（1）沥青用量问题：工艺配方中沥青用量比较大，

19、可以掩饰很多生块问题（比如可以提高假比重，覆盖裂纹等），但最终焙烧产品由于沥青比重大，而原有的焙烧曲线时间不够，不能导致沥青中挥发份含量的有效完全排出，在电解槽中由于高温的影响使炭块产生了二次挥发份排除现象，导致炭块外表面粘结度下降，外表面炭层脱落现象。所以在实际生产中，要优化配方，降低沥青的用量。（2）工艺配方的调整：相应的沥青参配比例对应着相应的焙烧时间与温度，二者关系密切。（3）焙烧温度问题：焙烧炉火道的最终温度必须保证在1150以上，使阳极的最终温度达到1050以上。（4）原料中的杂质对阳极消耗有重大影响，特别是预焙阳极当使用残极作为其中的部分原料时，残极中的Na（以钠盐的形式存在）、

20、V等元素对CO2和空气对碳的化学反应有强烈的催化作用，因而会使炭阳极消耗增加。根据文献的研究结果，阳极中钠杂质的含量增加400ppm，阳极消耗将会增加2kg/t-Al，因此，回收残极作为预焙阳极炭块生产的部分原料时，必须彻底清理掉残极表面粘结的电解质。4.5电解工艺与操作对掉渣的影响相同的阳极，在不同的电解条件下，其消耗与掉渣是不同的。（1） 铝水平低会造成阳极掉渣铝水平过低，会造成电解槽热平衡的破坏，使电解槽工艺状况发生恶化，从而引起阳极掉渣。（2）电解质水平对阳极掉渣的影响电解质水平的高低是决定碳块氧化掉渣的主要因素之一。电解质水平过低会使电解槽蓄热量减少，不利于槽况稳定，但电解质过高，特

21、别是超过残极（指两天内要换的极）平面，且950左右的电解质溶液循环流淌在碳块的表面时，致使固态保温料溶化变成流体，使碳块表面会加剧氧化，碳渣量激增。（3）电解槽电流密度分布对炭阳极抗氧化性能的影响电解槽电流密度分布不均匀，使炭阳极在电解槽环境中的条件恶化，炭阳极就会消耗过快，产生大量的炭渣。（4）电解工艺调整对掉渣的影响电解质中氧化铝含量的影响。电解质对炭素材料的湿润性随电解质中氧化铝含量的增加而变好，过量氧化铝含量会导致炭渣分离不良，形成炭渣增多。电解质分子比变化的影响。电解质中氟化钠愈多，对炭素材料的湿润性愈好，而氟化铝增多则对炭素湿润性变差。在正常电解生产中，酸性电解质能使炭渣分离清楚，

22、其原因是电解质中氟化铝含量增加，对炭素材料的湿润性变差，使炭渣从电解质中排出。电解温度的影响。一般来说，电解温度升高时，电解质对炭素材料及铝液的湿润性良好，所以热槽时炭渣分离不好。（5）电解槽炉底沉淀厚会造成阳极掉渣（6）电解操作对阳极掉渣的影响阳极覆盖不好，造成阳极空气氧化加强阳极保温料使用管理，提高保温料覆盖质量，这在电解日常工艺管理中对减少阳极氧化掉渣是极为重要的一个环节。在电解工艺状况良好的情况下，保温料管理差，覆盖不好，空气就会渗透到炭阳极表面甚至气孔中与碳发生反应，造成阳极大面、中缝、端面、角部氧化，是造成电解槽碳渣增多的主要原因。 火眼太大，不及时封堵，造成中缝内阳极氧化形成掉渣

23、。（7）夏季与冬季气温对阳极掉渣的影响在实际电解过程中，当运行操作条件没变，所用阳极质量差异不大时，会出现夏天碳渣增多的现象，特别是在象包头这样两季之间温差达50的地方。4.6炭渣的危害4.6.1电解质电阻升高在工业铝电解槽中，铝电解质熔液中所含炭渣微粒的直径一般为l 10微米，炭渣微粒越小，对降低铝电解质熔液导电率的作用越大。据k.Grotheim等人测试，当电解质中含炭渣量0.04时，电解质电阻率降低1，当电解质内炭渣含量为1时，电解质电阻率降低11。工业电解质中1-10m的微粒，由于界面电位梯度影响，几乎不导电。实际上，单纯炭素的导电率大大高于工业铝电解质熔液的导电率。电解质熔液中含有炭

24、渣时导电率降低的原因在于两者各自的导电性质完全不同，炭属于第一类导电体(电子迁移)，而铝电解质熔液属于第二类导电体(离子迁移)，当电流通过两者的交界面时，界面上将产生电位梯度。对于每一个炭微粒来说，带电流方向在不同界面上产生的电位梯度其方向和数值均不相同，在电解质熔液-炭粒界面上产生负电位梯度，而在炭粒-电解质熔液界面上，则产生正电位梯度，两个界面上的电位梯度之差大大高于与炭粒直径等长度的单纯电解质熔液电流路径上的电压降，因此，存在于铝电解质熔液中的炭粒几乎不导电，实际上可认为是一种绝缘体，炭渣降低铝电解质熔液导电性的根本原因就在于此。4.6.2导致热槽的产生 当铝电解质熔液中的炭渣积累到一定

25、浓度时，由于比电阻增大，必额造成电解质电压降升高，从而使电解槽两极间的电能收入额外增加。对于槽工作电压和其他技术条件摆布正常的电解槽来说，两极间由于电解质熔液含炭导致其电压降升高而增加的这部分电能收入不为电解反应过程所必需，其唯一的消耗途径是转化为热量释放出来(电 热转换)，结果引起电解质熔液过热，槽温上升，即产生所谓热槽。出现热槽对铝电解生产是极为不利的，不但造成电能的无谓消耗，严重时甚至可使电解反应完全停止，同时在过热状态下电解槽的阳极和阴极均将受到损害(阳极氧化，阴极破损加快)。此外，为处理热槽还须消耗大量氟化盐。4.6.3侧部漏电，造成电流损失。当铝电解质熔液表面漂浮有大量炭渣时，炭渣

26、将与炭素阳极和阴极组成电流通路，部分电流会直接通过炭渣进入阴极侧部而不能参与电解反应，形成侧部漏电，造成电流损失，炉帮不易形成；在阳极底部聚集，会使阳极长包，使电解槽技术状况严重恶化，产生极难处理的病槽。4.6.4导致氟化盐损失 炭渣与铝电解质熔液分离并漂浮在熔液表面后，要及时捞出槽外，捞出的炭渣中含在大量氟化盐(约7O 左右，其中主要是冰晶石)。虽然在工业上可采用浮选法或燃烧法将炭渣中的氟化盐予以回收，但回收难以彻底(彻底回收在技术上并不是不可能的，但在经济上须考虑回收成本) 因此，在进行回收处理后仍有一部分昂贵的氟化盐流于损失。在铝电解生产中，这种随炭渣一起被捞出槽外而造成的氟化盐损失将导

27、致氟化盐单耗的增加。目前我国部分电解铝厂甚至未能对炭渣中的氟化盐进行回收，而是将槽内炭渣捞出后作为废物丢弃，既造成物料浪费，又形成环境污染。4.6.5增加工人的劳动为保持电解槽继续平衡运行，必须要打开电解质结壳，在近1000的高温下，面对熔化的电解液，人工用铁具不断地捞出炭渣和碎炭阳极块，捞出的炭渣中含有约70的电解质，不仅增加了炭耗和氟盐消耗，也增加了热能损耗和人力损耗。总之，阳极掉渣如果处理不当，不仅会危害电解槽的各项技术经济指标；而且由于空气反应是放热反应，会引起阳极和槽温升高，温度的升高，在空气流通时会使反应加速，形成恶性循环，不仅使炭耗增大，而且影响电流效率。4.7阳极掉渣预防与减少

28、综上所述，就目前电解铝工艺而言，还没有一种阳极能够替代由碳素材料制作的炭阳极，因此，掉渣是无法完全杜绝的，只能通过改善阳极的制作质量和电解工艺与操作管理，来减少掉渣的产生量。改善阳极质量是减少阳极掉渣的重要途径之一，在生产实践中要从降低原料中的杂质含量、加强阳极生产过程控制等方面开展工作；电解运行水平是减少阳极掉渣的关键环节，在生产实践中从提高电流效率、加强槽温度管理、优化覆盖料管理、重视电解槽炉膛管理、电解质水平管理等多方面着手会取得好的效果。4.7.1通过改善阳极质量减少掉渣（1）降低原料中的杂质含量 阳极中的杂质对与CO2、炭与空气的反应性氧化能有较大的影响。杂质在电解过程中充当催化剂，

29、加速炭与的反应性以及与空气中氧的反应性，增大了炭阳极的消耗，加剧了掉渣。在采购环节中，尽管高质量的原料价格较高，但平衡电解生产中的阳极损耗以及阳极对电解生产经济技术指标的影响，在生产中还是应尽可能采用，完全采用低价低质的石油焦是不可取的。另外，电解返回残极中的杂质也是阳极中杂质含量的主要来源，加强残极上电解质清理要极为重要的。在炭素原料管理中，实施石油焦分仓管理，做好石油焦合理掺配工作，使粒度和微量元素成分相对稳定，达到石油焦的均质化。（2）加强阳极生产过程控制加强生石油焦的煅烧控制对煅烧带温度、投料量控制、二三次风调节、窑尾负压控制等环节强化管理，提高煅后焦的质量。加强阳极成型工序控制强化生

30、阳极配方管理，将保证骨料配方稳定、有效控制沥青含量做为主要管理内容。在工艺管理中，除了保证合理的配方外，还要加强骨料纯度的管理和成型过程中干料温度、沥青温度以及混捏温度、冷却温度和成型温度的管理，加强混捏质量的管理，保证糊料均匀并具有较好的塑性。加强阳极焙烧工序控制优化焙烧工艺，加强装炉质量控制，加强燃烧控制管理。4.7.2通过加强电解工艺与操作的管理，减少阳极掉渣阳极是否掉渣与电解槽结构设计、电解工艺控制、电解工操作质量关系极大，同样质量的阳极，在不同的电解槽上消耗有明显区别；同样质量的阳极在甲铝厂使用基本正常，在乙铝厂使用可能会引起严重问题，其原因就在于此。（1）调整好电解工艺，使炭渣分离

31、良好正确调整电解工艺，保证槽温、分子比、Al2O3浓度等指标在合理范围。（2）加强阳极保温料管理，减少阳极氧化掉渣电解日常管理中应做到：加大大面保温料收边宽度；正确覆盖保温料；覆盖料的结构决定着电解槽上部的散热体系，不同氧化铝含量、不同粒度配比的覆盖料其保温性能和致密程度不同，也就决定着覆盖料的保温效果、防阳极氧化和氟化盐挥发的效果。在电解生产中，对覆盖料的管理一定要综合考虑，经过全面评价后才是稳妥的。在实际操作中坚持“盖得住”和“过不得”。覆盖料是电解生产中隔断空气与阳极表面的唯一手段。为此在覆盖料的管理中要确保隔断空气与阳极表面接触这一目的的实现。要密实，不塌陷，并做到及时维护。对个别难以

32、进行覆盖的位置，如出铝口等位置，要进行特殊处理，以达到效果。通过隔断空气与阳极表面直接接触以降低空气氧化，这就是盖得住。覆盖料过厚，将造成阳极温度的上升，另外，阳极覆盖料是由电解质成分与氧化铝组成，熔化点相对较低，在覆盖料过厚的情况下，在阳极与覆盖料接触部分极容易形成空洞。而这两个因素都将导致阳极布达反应的加剧，造成阳极净耗增加，掉渣加剧。生产实践中，大量的“窄小极”主要是由于覆盖料过厚所致。这就是过不得。 预焙阳极电解槽炭阳极降耗实践 轻金属2011 第4期 詹磊每班捞取当班责任槽的炭渣，并及时封严角部，防止空气流入槽大面；发生阳极效应时，由于电解质对炭湿润不良，炭粒会从电解质里分离出来，所

33、以阳极效应起到清理电解质中炭粒的作用。现代预焙槽炼铝工艺中，提倡减少阳极效应，因此日常管理中捞取炭渣显得尤其重要。效应后将炭渣捞净，并及时封严出铝口和烟道端火眼，防止空气流入中缝。在不捞炭渣时，4个角部及烟道端火眼均应封好，出铝口火眼应尽量小，直径不能超过10cm。 300KA预焙阳极电解槽槽寿命及其影响因素 任必军等著，冶金工业出版社，2008（3）重视电解槽炉膛管理电解槽炉膛是电解取得优良指标的基础，同时，还对阳极消耗、掉渣，主要是阳极毛耗产生极大影响。在炉膛畸形的情况下，阳极电流分布容易出现较大偏差，进而出现阳极消耗的不均匀。因部分阳极消耗快而不得不降低阳极使用周期，残极平均高度偏高，阳

34、极毛耗水平上升。因此规整炉膛，保证阳极均匀消耗，是减少掉渣的主要努力方向。（4）电解质水平管理电解质是电解过程的血液，在生产中要保持合理的电解质水平。电解质偏低，容易导致电解过程异常。电解质水平过高，会使电解质没过阳极表面，形成“上炕”现象，进而冲刷阳极钢爪，被迫使残极保持在较高水平而增加阳极毛耗。因此在生产管理中，加强电解质管理，在确保生产顺利进行的前提下保持较低电解质水平，使残极可以控制在较低水平，是降低阳极消耗的重要方面。（5）保持阳极电流分布的均匀性 通过以上措施，保持电解运行水平。5阳极裂纹阳极裂纹既可能是炭素制造方面的原因，如糊料混捏不均等，也可能是电解操作使用方面的原因，如在电解

35、过程中阳极电流分布不均，造成个别阳极电流过大，钢爪生铁膨胀，加上阳极本身也有一定的膨胀，若两者不协调也可能造成阳极开裂。预焙阳极炭块因成型或焙烧等原因，有时会有横向或纵向裂纹。一般说来，阳极浇铸前都要经过严格的检查，除了暗裂纹外，应该说阳极的表观裂纹应该都能检查出来，一旦发现阳极炭块有裂纹，都不浇铸，按废块处理并返回到生产线按熟碎加入重新制作阳极。1、从炭素方面讲，阳极裂纹的成因比较复杂，一般来讲，阳极生产过程中温度制度、配料制度以及环境温度的巨大变化都会使阳极产生裂纹。如是横向水平断裂，纯属阳极制造过程中的问题；如是纵向断裂，应是磷铁成分和炭碗设计的问题，磷铁成分是白口铁，热膨胀系数较大，使

36、阳极断裂。2、从电解方面讲，电解槽工艺条件变化或恶劣的工艺条件对阳极炭块裂纹的影响是不可忽视的。一般情况下，阳极炭块的各项特性指标应该足以抵抗电解槽工艺条件的冲击。它们包括在电解高温条件下，承受熔融电解质的浸泡，气体和固体颗粒的冲刷浸蚀，电热作用等。但对阳极炭块或阳极炭块的某些部位突然施加变化的热冲击常常使正常可以使用的阳极出现裂纹，严重的甚至掉块、熔化钢爪。过大过急或变化的热冲击主要有以下几方面：（1）阳极局部导电突然成倍增加，而且频频变化。一般每个炭块承受50008000A的导电负荷（阳极电流密度0.70.9A/cm2），但在某些情况下，如某一炭块下面搅动的铝水局部短路时，炭块局部要承受超

37、过正常38倍的电流，而且它是变化的。剧烈的热冲击，可能导致阳极裂纹。（2）电解槽电解质过热，炭渣分离不清，常破坏阳极的电流分布、热场分布。（3）电解槽电解质过冷，炉底伸腿过大，甚至槽底有底壳，使阳极电流分布紊乱，电压摆动。（4）电解质水平过低，阳极浸泡过浅，电解槽热场不稳定，电解质与阳极之间温差过大。（5）个别阳极导杆下滑或转接新阳极下沉过低。（6）电解槽阳极上部裸露被冷空气浸入。6阳极掉角阳极掉角，是由于冷新极换上后的热冲击问题，可能电解质的温度，过热度高，阳极导热系数不足的原因。7阳极碎裂从多家铝厂预焙阳极使用情况看，在电解槽焙烧启动过程中，都会出现一些阳极碎裂情况，碎裂率达0.1%3%。

38、但在电解槽启动完毕并过渡到正常生产期后，阳极碎裂情况就很少发生了。 2 N& t! q! + |1 H! C X2 v, e参考文献：1、铝电解 冯乃祥 化学工业出版社 2006年2、炭素材料生产问答童芳森等 冶金工业出版社 20063、预焙槽炼铝 邱竹贤 冶金工业出版社 20084、Chinese Raw Materials for Anode Manufacturing Liu Fengqin R&D Carbon Ltd5、炭素工艺学陈而旺 刘槐清7、铝用炭阳极与炭阴极王平甫 19938、Cracking Behaviour of Anodes Markus W. Meier9、Anode R&D Carbon Ltd 200010、铝用炭素标准及技术郑州轻金属研究院11、炭素工艺学 钱湛汾12、Influence of Raw Material Properties Markus W. Meier and Mauriz Lustenberger13、铝电解炭阳极生产与应用 王平甫等14、铝电解阳极生产技术（一） 王平甫等15、铝电解槽用炭素制品生产工艺 谢有赞16、炭素与炭素制品-创新生产工艺与质量检测检验标准实施手册王海17、电解铝生产工艺与设备 王捷 冶金工业出版社 2008