CN103233245B - 一种监测和准确判断在线电解槽阴极内衬破损的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电解铝冶炼行业，具体地说是涉及一种监测和准确判断在线电解槽阴极内衬破损的方法。一种监测和准确判断在线电解槽阴极内衬破损的方法包括如下步骤：1）监测块安装步骤；？2）监测步骤。本发明方法能及时准确判断电解槽是否内衬破损，减少判断失误，防止电解槽漏炉，延长电解槽寿命，减少废弃内衬排放，还大大降低工人因监测内衬破损的工作量，铜可以在刨炉过程中回收并重复使用，大大减少企业生产投入成本。

Description

一种监测和准确判断在线电解槽阴极内衬破损的方法

技术领域

本发明涉及电解铝冶炼行业，具体地说是涉及一种监测和准确判断在线电解槽阴极内衬破损的方法。

背景技术

国内外电解铝企业都有对电解槽的阴极破损判断方法，主要有以下2种：

1）铁、硅含量监测法

国内电解铝企业通用的方法都是采取监测铁、硅含量变化的办法来判断阴极内衬或阴极碳块是否破损。通过定期对原铝液取样化验，当电解槽铝液中的铁含量持续升高时，加大取样化验频次，短时间内铁含量快速升高时，则判断该槽的阴极钢棒可能熔化（而不是肯定），同时通过排除阳极钢爪熔化、打壳锤头熔化、硅含量是否持续上升的方式来判断阴极内衬是否破损。这种方式存在以下几个方面的弊端和不足：

⑴ 由于该方法判断的工作程序较多，人为因素增多，人员素质参差不齐，大大降低了对阴极内衬在线破损判断的准确性，判断失误现象较多。由于造成电解槽铁含量升高的因素较多，如：阴极内衬破损造成钢棒融化，阳极钢爪融化、打壳锤头融化、电解槽操作维护检修的铁质工器具融化，这些因素都可能造成电解槽铁含量升高，所以要确定是否内衬破损，还需用排除法检查其它情况是否存在。所以，某电解槽发现铁含量升高后，还需通过检测阳极钢爪近期是否熔化、检测打壳锤头近期是否熔化，排除后，根据硅含量的变化进行佐证，来提高判断准确性。

（2）该方法判断阴极破损需要的工作量较多，判断人员的技术能力要求较高。原方法判断时，需要收集该电解槽内衬施工过程的资料、焙烧启动及正常生产过程的所有相关资料，如：内衬施工检查各项记录、相关内衬供货材料的各项证明文件、检查记录，启动和生产过程中许多工艺参数的（温度、电流大小、电压、铁硅化验分析等）变化过程记录，然后对可能引起内衬破损的各种情况进行分析和判断，决定是否属于内衬破损。

（3）该方法造成的辅助检查、监测的工作量加大。例如：当电解槽铁含量较正常较大后，由于电解铝企业担心该电解槽漏炉，通常将该槽列为异常槽对待，需长时间对该电解槽许多部位的温度、外观细节进行检查和监测、防止随时漏炉。

（4）该方法拖延了判定该槽破损的准确时间，错过能够对电解槽进行小修处理的有利时机，甚至造成漏炉事故的发生。由于担心电解铝企业在电解槽寿命、产量、以及操作管理行为上进行考核，具体判断和操作的人员往往会采取一些保守方法（切割钢棒、摸底补扎镁砂、调整电解槽工艺技术条件等）来对待已经破损而未能确定破损的电解槽，使得电解槽暂时渡过危险期（铁硅含量暂时降低并趋于稳定），实际上给该槽留下了更大的隐患，造成铝业渗入阴极内衬量更多，炉底隆起并扩大等情况，此后，一旦该槽停止生产，基本上只能大修处理，不具备小修处理的条件（小修成本比大修成本小的多，一般只有1/5以下）；而且由于判断的准确性不高，最终造成电解槽漏炉现象也很多，漏炉的结果是损失较大，甚至会造成整个系列电解槽彻底停产的重大事故。

（5）明显缩短系列电解槽平均槽龄，增加铝产品生产成本，给企业带来较大的经济损失。

当电解槽铁、硅含量短时间内持续升高，通常采取a.加大对原铝液取样化验频次，b.加强对电解槽槽壳、钢棒温度的监测，c.检查并排除阳极钢爪熔化、打壳锤头熔化、铁质工器具掉入槽内，d.用工具对疑似破损部位进行摸底。

目前国内对电解槽的内衬破损的监测手段基本上相同，都是采用铁硅检测判断法。其他方法仅处于试验和论证阶段，如：阴极钢棒在线电流、温度监测等方法，这些方法存在投资较大、投入人工较多、人员素质要求高、维护费用较高等缺点，管理繁琐、实用性较差，不适合早国内电解铝企业普及。国内部分技术能力较差的铝电解企业为规避是漏炉事故频发，通过加大计划停槽力度、牺牲电解槽寿命的办法来解决，使得企业电解槽的平均寿命较低、降低经济效益、增加废旧内衬的排放。电解槽漏槽通道根据现场清刨观察与资料查阅总结有有三种，（1）阴极破损产生裂纹铝液从阴极处渗入阴极内，熔化阴极钢棒造成通道从阴极钢窗口流出、（2）阴极之间扎固缝破损，铝液顺阴极侧面向下渗透，到阴极下表面熔化阴极钢棒造成通道从阴极钢窗口流出、（3）人造伸腿与阴极结合处破损产生裂缝铝液渗入，熔化阴极钢棒造成通道从阴极钢窗口流出。这三种漏槽都是铝液通过熔化阴极钢棒产生通道后在从阴极钢窗口处漏出。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术存在的不足，提供一种能够快速、准确地判断在线生产的电解槽阴极内衬是否已经破损，而且成本较低，容易操作的监测和准确判断在线电解槽阴极内衬破损的方法。

本发明一种监测和准确判断在线电解槽阴极内衬破损的方法通过下述技术方案予以实现：一种监测和准确判断在线电解槽阴极内衬破损的方法包括用于该方法的爆炸焊块、爆炸块处连接片、阴极钢棒、监测铜块、阴极碳块、浇注料、耐火砖、周围糊、侧部碳化硅砖、槽壳钢板，所述的方法包括如下步骤：

 1）监测铜块安装步骤　电解槽初次安装施工或大修施工时，在完成内衬保温层与阴极炭块安装施工工序完成后，在阴极碳块外侧，紧靠阴极钢棒上表面和两侧安放铜板制成的“n”型监测铜块，或者安装其它样式的铜块，或将铜块嵌入钢棒，监测铜块紧贴阴极钢棒；安装完成后，再进行浇注料或其它工序的正常内衬施工；

    每个阴极钢棒上均安装监测铜块，或者漏炉常发生的部位处的阴极钢棒上进行安装；

2）监测步骤　电解槽正常生产后，随时化验槽内铜含量，判断内衬是否已经破损；当电解槽出现铁硅含量异常或电解槽槽壳局部出现温度异常时立即取铝液快样进行分析，如分析出样品中存在铜表明铝液已渗透至阴极钢棒处，立即停槽。

本发明一种监测和准确判断在线电解槽阴极内衬破损的方法与现有技术相比较有如下有益效果：本发明是在阴极碳块外侧，紧靠阴极钢棒上表面和两侧安放“n”型铜板，或者安装其它样式的铜块，或将铜块嵌入钢棒，安放形式不限制，但要求紧贴钢棒；电解槽正常生产后，只需要随时化验槽内铜含量，就可判断是否内衬已经破损。因为铜含量检测、化验不是电解铝企业的常规检测，而铁硅含量检测为常规检测，在铁硅含量增加时，再增加这种检测，可以减少检测、化验的成本。

由于铜（纯铜）的熔点（1083.4±0.2℃）低于钢的熔点（1538℃左右），当铝液渗透至阴极钢棒时铜板会先熔化，由于铝液在电解槽内的旋转流动作用，熔化的铜会被带入电解槽中，当电解槽出现铁硅含量异常或电解槽槽壳局部出现温度异常时可立即取铝液快样进行分析，因为铝电解在生产过程中理论上不产生铜，如分析出样品中存在铜可立刻判定出铝液已渗透之阴极钢棒处，短时间内会发生漏槽，为避免更大的风险与损失可立即停槽。本发明的优点：1、本发明方法可及时、准确地判断在线生产的电解槽阴极内衬是否已经破损，而且成本较低，容易操作，非常有利于在电解铝企业推广实施。

2、通过该方法的应用，能及时地对已经破损电解槽进行小修，小修是铝电解企业提高槽寿命的有效技术措施，也是电解铝企业延长电解槽平均槽寿命、节能减排、提高经济效益的一条较好的途径。

3、通过该方法的应用，能防止企业因对部分电解槽是否破损判断失误而提前进行大修，同样为未破损的电解槽延长槽寿命提供判断依据。

4、通过延长槽寿命，节约了大量的大修费用，减少了大修槽阴极内衬等工业垃圾对环境的污染，符合国家计划“推行清洁生产，发展循环经济，创建资源节约性企业”的政策，为中国电解铝企业节能减排做出贡献。

本发明方法能及时准确判断电解槽是否内衬破损，减少判断失误，防止电解槽漏炉，延长电解槽寿命，减少废弃内衬排放，还大大降低工人因监测内衬破损的工作量，铜可以在刨炉过程中回收并重复使用，大大减少企业生产投入成本。

附图说明

本发明一种监测和准确判断在线电解槽阴极内衬破损的方法有如下附图：

图1是本发明一种监测和准确判断在线电解槽阴极内衬破损的方法实施结构示意图；

图2是本发明一种监测和准确判断在线电解槽阴极内衬破损的方法监测块结构示意图。

其中：1、爆炸焊块；2、爆炸块处连接片；3、阴极钢棒；4、监测铜块；5、阴极碳块；6、浇注料；7、耐火砖；8、周围糊；9、侧部碳化硅砖；10、槽壳钢板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明一种监测和准确判断在线电解槽阴极内衬破损的方法技术方案作进一步描述。

如图1－图2所示，本发明一种监测和准确判断在线电解槽阴极内衬破损的方法，包括用于该方法的爆炸焊块1、爆炸块处连接片2、阴极钢棒3、监测铜块4、阴极碳块5、浇注料6、耐火砖7、周围糊8、侧部碳化硅砖9、槽壳钢板10，所述的方法包括如下步骤：

 1）监测铜块4安装步骤　电解槽初次安装施工或大修施工时，在完成内衬保温层与阴极炭块5安装施工工序完成后，在阴极碳块5外侧，紧靠阴极钢棒3上表面和两侧安放铜板制成的“n”型监测铜块4，或者安装其它样式的铜块，或将铜块嵌入钢棒，监测铜块4紧贴阴极钢棒3；安装完成后，再进行浇注料或其它工序的正常内衬施工；

    每个阴极钢棒3上均安装监测铜块4，或者漏炉常发生的部位处的阴极钢棒3上进行安装；

2）监测步骤　电解槽正常生产后，随时化验槽内铜含量，判断内衬是否已经破损；当电解槽出现铁硅含量异常或电解槽槽壳局部出现温度异常时立即取铝液快样进行分析，如分析出样品中存在铜表明铝液已渗透至阴极钢棒3处，立即停槽。

实施例1。

1.电解槽初次安装施工或大修施工时，在完成内衬保温层与阴极炭块安装施工工序完成后，在阴极碳块外侧，紧靠阴极钢棒上表面和两侧安放“n”型铜板（见附图），或者安装其它样式的铜块，如将铜块嵌入钢棒也可，安放形式不限制，但要求紧贴钢棒；安装完成后，再进行浇注料或其它工序的正常内衬施工。

    2.每个阴极钢棒上均安装该监测铜块，或者电解铝企业根据漏炉常发生的部位处的钢棒上进行安装，这样可减少投入成本，但监测准确性降低，建议每根钢棒上均安装。

3.电解槽正常生产后，只需要随时化验槽内铜含量，就可判断是否内衬已经破损。因为铜含量检测、化验不是电解铝企业的常规检测，而铁硅含量检测为常规检测，在铁硅含量增加时，再增加这种检测，可以减少检测、化验的成本。

监测电解槽破损的原理

因为铝电解在生产过程中理论上不产生铜，在生产原材料中会有微量的铜带入现有技术无法测量出。电解槽漏槽通道根据现场清刨观察与资料查阅总结有有三种，（1）阴极破损产生裂纹铝液从阴极处渗入阴极内，熔化阴极钢棒造成通道从阴极钢窗口流出、（2）阴极之间扎固缝破损，铝液顺阴极侧面向下渗透，到阴极下表面熔化阴极钢棒造成通道从阴极钢窗口流出、（3）人造伸腿与阴极结合处破损产生裂缝铝液渗入，熔化阴极钢棒造成通道从阴极钢窗口流出。这三种漏槽都是铝液通过熔化阴极钢棒产生通道后在从阴极钢窗口处漏出。由于铜（纯铜）的熔点（1083.4±0.2℃）低于钢的熔点（1538℃左右），当铝液渗透至阴极钢棒时铜板会先熔化，由于铝液在电解槽内的旋转流动作用，熔化的铜会被带入电解槽中，当电解槽出现铁硅含量异常或电解槽槽壳局部出现温度异常时可立即取铝液快样进行分析，如分析出样品中存在铜可立刻判定出铝液已渗透之阴极钢棒处，短时间内会发生漏槽，为避免更大的风险与损失可立即停槽。

由于铝块试样含铜最低含量在0.01%（万分之一）时，电解铝企业的相关检测仪器能够快速化验出来，所以放置的铜块单块最低重量要求为单槽在产铝量×0.01%，这样当阴极破损使铜块熔入铝液中能够检测出来，如：单块铜块3kg(按照单槽在产铝30T计算）。各电解铝企业可根据本单位电解槽型大小、在产铝含量、经常漏炉的部位，来确定安装数量和重量。

本发明的优点

本发明除了能及时准确判断电解槽是否内衬破损，减少判断失误，防止电解槽漏炉，延长电解槽寿命，减少废弃内衬排放，还大大降低工人因监测内衬破损的工作量，铜可以在刨炉过程中回收并重复使用，大大减少企业生产投入成本。

发明的效果、经济效益分析计算

该技术应用在电解槽上，可根据电解槽系列电流大小，确定单台投资。例如：400KA电解槽，在产铝量30T，槽内阴极数量25块，按照每个钢棒上都放置铜块计算，在电解槽大修时每台需30×0.01%×25×4=0.3T铜的用量，按照铜价格6万元/T，则每台电解槽一次性投入1.8万元，电解槽使用完成该周期后，铜的回收率可达到90%以上，以后每次使用投入则降低到5000元以内。

保守估计一个60万吨电解铝企业每年减少电解槽大修台数5台，同时平均每台电解槽延长寿命90天，一般电解槽寿命1800天，400KA电解槽大修理费用按照120万元计算，则每台电解槽每年节省修理费（90/1800）×（365/1800）×120-（0.5×（365/1800）=1.113万元；每年按照100台电解槽大修量计算，每年至少节省修理费111.3万元；减少5台电解槽的大修，直接经济效益在700万元以上。

间接经济效益体现在防止电解槽漏炉，降低系列停电风险。社会效益体现在减少工人因监测电解槽造成的工作量，从而降低劳动强度高；每年减少废旧炉料造成的工业有毒垃圾600T以上。

Claims (1)

1.一种监测和准确判断在线电解槽阴极内衬破损的方法，包括用于该方法的爆炸焊块（1）、爆炸块处连接片（2）、阴极钢棒（3）、监测铜块（4）、阴极碳块（5）、浇注料（6）、耐火砖（7）、周围糊（8）、侧部碳化硅砖（9）、槽壳钢板（10），其特征在于所述的方法包括如下步骤：

 1）监测铜块（4）安装步骤　电解槽初次安装施工或大修施工时，在完成内衬保温层与阴极炭块安装施工工序完成后，在阴极碳块（5）外侧，紧靠阴极钢棒（3）上表面和两侧安放铜板制成的“n”型监测铜块（4），或者安装其它样式的铜块，或将铜块嵌入钢棒，监测铜块（4）紧贴阴极钢棒（3）；安装完成后，再进行浇注料或其它工序的正常内衬施工；

    每个阴极钢棒（3）上均安装监测铜块（4），或者漏炉常发生的部位处的阴极钢棒（3）上进行安装；

2）监测步骤　电解槽正常生产后，随时化验槽内铜含量，判断内衬是否已经破损；当电解槽出现铁硅含量异常或电解槽槽壳局部出现温度异常时立即取铝液快样进行分析，如分析出样品中存在铜表明铝液已渗透至阴极钢棒（3）处，立即停槽。