铝液中铁含量变化检测铝电解槽内衬破损状况的研究

2023年12月6日发(作者：英朗xt二手为什么便宜)

铝液中铁含量变化检测铝电解槽内衬破损状况的研究

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铝液中铁含量变化检测铝电解槽内衬破损状况的研究

王永良1，薛济来1，铁军2，班剑锋3，赵新亮4 (1．北京科技大学冶金与生态工程学院，北京100083；2．北方工业大学，北京100144； 3．中铝股份连城分公司质检信息中心，永登730335；4．兖矿电铝公司电解铝厂，邹城273515)

摘要：本文通过研究铝电解槽内铝液中铁含量的变化，碍到槽启动初期铁含量的变化能够在一定程度上反映将来槽

破损情况的结论；借鉴管理控制图的方法，研究了漏炉前铝液中铁含量的变化情况，发现当铁含量测量值连续7次在

中心线(CL)上方波动、连续6次呈现上升趋势或者超出控制上限(UCL)时，电解槽可能出现漏炉事故。 关键词：电解槽；铁含量；控制图；槽内衬

铝电解生产中槽寿命是技术经济水平的综合标

志，直接关系到生产成本。我国预焙槽寿命普遍在

1800天左右，而国外同类槽寿命大都在2500天以上，

异， 相差500～1000天

温度、阴极钢棒温度、阴极电流分布、阴极小母线电

压降、换阳极时摸炉底等方法来确定破损部位。由于

各厂家电解槽的不同以及生产工艺控制条件的差 这。槽内衬材料破损是影响槽寿命

一标准非完全相同，有些企业则将铁含量连续超过

的重要原因之一，其破损程度将决定停槽时间。随着

0．14％”J、硅含量超过0．05％∽o作为判断标准。利 电解生产的进行，由于各种物理化

用这种方法进行判断，是一种晚期判断方法，当铁含

量或硅超过判定值时，阴极钢棒已经融化或侧部内衬

已经发生了破损，具有一定的滞后性，不宜作为内衬

破损早期发现的有效方法。此外，这种方法对电解槽 费 破损情况进行判断时存在很大局限性，有些槽破损时

铝液中铁含量变化并不太明显，根据这一标准进行判

断时会遇到困难，易出现漏判。如图1所示为某铝

情况。该槽在2008年1月31日

半年内铝液中铁含学作用、筑炉质量

破损状况。

以及生产工艺操作等因素的影响，槽内衬可能会出现

据测算，一台300 kA预焙铝电解槽每次大修的

用约为75万元人民币怛j，同时停止生产所带来的

损失也是巨大的。如果能够提前判断电解槽内衬的破

损，采用必要的技术进行修补和维护，其费用将会大

厂 大节省。liLt\'t,，还会减少刨炉大修时产生的大量废弃

200

kA铝电解槽破损前一年内的铝液中铁含量变化

炉底物料及碳氟气体排放量∞J，从而减少对生态环境

发现破损，而破损前

的危害。检测铝液中铁含量的变化是判断槽破损的重

量基本维持在0．16％以内，波动幅

要手段，本文借鉴管理控制图的方法，对某铝厂200

度不大；而在2007年四五月份测得的铁含量甚至超

kA系列电解槽铝液中铁含量数据进行研究分析，发 现了电解槽破损前铁含量的某些变化特征，实现了早 期发现电解槽内衬破损的目的，为及时采取维护措施 提供了较为充足的时间，并可减少漏炉带来的损失。

1

阴极内衬破损的传统检测方法

传统上，以铝液中铁、硅含量连续升高作为判断

电解槽内衬破损的标志。例如，当发现铝液中铁含量

连续超过0．2％时，表示底部内衬材料可能发生破损；

20070329 20070522 2007072l 20070919 20071118 20080117

当硅含量连续超过0．15％时，表示边部碳化硅已经被

受破坏M一。在确定了槽内衬破损

后，才对电解槽进行全面检查。通过测量槽钢板表面

日期

侵蚀，内衬材料遭图1某电解槽破损前铝液中铁含量变化情况

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中国有色金属学会第八届学术年会论文集

过了0．2％，若采用上述传统方法进行判断就很困难。

腿温度难以达到槽正常生产温度，造成其内部焦化程

本文希望通过铁含量变化出现微小异常征兆时，就能

度不能达到正常生产要求，受高温冲击侧部伸腿形成

发现预测槽出现破损的趋势，以便有足够时间采取措

裂纹的几率增大，易造成内衬急剧焦化而形成裂纹，

施防止因槽破损而带来更大的损失。

2正常电解槽铝液中铁含量分析

在正常生产情况下，通常希望测得的铝液中铁含

量维持在一个较低范围内，其含量越低说明电解槽破损的可能性越小。但铁含量不可能无限小，由于原料的夹带，铝液中总会含有一定的铁；另外，由于阳极钢爪的腐蚀以及铁制工具的使用等因素的影响，铁含量有时会超出正常控制范围，出现较大波动。图2某台电解槽从2003年8月启动直到2010年3月的铁含量的统计情况，在此期间该槽未出现过漏槽事故。

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铁含量／％

图2槽正常生产测得铁含量数据统计

从柱状图上看到，该槽铁含量主要在0．08％～ 0超

征

出0．22％的值约占总测量值的7％，可见出现较大波动并非小概率事件，仅仅将铁含量超出某一值作为判断内衬破损的依据显然有其局限性。因此，对破损前铝液中铁含量变化特征进行研究，找出其规律性，提高判断的准确性是十分必要的。

3

电解槽启动初期铁含量变化情况

一般而言，槽寿命受焙烧启动方法、内衬材料质量、设计缺陷、筑炉技术和生产管理等因素影响，其中焙烧启动方法大约占25％ 。焦粒焙烧过程中温升梯度的差异会造成内衬材料温升的不均匀，温差过大造成内衬表面和内部产生裂纹；此外，由于侧部伸并受钠侵蚀作用而造成内衬材料寿命缩短鹋]。

焙烧启动的好坏可以通过槽启动初期铝液中铁含

量的变化在一定程度上反映出来，并由此预示槽未来

发生破损的几率。图3对破损槽和正常槽启动初期铝

液中铁含量的变化进行了对比分析，两台槽均在2003

8月启动，其中破损槽于2006年6月出现漏槽事

故，而另一台槽至今仍在正常运行。图中数据表明，

槽启动后铝液中铁含量都会逐渐降低，随着生产的进

行，正常槽的铁含量逐渐趋于平稳，而破损槽中铁含

量却出现较大波动。所以，在槽启动初期铁含量不能

很快稳定的槽，在未来生产过程中发生破损的几率较

大，需要特别的关注和维护。

图3

电解槽启动初期漏槽与正常槽铁含量变化的对比

22％的范围内波动，其峰值出现在0．1％附近，4槽内衬破损前铁含量的变化特

槽阴极内衬破损总要经历一个过程，其腐蚀过程

逐步加重，腐蚀早期铁含量变化不太明显，不易发现

异常。但是，此时电解槽内衬破损刚刚发生，破损程

度较轻，如能在此时发现异常，采取人工方法进行检

测，确认内衬是否发生破损，及时采取必要措施进行

维护和修补，则会节省大量维修成本，给企业带来可

观的经济效益。

本文借鉴统计学管理控制图的方法，对电解槽破

损前铝液中铁含量数据进行研究分析，发现了内衬破

损早期铁含量变化的一些特征。在控制图中，取连续

25次的测量数据值进行处理，取中心线(center

line，

CL)为这25个值的平均值，其标准差表示为矿，大于

年

为

测得

．

铝液中铁含量变化检测铝电解槽内衬破损状况的研究

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中心线以上30-的控制界限为控制上限(upper

line，

(3)超出控制上限(UCL)

UCL)。通常情况下，图6所示电解槽于2010年2月10日发现破

图中各点基本都在中心线(CL)附近上下波动。测得的铝液中铁含量值越小表

损，

示电解槽运行的越稳定，出现破损的可能性越小，所

但是

以可以不考虑中心线下方点的变化情况。

限

对所获电解槽漏炉前铝液中铁含量数据进行控制

在2月7日时，测得的铁含量值突然超出了控制上(UCL)。

图分析后，发现下列三个特点： (1)连续7次测量值位于中心线上方波动 图4为某电解使用时期铁含量变化情况，电解槽

于2006年6月26日发现漏槽，6月1日前各个测量 值都在中心线(CL)下波动；而6月1日后测得的铁含 量数据突然增大，开始位于中心线上方，但未超出控 制线上限(UCL)，随后测得铁含量有所降低，但仍位 于中心线(CL)上方波动。

图4连续7次铁含量值位于中心线上方

(2)连续六次测量值呈上升趋势

图5所示电解槽在2005年6月17日发生漏炉事故，图中各点都位于控制上限(UCL)的下方，从2005年4月29日开始，连续6次测得的铁含量值呈现上槽，也

升趋势，随后维持在中心线(CL)的上方波动。图5 连续6次铁含量测量值呈上升趋势

20091206 20091221 20100105 20100120 20100204

日期

图6铁含量超出控制上限

铝液中铁含量出现上述三种特征时为异常变化，内衬材料呈现破损的可能性大。此时，需要引起特别关注。

5利用上述特征分析漏槽前铁含量 数据

利用上述三项特征对漏炉前铝液中铁含量的数据

进行分析如表1所示，可以比传统方法提前判断槽内衬的破损。其中，符合特征(1)的槽，可以比传统方

法提前约20天判断槽的破损；符合特征(2)的可实现比传统方法提前几天甚至几十天判断槽破损的目的；由于收集的铁含量数据每隔3天一次，满足特征(3)的槽虽然可提前三天判断，但与传统方法差别不大。因此，当出现特征(1)和(2)时，槽可能处于破损初期，破损程度较轻；而出现特征(3)时，槽破损程度可能较为严重，更应给以关注。

6

利用上述特征分析未破损槽铁含量

数据

为进一步研究上述规律的准确性，根据上述特征

研究了未破损槽的铁含量变化历史。该槽2003年8

178

中国有色金属学会第八届学术年会论文集

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铝液中铁含量变化检测铝电解槽内衬破损状况的研究 179

月启动直到2010年3月仍在运行，期间未发生漏炉

值超出控制上限(UCL)时，铁含量变化快速剧烈，出

事故，其历史平均铁含量约为0．14％，标准差为

数据统计结果参见图2。为保证准确性，

现破损的可能性更大，需要特别关注。 0．06％，历史

(4)上述特征为检测槽的运行状态、预测槽破损

的趋势提供了一种方法，但仍需要人工介入进行检测

不考虑2009年9月以后的数据，研究分析后，共发现

了19处异常，其中13处出现特征(1)的情况，6次出 判断，以确认是否发生了破损以及确定破损部位。 现特征(2)的情况。符合特征(2)的情况中，有4次

最后都超出0．3％，一次超出了0．25％，仅有1次没

有超过0．2％；符合特征(1)的情况中，仅有4次超出

了0．2％。可以看出，出现特征(2)时槽出现异常的

可能性明显高于特征(1)。但仅依赖这些特征还无法

槽是否破损，需要通过人工手段进一步

确认。

[1]张瑞生，马淑珍．延长大型预焙铝电解槽槽寿命的实践

参考文献

[J]．有色冶金节能，2008，(6)：18—21

最后准确判断中国国际铝冶金技术论坛论文集，北京：冶金工业出版

社，2007：427—431

[2]马淑珍，张瑞生．大型预焙槽延长槽寿命的实践[C]．2007

[3]张秀岭，王洪永，赵建民铝电解生产中延长电解槽寿命

7

结论

(1)铝电解槽启动初期铁含量的变化在一定程度

的新措施[J]．轻金属，2008，(12)43—46

[4]刘业翔，李劫．现代铝电解[M]．北京：冶金工业出版

社，2008

[5]朱广斌，朱流群．铝电解槽阴极内衬破损特征与检测[J]．

上反映了槽焙烧启动的好坏及未来内衬材料破损概率

铁含量很快趋于平稳的槽，发生破

损的概率较小；启动初期铁含量波动越大，后期发生

破损的可能性越大。

世界有色金属，2006，(12)：33—34

大小。槽启动初期[6]Shi

Zhongning，Ren

Bijun．Investigation

of

the Failure of

300 kA Prebaked Anode Reduction

Cell『J

1．Light

Metals，

2006：313—317

(2)当测得的铁含量值连续7次在中心线(CL)上

方波动、连续6次呈现上升趋势或者超出控制上限

(UCL)时，内衬材料呈现破损的可能性大。

(3)当铁含量测量值连续7次在中心线(CL)上方

波动、连续6次呈现上升趋势的情况时，发现漏炉事 故的时间可以比传统方法提前几天以上；出现铁含量

[7]Li

Jie，Liu

Wei

et

a1．Simulation

Study

on

the

Heating—up

Rate for Coke Bed

Preheating

of Aluminum Reduction Cell

[J]．Light

Metals，2006：681—685

[8]康定军，覃海棠，袁志刚．焦粒焙烧启动对电解槽寿命的

影响[J]．铝镁通讯，2009，(3)：15—17

Detection of

Early

Failure of Pot

Linings though Analysis

of Iron

Content’S

Change

in

Liquid

Aluminum

in Reduction

Cell

Wang

Yonglian91，Xue

Jilail，Tie Jun2，Ban

Jianfen93，Zhao Xinlian94

(1．School

of

Metallurgical

and

Ecological Engineering，University

of Science and

Technology

Beijing，Beijing

100083，China；

2．North

Industry

University，Beijing

100144，China；

3．Quality

Inspection

Information Center of CHALCO

Liancheng Branch，．Yongdeng

730335，China；

4．Aluminum Smelters of

Yankuang

Aluminium

Company，Zoucheng

273515，China)

Abstract：In

this

paper，change

of the

iron content

within metal

pad

in aluminum reduction cell has been

investigated

to

develop

method for

possible early

detection of cell

linings

failure．h

is

found that the

change

of the

iron

content

in

the

early

startup

of

the aluminum reduction cell

reflect

pot

lining

failure in the future

to

some extent．Reference

to

the control

chart，the

iron

content

before

leakage

has also been studied and the results revealed three

characters．When

seven

consecutive measurements of

iron

content

above the

center

line(CL)，or

six consecutive measurements

showing

rise

trend，or

the measurements

beyond

the

upper

center

line(UCL)，the

cell

may

come

to

break down．

Key

words：aluminum reduction

cell；iron content；control

chart；pot lining