技术|电解槽内衬常见的破损现象及原因探讨
在铝电解生产中，主要成本构成是电能、氧化铝粉及内衬修理成本。因为铝电解槽长期在900℃以上高温的熔盐状态下工作，它的阴极内衬长期受到铝液和电解质的侵蚀导致槽体变形和内衬破损，严重时导致电解槽停槽大修。本文具体探讨破损的表现和破损原因，具体修理方法将在后续文章中介绍。
一
破损现象
在电解槽停槽清理内衬时，可以看到底部破损的情况：
阴极炭块发生变形，膨胀隆起、有冲蚀坑、横向或纵向断裂；
炭块之间的扎固糊发生裂纹，造成炭缝之间有碳化铝、电解质和铝等固体；
炭块与钢棒的交界面上有凝固的铝和电解质，部分钢棒被铝液熔化，生成铁铝合金；
炭块下面有凝固的电解质、铝、铝铁合金，严重时耐火砖、防渗料、炭块与沉积物熔铸在一起，形成较大的结块。
二
破损原因
电解槽发生破损的根本原因是电解槽在高温铝液和电解质的侵蚀下，阴极炭块出现冲蚀坑或者裂缝，铝液从冲蚀坑或者裂缝中进入阴极炭块，造成炭块变形隆起上抬，严重时造成炭块断裂和阴极钢棒熔化。
电解生产中，阴极炭块是不消耗的，但它长期与高温电解质和铝液接触，不可避免的会受到侵蚀和渗透，并最终演变为破损，主要表现在以下三种情况。
1.炭间缝裂开
炭间缝是指两组阴极炭块之间用炭间糊捣实的接缝。
炭间缝的破损通常表现为炭间糊捣实体在炭块界面上产生裂缝或者其本身破裂，以至铝液和电解质从裂缝中进入炭间缝，逐渐朝下渗透。
炭间缝裂开通常发生在焙烧期间，在焙烧过程中，炭糊中的挥发分急剧排出，遗留下许多微细气孔，同时炭间糊本身的收缩（收缩率约为3%），使其在炭块界面上产生裂纹。
启动后，阴极析出的钠渗透到炭间糊里面，并且生成碳钠化合物，使炭间缝疏松破碎，从而使炭间糊和炭块界面上的裂缝更加扩大。
根据碳钠化合物在低温下稳定、高温下分解的特点，在电解槽焙烧启动期间，保持较高的焙烧温度（接近启动时灌入电解质的温度），能有效避免电解槽早期的破损。
2.阴极炭块断裂
常见炭块断裂现象是沿着电解槽长度方向形成一条或几条大裂缝，铝液和电解质沿裂缝穿透炭块，将钢棒融化，形成铝铁合金，严重时穿透耐火砖层直至槽底钢板。
阴极炭块断裂的主要原因是炭块质量不好及焙烧启动期间受热不均匀。
3.阴极炭块隆起
在电解生产中，槽内熔融体慢慢地渗入到炭块之中，钠、电解质和铝液与炭素生成的炭钠化合物和碳化铝会引起炭块疏松和体积膨胀，使阴极炭块向上隆起。
熔融体在填充完裂缝和裂纹后，继续往深部侵蚀和渗透，当侵入到炭块下面时，与耐火砖反应生成铝硅酸盐（Na2O·Al2O3·2SO2），使耐火砖体积膨胀，形成被称为“灰白层”的沉积物。
4.阴极炭块的冲蚀坑
冲蚀坑穴是阴极炭块受冲刷作用而形成的。坑穴的表面上磨得很光滑，有旋转冲刷的痕迹并覆盖着一层白色的氧化铝。
其形成的主要原因是：
①在扎固炭缝表面或炭块表面存在着一些裂缝或凹凸不平；
②铝液在磁场的作用下会在裂缝中产生一种局部漩涡，其中挟带着悬浮着的氧化铝沉淀物；
③氧化铝在旋转状态下具有很大的冲刷作用，会将裂纹越磨越大、越磨越深，最终形成坑穴。
铝电解槽是铝电解生产中最重要的设备之一，据统计，国外电解槽寿命平均可达7年-8年,而我国的大型预焙槽寿命平均仅为4年左右，所以提高电解槽的寿命一直是我国铝工业的重要课题，而减少阴极内衬破损有助于延长槽寿命,所以铝企想要减少大修费用和吨铝成本，必须重视电解槽内衬的维护和及时检修。
