山東鋁業(yè)股份80KA預(yù)焙槽在運行過程相繼出現(xiàn)3臺側(cè)部鋼棒漏鋁，鐵含量升高，而被迫停槽的短命槽。點解鋁廠的科技人員經(jīng)過刨槽，進行細(xì)致的分析，找出了漏爐的主要原因：80KA預(yù)焙槽雖然在陰極炭塊下部采用干式防滲透料，但在電解槽側(cè)部即陰極炭塊下部采用干式防滲透料，但在電解槽側(cè)部即陰極炭塊外，處于側(cè)棒外側(cè)端部，側(cè)部炭塊下部，采用的是傳統(tǒng)的耐火混凝土。這種耐火混凝土用水量大，防滲性能差，耐久性差。電解槽啟動后，混凝土破裂，滲鋁、化鋼棒、造成短命槽。
漏爐原因分析
2.1 傳統(tǒng)耐火混凝土采用水泥作結(jié)合劑，煅燒礬土熟料為基料，依靠水泥的水化產(chǎn)物將不同粒徑的礬土熟料結(jié)合在一起并產(chǎn)生強度。在施工時，為了獲得良好的施工性能，必須加入適量的水，使其具有一定的流動性。一般用水量在15%~20%。在使用過程中，這些水分會在不同階段消除，留下的孔隙就比較多，也比較大，熔融金屬對材料的極限孔徑：鋼水為30um，鐵水為5um，而鋁溶液僅為0.5um。由此可見，鋁液對耐火材料滲透的極限孔徑比較小，較容易對混凝土進行滲透。
2.2 傳統(tǒng)耐火混凝土產(chǎn)生結(jié)合強度的是水泥的水化和產(chǎn)物，這些水化合產(chǎn)物在500℃以前都會把90%的結(jié)合水脫除，結(jié)合強度有一定下降。當(dāng)溫度升至900~1100℃時，剩下的10%的是就會脫去。這時，混凝土化合物就產(chǎn)生晶格變化，使原有的結(jié)構(gòu)強度大部分損失。而這溫度區(qū)間正是電解槽正常溫度區(qū)間，由于可見，傳統(tǒng)混凝土是電解槽結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)。
2.3 電解槽中鋁對混凝土的侵蝕
傳統(tǒng)耐火混凝土中的SiO2成分，在還原氣氛中，會與熔融的金屬鋁反應(yīng)形成金屬Si，即4Al+3SiO2→3Si+2Al2O3。金屬Si的生成，使混凝土形成變質(zhì)層，并改變了變質(zhì)層的熱膨脹系數(shù)，當(dāng)溫度發(fā)生變化時，就會形成結(jié)構(gòu)性剝落。同時混凝土中的莫來石成分(3Al2O3·2SiO2)與鋁電解槽中的Na2O反應(yīng)，形成變質(zhì)層，并引起體積變化和膨脹系數(shù)的變化，從而形成結(jié)構(gòu)性剝落。
2.4 自焙鋁電解槽與預(yù)焙槽生產(chǎn)工藝條件不同
原80KA自焙陽極電解槽采用邊部加工制度，電解槽側(cè)部較短時間內(nèi)形成保護性爐幫，同時，自焙槽鋁水品保持較高(26~28cm)，形成爐幫較厚，鋁水不易侵蝕側(cè)下部的耐火混凝土。而改造成80KA預(yù)焙槽后，采用計算機控制中心點式下料，鋁水平保持較低(18~20cm)點解槽側(cè)部長期未能形成爐幫。而且形成爐幫較薄，爐膛內(nèi)形較大，鋁水順著陰極炭塊或側(cè)部炭塊之間的人工扎固邊帽之間的縫隙侵蝕耐火混凝土，造成邊部漏爐。
3 采取的措施
(1)為保證80KA預(yù)焙槽正常生產(chǎn)，首先改變了80KA預(yù)焙槽加工工藝，建立邊部加工制度，增加電解槽爐幫厚度，保護電解槽側(cè)部軋固的邊帽不易被鋁水滲透。
(2)針對傳統(tǒng)混凝土的缺陷與合作單位，研制開發(fā)了新型的耐火澆注料。這種新型耐火膠澆注料具有以下優(yōu)點:
(3)降低使用過程中添加的水分，由原來的添加15%~20%降到8%~9%，提高電解槽防滲透性能。
(4)新型耐火澆注料添加有適宜化學(xué)成分的物質(zhì)。在使用過程中，能夠與鋁水和電解質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成以層致密的玻璃物質(zhì)，并覆蓋在澆注表面，可有效防止鋁水、電解質(zhì)向澆注料深處滲透和擴散。
新型耐火澆注料耐高溫、強度大。
4 試驗
將傳統(tǒng)混凝土與新型耐火澆注料，分別做成長、寬、高各為100mm的立方體，在其上部做成凹形結(jié)構(gòu)，中間放入80KA電解槽中取的電解質(zhì)粉碎料。
將試驗樣品放入950℃電爐中，經(jīng)過24小時保溫分別取出觀察電解侵蝕情況。
(1)傳統(tǒng)混凝土做成的樣品，電解質(zhì)全部滲入試樣中，而且因高溫樣品出現(xiàn)裂紋，個別樣品已破碎不能成型。
(2)新型耐火澆注料與電解質(zhì)接觸的表面生成一層2~3mm厚致密的反應(yīng)層。樣品保持完整，沒有出現(xiàn)裂紋現(xiàn)象。
通過上面的試驗說明，新型耐火澆注料具有明顯的防滲性能，而且耐高溫，強度大。而傳統(tǒng)的混凝土不具有對電解質(zhì)的防滲性能，而且強度低。
5 新型耐火澆注料的工業(yè)應(yīng)用
通過實驗室驗證后，電解鋁廠隨后在80KA預(yù)焙槽大修槽上應(yīng)用。經(jīng)過現(xiàn)場實際操作，這種新型耐火澆注料具有以下特點。
(1)采用新型耐火澆注料不改變原來傳統(tǒng)混凝土操作工藝。繼續(xù)采用普通混凝土攪拌機，嚴(yán)格控制水分(8%~9%)，攪拌時間縮短。每臺槽按用4t料計算，共計減少水分400kt/槽，效果是明顯的。
(2)雖然使用過程中，水分明顯減少，但攪拌后，新型耐火澆注料流動性好，大修施工中容易添充到陰極鋼棒的底部，避免施工中存在死角，提高施工質(zhì)量。
(3)新型耐火澆注料凝固速度快，養(yǎng)護期短，縮短電解槽大修周期。
6 結(jié)論
(1)采用新型耐火澆注料每臺大修槽比傳統(tǒng)混凝土減少水分400kg，從而提高了電解槽側(cè)部的防滲能力。
(2)新型耐火澆注料能與電解槽的電解質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成具有較好防滲透能力的防滲層，杜絕電解質(zhì)對耐火澆注料內(nèi)部的滲透，防止電解槽側(cè)部漏爐。
(3)新型耐火澆注料耐高溫，強度大。
(4)采用新型耐火澆注料提高電解槽大修質(zhì)量，在不改變原施工工藝的前提下，縮短了電解槽大修周期。
