大型預焙陽極電解槽焙燒啟動及后期管理

李會春

（青銅峽鋁業有限責任公司,寧夏 青銅峽 751603）

大型預焙陽極電解槽焙燒啟動及后期管理

李會春

（青銅峽鋁業有限責任公司,寧夏 青銅峽 751603）

通過總結 350 kA大型預焙陽極電解槽的焙燒、啟動和后期管理工作經驗.提出了大型預焙陽極電解槽在焙燒、啟動和后期管理過程中的方法和要點,通過在某廠 350 kA電解槽的生產實踐,取得了良好的效果.為今后大型預焙陽極電解槽生產有一定的指導意義.通過在某廠 350 kA電解槽的生產實踐,取得了良好的效果。

隨著電解鋁生產的不斷發展,電解生產逐步向管理要效益、向規模要效益,一個電解鋁生產系列能否穩定高效運行主要取決于電解系統的前期設計、施工過程以及焙燒啟動和后期管理,下面主要從生產者的角度來談一談大型預焙陽極電解槽在焙燒啟動及后期管理過程中應該注意的問題.

1 焙燒過程

電解槽焙燒的目的:①排除砌筑過程中遺留在陰極材料中的揮發物;②將陰極通過高溫焙燒焦化成一個整體;③將陰陽極加熱到電解反應需要的溫度.目前國內大型預焙槽的焙燒方式均選用焦粉焙燒.焦粉焙燒主要應控制好以下幾個方面.

1.1 選擇合適的焦粉粒度和比電阻

焦粉粒度一般控制在 3～6mm,不宜過大,也不可太小.粒度太大,影響焦粉與陽極之間的接觸面積,從而導致通電時沖擊電壓高;粒度太小,焙燒過程中容易粘在陽極底掌上,啟動后造成陽極長包.焦粉比電阻一般控制在 200～500μΩ·m,角部陽極導電量小,為了保證角部的升溫速度,其對應區域的焦粉比電阻要相對小一些.

1.2 把握好鋪焦掛極質量

鋪焦掛極質量直接影響到電解槽焙燒質量,因此要作為重要環節來抓.鋪焦粉重點把握好厚度 （20～30mm）和均勻性,保證各部位焦粉薄厚度均勻;掛極的重點一是陽極的選取,要選用底掌水平、導桿垂直的陽極作為焙燒用極,二是坐極時要盡可能的坐實,以保證良好的導電性.

1.3 導桿與母線之間最好選擇軟連接的方式

陰陽極在焙燒過程中受熱會產生應力,如果采用硬連接,此過程中產生的應力無法釋放,會造成上部結構頂壞或導桿損傷,并且陽極電流分布不好調整,而軟連接可以借助軟帶的彎曲和伸直來釋放應力,同時可以采用松緊軟連接壓接塊來實現電流分布的調整.如果軟連接的條件不具備,也可以采取硬連接、人工定期松緊小盒卡具的方式來釋放熱應力.

某廠 350 kA預焙陽極電解槽的焙燒溫度曲線見圖 1.

圖 1 某廠 350 kA預焙陽極電解槽的焙燒溫度曲線

2 啟動過程

電解槽啟動的目的:①通過啟動,使電解槽產生一定量的液體電解質;②使電解槽具備正常生產條件.目前大型預焙電解槽主要采用濕法效應啟動和濕法無效應啟動,在沒用液體電解質的情況下,需要采用干法啟動.下面就濕法無效應啟動為例談一談啟動過程中應該注意的幾個方面.

2.1 灌電解質過程

灌電解質過程中應注意兩方面的問題:一是電壓 3～5 V的區域要快速越過去,因電解槽在焙燒過程中,陰極表面發生應變,使陽極出現不同程度的上抬,各組陽極底掌之間的高度偏差在 10～30mm不等,長時間低極距容易出現部分陽極因電流過大而脫極的可能;另外陽極與母線之間采用軟連接,兩者之間留有縫隙,在上小盒卡具時因陽極坐在爐底,無法使導桿與母線緊貼,因此要在第一包電解質灌入,陽極拉起來后,及時復緊小盒卡具,避免陽極下滑.灌電解質過程中是撈炭渣的最好時機,電解質從出鋁端灌入,會帶著爐底的焦粉一起流向煙道端,因此在灌電解質之前煙道端要具備撈炭渣的條件.

2.2 熔化物料過程

電解槽物料熔化過程中,電解槽電壓會根據槽內電解質的溫度變化出現上漂和下滑現象,此過程中要盡可能的避免頻繁的抬陽極,因初期液體電解質量較小,陽極位置過高,會增加陽極四周的空腔體積,空氣流動帶走的熱量增加,不利于物料熔化,同時在抬電壓的過程中邊部物料墜落,會造成局部溫度過低.熔化物料過程中電壓只能抬,不能降,一方面電解槽在熔化物料的時候需要大量的熱能,必須保持高電壓,另一方面降電壓時未熔化的物料有可能粘在陽極上,造成電壓波動.物料熔化的過程中,操作工應根據各部位的溫度情況將四周及陽極上的物料推入槽內,加快物料熔化.

電解槽物料熔化完畢,并不能代表電解槽啟動完畢,因熔化物料的過程是一個吸熱過程,同時也是電解槽砌筑材料預熱的過程,電解槽人造伸腿要在其表面物料熔化完之后開始燒結焦化,需要吸收大量的熱量,因此此時最好使電解槽來一個效應,效應電壓保持在 20～30 V,時間控制在半小時之內.

新啟動槽液體電解質的量相對較大 （大約30 t）,因此在熄效應的過程中氧化鋁的加入量必須足夠,否則可能造成長效應.按照 3%的氧化鋁濃度計算,第一個效應需要加入氧化鋁為:30 000×3%=900 kg.

3 電解槽啟動后期管理

電解槽啟動后到正常生產這個階段稱之為啟動后期管理.啟動后期管理的時間長短各有說詞,筆者根據 6年的大型預焙槽的生產經驗積累認為,后期管理時間定為 3個月較為合理.

后期管理的目的是建立規整的爐膛,為后期降分子比創造良好的條件,因此啟動后期管理要重點關注以下幾點:

（1）灌鋁之前電壓保持在 6～6.5 V,電解質保持 25～27 cm.因灌鋁前電解槽四周敞開,散熱量大,必須保持較高的電壓以提供足夠的熱量,否則電解質會出現急劇收縮,但電壓也不可保持過高,因極距高,陽極漂皮,電解質表面溫度過高,不利于電解槽后期管理;液體電解質量控制在 28～30 t,高度基本保持在 25～27 cm.如果電解質保持過高,封殼面后容易塌殼.

（2）灌鋁之后,待電解質表面結殼應盡快封好殼面,蓋好槽罩,打開支煙管閥,使電解槽盡快建立能量平衡.封殼面時要盡可能減少氧化鋁進入電解質,并及時校正氧化鋁濃度.打開支煙管閥,抽走殼面散出的部分熱量,以促進電解質表面結殼,減少塌殼.封殼后兩天內要盡可能控制效應,發生效應及時熄回,以促進殼面和爐幫形成.

（3）電解槽啟動初期,爐幫未形成,電解槽噪聲值偏高.此過程中要按照計劃降電壓,減少電解槽的熱收入,使電解質有所收縮,逐步形成爐幫.降電壓過程中必然會出現大幅電壓擺,這時候不要猶豫,嚴格按照計劃強行降電壓,只有將電壓降下來,形成爐幫,電解槽才能逐步穩定.在降電壓過程中要控制好電解質氧化鋁濃度.圖 2是某廠350 kA電解槽降電壓曲線.

圖 2 350 kA電解槽降電壓曲線

（4）各項技術條件保持情況.新槽啟動一到兩個月之間是爐膛形成的最佳時期,在此階段要盡可能的保持較高的槽溫和分子比,同時保持盡可能低的鋁水平,使電解槽在高溫下形成高分子比的爐幫;陰極吸鈉在啟動后兩個月之后基本結束,同時陰極的物理化學變化在此階段也基本結束,因此電解槽啟動兩個月后的的陰極壓降是反應其啟動后期管理成功與否的重要方面,此時陰極壓降高的電解槽在之后的生產過程中很難再有所下降,要保持低的陰極壓降必須保持較低的鋁水平.

（5）新啟動槽要密切關注側壁和陰極鋼棒溫度變化.電解槽在焙燒啟動過程中會受熱產生裂紋,大部分裂紋在灌鋁之前會被高溫電解質和焦粉的混合物填充,而灌鋁之后產生的裂紋有可能被鋁液滲入,長時間侵蝕可能造成電解槽破損.判斷電解槽有無破損最直接的方法就是監控電解槽側壁和陰極鋼棒溫度.新啟動槽側壁和鋼棒溫度隨運行時間逐步降低,在兩個月之后基本達到正常.對于鋼棒溫度異常偏高的可以采取吹風降溫或斷掉相應的陰極軟帶母線的方法進行處理.

表 1 某廠 350kA電解槽啟動后期各項技術條件保持目標一覽表

4 結 語

通過對大型預焙槽焙燒啟動及后期管理的分析和說明,總結了適合于 350 kA大型預焙陽極電解槽的焙燒、啟動和后期管理工作中需要關注的要點問題.通過在某廠 350 kA電解槽的生產實踐,取得了良好的效果,為今后大型預焙陽極電解槽的焙燒啟動及后期管理提供了有力的依據.

A

1671-6620（2010）S1-0052-02