大型預焙鋁電解槽的混合料焙燒新工藝實踐

柴宗興

摘要：電解槽啟動前的焙燒預熱效果對電解槽的槽壽命至關重要。本文重點論述混合料焙燒法在200kA預焙鋁電解槽進行焙燒實踐的過程，跟焦粒焙燒相比，可改善陽極電流分布、降低沖擊電壓、減小電解槽在焙燒過程中的橫向溫度梯度，節約焙燒電耗，為延長槽壽命提供了充分的理論依據，具有推廣價值。

關鍵詞：混合料 焙燒 工藝 實踐

目前，國內大型預焙鋁電解槽焙燒方法有四種：鋁液焙燒法;焦粒焙燒法;石墨粉焙燒法;燃氣焙燒法。由于焦粒焙燒是一種成熟的、正在大力推廣的技術，已成為大型預焙鋁電解槽焙燒方法的主流。但是，焦粒焙燒過程中存在著沖擊電壓高，焙燒能耗高、陽極電流分布不均等問題。我公司在8.5萬噸160臺電解槽中前40臺的焙燒啟動采用了焦粒和混合料（即改變煅后石油焦和石墨碎的配比）做了大量的工業試驗研究，最終選擇出了混合料中焦粒-石墨碎的最佳配比為7：3，為8.5萬噸剩余電解槽的焙燒啟動大大節省了能耗和為延長槽壽命奠定了基礎。

1 焙燒前的準備工作

1.1電解槽的驗收檢查

為使電解槽在焙燒期間和啟動后期正常生產運行，電解槽焙燒啟動前的檢查驗收準備工作是不可缺少的。必須要做到如下工作：

（1）上部結構：轉動結構運行正常，兩根橫梁大母線水平，打殼、下料定容及槽控機控制運行正常;

（2）絕緣測試：對電解槽各部位絕緣情況進行測試，要求達到2MΩ的設計要求;

（3） ）短路試驗：檢測電解車間母線系統在通電狀態下，母線各部位壓接點的壓接壓降，檢查施工質量，壓降大的要及時處理;

（4） 耐壓試驗：在系列絕緣測試合格的情況下，對系列進行帶電試驗，測試電解系列整體絕緣情況，打通系列母線，系列帶負荷24h，檢查各部位的壓降及溫度，并做好記錄。

1.2混合料的鋪設

我公司試驗成功的混合料焙燒是采用抗氧化性能強、體積密度變化小、粒度為1～4mm的煅后石油焦和比電阻比煅后石油焦約低22?MΩ的石墨碎，按比例均勻混合以20mm±2mm的厚度均勻平鋪在陰極炭塊表面。如果混合料鋪設不均勻，將導致焙燒時導電不均勻，影響焙燒效果。混合料的鋪設必須做到如下要求：

（1） 混合料鋪設前要將電解槽陰極炭塊表面清掃干凈;

（2） 將棚欄框架平整的放在陽極正投影區域，然后將篩分混合均勻的煅后石油焦 -石墨碎倒入框內，用平板尺刮平，確保混合料無凹陷部位，之后小心取走棚欄框。

1.3 掛極及軟連接器的連接

掛極前對陽極的要進行嚴格的挑選：陽極導桿與陽極炭塊的澆灌必須要垂直，陽極底掌必須要平整，確保陽極與混合料充分接觸。掛極要求準、穩、輕放，整個工作要一步到位。

為了保證陽極與焦粒始終保持良好的接觸，能夠避免因電流不均造成的局部過熱現象，還能消除焙燒過程中相關部位熱變形的影響。軟連接的安裝要求陽極導桿及橫梁大母線接觸各部位清掃、打磨干凈，各部位螺栓必須緊固，以防止接觸不良而發生打火現象。軟連接形狀如圖 1中3所示。

1.4分流器的制作及安裝：

選擇尺寸為2000mm×200mm×2mm的6片或9片軟鋼帶作為分流器片，兩頭用鋼板將分流片固定在一起制作成分流器。分流是在四端進電的四個立柱上進行，將準備好的分流器（分流器片為6片的8組/槽;分流器片為8片的4組/槽）一端壓接在橫梁大母線上，另一端壓在進電立柱母線上，要求壓接前對該部位打磨干凈。

2通電焙燒及數據分析

2.1通電焙燒

2.1.1電流梯度

為確保焙燒槽的焙燒溫度均勻平穩上升，減少對電解槽的熱沖擊，當電流送至120kA、160kA、180kA時持續5min之后繼續升電流，沖擊電壓不得超過5.5V，若沖擊電壓超過5.5V，則必須立即降低電流強度和調整送電持續時間。

2.1.2 分流率

通電焙燒時，分流器的分流量不是固定不變的，在通電初期槽電壓較高，分流器本身溫度低，電阻率低，因而分流量大。隨著焙燒的進行，槽溫升高，槽體電阻下降，分流器溫度升高，其電阻率升高，分流量減小，即焙燒槽的電流升高。

2.1.3 陽極電流分布

在8.5萬噸后120臺電解槽焙燒過程中，就當電流送至200kA后焙燒槽的電流分布做了統計，分析表明分流量+陽極電流分布之和=200kA，即剛通電焙燒的電解槽因分流器分流一部分而陽極導電都偏小，但是從統計的電流分布數據來看，電流分布的較為均勻，也沒有出現因電流分布不均而在焙燒過程中滲漏電解質的現象，說明混合料焙燒電解槽，從根本上解決了陽極電流分布紊亂。

當分流器拆除后，電解槽在全負荷焙燒期間，電流分布應在200kA÷28=7.14kA左右，電流分布一般不能超過9.64kA，若超過9.64kA，要采取措施及時分流，以防在焙燒期間電解槽局部受熱造成電解質滲漏和脫極。

2.2分流器的拆除

2.2.1 分流器拆除時間

焙燒達到9h后開始拆除分流器，首先拆除第一套分流器，6h后其余三套分流器同時拆除。

2.2.2 拆除分流器時分流率及電壓變化情況

隨著分流器溫度的升高，分流器的電阻率增大，分流量減小，焙燒9h以后，分流器的分流率一般降至20%以下，再焙燒6個小時后，拆除其它三組分流器的過程中，分流率逐漸下降。

拆除分流器時，每拆除一套，拆除期間電壓上升不允許超過0.5V。若拆除時電壓有異常應停止拆除工作，及時檢查陽極電流分布并做相應的調整，待電壓穩定后再急需拆除。拆除過程中應防止打火，全部拆除后槽電壓允許超過4.5V。

2.3焙燒溫度的變化

混合料焙燒期間焙燒溫度平均以10℃/h左右的速度逐漸上升。跟焦粒焙燒相比，減緩了溫度的上升速度，有效的防止了陰極和搗固糊的急劇膨脹和收縮，大大減少了陰極掉塊，起層和裂紋的產生，有效的防止了電解槽的陰極炭塊的早期破損。

2.3.1 橫向溫度梯度

啟動前焙燒溫度最大值與最小值之差，混合料焙燒槽的最大最大值和最小值之差最大為310℃，混合料焙燒溫度的橫向梯度小于焦粒焙燒槽的橫向溫度梯度，表明混合料焙燒預熱均勻，對陰極炭塊和側炭及炭塊之間搗固糊的影響小。

3 結束語

采用新型焦粒焙燒預熱電解槽，完全可實現陽極電流的均勻分布，沖擊電壓可以降至5.5V以下，減小橫向溫度梯度，防止了焙燒啟動過程中因電流分布不均而電解質滲漏的現象，節約焙燒電耗，同時為延長槽壽命提供了充分的理論依據，在鋁行業具有推廣價值。

參考文獻

[1]劉永剛等 《鋁電解大型預焙槽四種焙燒方法的比較》 輕金屬 2000年（4）

[2]趙無畏 《現代預焙電解槽焦粒預熱焙燒啟動研究》，輕金屬，2003年（2）34