燃料 -鋁液焙燒工藝在 350 kA異型陰極預(yù)焙槽的應(yīng)用

常玉杰,楊丹丹,田志剛

(中電投 寧夏能源鋁業(yè)集團(tuán)股份公司,寧夏 青銅峽 751603)

燃料 -鋁液焙燒工藝在 350 kA異型陰極預(yù)焙槽的應(yīng)用

常玉杰,楊丹丹,田志剛

(中電投 寧夏能源鋁業(yè)集團(tuán)股份公司,寧夏 青銅峽 751603)

介紹了燃料 -鋁液焙燒工藝在 350 kA異型陰極預(yù)焙槽的應(yīng)用,通過運(yùn)用燃料 -鋁液焙燒工藝解決了異型陰極槽槽型特異性帶來的焙燒問題,從焙燒效果上證實(shí)了該工藝是一種實(shí)用可靠、具有特有優(yōu)勢的電解槽焙燒工藝.

目前,鋁電解槽焙燒方法可以分為 2種,即電焙燒法(根據(jù)發(fā)熱電阻物料不同分為鋁液焙燒法和焦?；蚴郾簾?、燃料焙燒法[1].但國內(nèi)大型預(yù)焙槽一般都采用焦粉焙燒法,很少使用鋁液焙燒法及燃料焙燒法.

根據(jù) 350 kA異型陰極預(yù)焙槽槽型特點(diǎn) (圖 1 350 kA異型陰極預(yù)焙槽),已經(jīng)不具備使用傳統(tǒng)的焦粉 (或石墨粉)焙燒法及鋁液焙燒法,但考慮到燃料焙燒法要將陰極槽膛從室溫焙燒到 930℃左右,不僅存在焙燒時(shí)間較長、燃料消耗高,更為重要的是陰極氧化率大大提高,為了解決這一矛盾,首先采用燃料焙燒法將陰極槽膛焙燒到 700～750℃,然后采用鋁液進(jìn)行焙燒至 930℃以上.此方法降低了陰極氧化率,同時(shí)也避免了鋁液對陰極帶來的熱沖擊,整個(gè)焙燒過程中升溫均勻平穩(wěn),減少了局部過熱或欠熱現(xiàn)象.

1 焙燒前期準(zhǔn)備工作

1.1 系統(tǒng)驗(yàn)收、檢查及調(diào)試

此次異型陰極槽為二次大修槽,電解槽大修完畢后組織相關(guān)技術(shù)人員對筑爐質(zhì)量進(jìn)行驗(yàn)收,隨后對電氣絕緣、槽整體機(jī)械設(shè)備、氧化鋁濃相輸送及下料系統(tǒng)、煙氣干法凈化系統(tǒng)等進(jìn)行系統(tǒng)性檢查及相關(guān)調(diào)試工作,合格后進(jìn)入下一階段的焙燒準(zhǔn)備工作.

1.2 防陰極氧化保護(hù)措施

由于燃料焙燒過程中高溫?zé)煔庵械难鯘舛入y以精確控制,高溫下陰極氧化問題隨之難以解決,為了最大限度的減少陰極氧化程度,必須對陰極采取防氧化措施.

1)使用涂料對陰極進(jìn)行涂層,涂層要求見表1,采用水玻璃溶液做調(diào)勻劑.涂料調(diào)勻要求:可以用手捏成團(tuán),團(tuán)掉到地上能松散開的程度.

表1 涂層要求

2)為了防止燃料焙燒過程中燃燒嘴火焰外焰所帶來的熱沖擊,在對應(yīng)的陰極及人造伸腿表面鋪設(shè)硅酸鋁纖維板及耐熱鋼板.

1.3 掛極裝爐

1.3.1 掛極

在燃料焙燒階段要讓整體陰極槽膛能充分的利用熱傳導(dǎo)、輻射及高溫氣流進(jìn)行焙燒,必須預(yù)留合適的兩極間空腔;同時(shí)在鋁液焙燒階段為減少陽極偏流現(xiàn)象,陽極導(dǎo)桿要和陽極母線要接觸良好、陽極底掌要處在同一個(gè)水平面上;因此掛極過程中應(yīng)注重以下兩點(diǎn):1)所有陽極底掌處在同一個(gè)水平面上;2)定位后,陰極底掌面與凸起的陽極的上表面高度距離為 200 mm,此時(shí)母線位置應(yīng)在回轉(zhuǎn)計(jì) 200的位置上.

1.3.2 裝爐

此次裝爐主要工作任務(wù)是放置燃燒器、測溫管及各進(jìn)氣管道和線路的聯(lián)接,同時(shí)做好槽四周密封保溫及中縫排氣設(shè)計(jì),圖 2是裝爐生產(chǎn)現(xiàn)場.

裝爐要求如下:

(1)放置中縫防護(hù)板排煙管,極間縫板,其中排煙口 (尺寸:150 mm ×150 mm ×170 mm)位置位于 4#(極號 )-5#、8#-9#、15#-16#、21#-22#的中縫;

(2)在 AB加工面上均勻放置燃燒嘴共計(jì)24個(gè);

(3)在每個(gè)燃燒器處下面的陰極炭塊和邊部伸腿上,放置一層硅酸鋁纖維板 1000 mm×400 mm×3 mm及一塊厚為 2 mm的耐熱鋼板 1000 mm ×300 mm ×2 mm.

(4)鋪放加工面鋼板,圖 3是加工面鋼板側(cè)視圖.

圖3 加工面鋼板側(cè)視圖

(5)所有蓋板鋪放完畢后鋪蓋冰晶石保溫料,保溫料要求:陽極鋼爪下沿平齊,冰晶石用量約為16 t.

2 燃料焙燒階段

燃料焙燒階段使用的燃料是天然氣,整套設(shè)備裝置由重慶健雯沅爐窯設(shè)備公司開發(fā)和研制,在裝爐完畢后,連接火焰燃燒器與供風(fēng)、供燃?xì)庀到y(tǒng)及相關(guān)的控制電路,安裝燃?xì)庀到y(tǒng)時(shí),燃?xì)夤芫€及空氣管線要按照主體控制系統(tǒng)點(diǎn)位進(jìn)行編號,燃燒架接入天然氣管線,安裝完成后通入天然氣并進(jìn)行檢漏,檢漏期間將附近窗戶打開通風(fēng),設(shè)置限制性區(qū)域,區(qū)域內(nèi)嚴(yán)禁煙火.

(1)燃料焙燒時(shí)間的確定.一般對于炭素材料而言,在 200℃之前為軟化階段,主要是是排出吸附水和化合水,可使用小火進(jìn)行焙燒,升溫度速度可以適當(dāng)加快,當(dāng)溫度升到 200～500℃時(shí),扎糊中瀝青揮發(fā)份大量排出,可適當(dāng)調(diào)大火焰,但升溫速度應(yīng)慢一些,否則由于大量揮發(fā)份的劇烈排出使之產(chǎn)生裂紋,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)疏松、孔隙度增大、強(qiáng)度下降.當(dāng)溫度升到 600℃以上,升溫速度可加快.當(dāng)溫度超過 700℃時(shí),黏結(jié)劑的焦化過程基本完成[2],即可熄滅火焰,燃料焙燒階段完成.

根據(jù)燃料焙燒方案[3]及現(xiàn)場監(jiān)測升溫?cái)?shù)據(jù)將燃料焙燒時(shí)間確定為 32 h,升溫控制過程分 10個(gè)階段,表 2為升溫控制時(shí)間表.

表2 升溫控制時(shí)間表

(2)升溫到達(dá)預(yù)期目標(biāo)后,關(guān)閉天然氣,將管道內(nèi)余量天然氣進(jìn)行排空后拆卸燒嘴管線,再移走燃燒架及各路管線,隨后迅速拆除燒嘴及其對應(yīng)的爐底鋼板.

3 鋁液焙燒階段

3.1 灌鋁作業(yè)

在燃料焙燒作業(yè)完畢后立即向槽內(nèi)灌入 15 t鋁液,并下降陽極,陽極底掌距離凸臺(tái)上表面 30 mm,灌鋁完畢后將槽四周鋼板上的冰晶石推向槽中并拆除鋼板;拆除完畢后仔細(xì)檢查電解槽四周的蓋板是否完全取出、有無搭接物,以防止發(fā)生陰陽極短路現(xiàn)象(拆除設(shè)備與灌鋁時(shí)間間隔應(yīng)盡量縮短).

3.2 二次裝爐

根據(jù)大型預(yù)焙槽焙燒啟動(dòng)技術(shù)要求及生產(chǎn)實(shí)踐,選用高分子比的冰晶石進(jìn)行裝爐,作業(yè)順序如下:

(1)先用冰晶石將 AB加工面伸腿覆蓋,覆蓋高度距離槽沿板約 100 mm;

(2)AB加工面面各用 20袋 NaF(共 2 t)進(jìn)行覆蓋,最后用冰晶石再次填充,覆蓋料要求鋼爪下沿以上 20 mm;

(3)兩爐門口端正對中縫用電解質(zhì)塊砌成兩道墻,再在上面用鉆好眼的蓋板蓋好,以便更好地監(jiān)測焙燒溫度,其他空隙處用冰晶石填充,冰晶石總用量約為 5 t.

3.3 通電焙燒

通全電流后其沖擊電壓約 3 V,一段時(shí)間后,電壓會(huì)回落至 2 V左右.鋁液焙燒過程中以控制鋁液溫度上升速度為管理點(diǎn).鋁液升溫速度控制在 5℃/h左右,當(dāng)升溫速度減緩時(shí)可適當(dāng)提升陽極來提高電壓,焙燒 42 h左右后,鋁液溫度一般達(dá)到了 930～940℃.

4 焙燒效果

根據(jù)三臺(tái)異型陰極槽實(shí)際運(yùn)行狀況,大型異型陰極預(yù)焙槽燃料 -鋁液焙燒時(shí)間控制在 74 h左右,其中燃?xì)獗簾A段焙燒時(shí)間 32 h,鋁液焙燒階段焙燒時(shí)間 42 h左右,焙燒過程中升溫速率平穩(wěn),最終的鋁液焙燒溫度一般達(dá)到 930～940℃,爐膛焙燒效果較為理想,具備了電解槽啟動(dòng)條件,從鋁液焙燒過程中電壓管理及整個(gè)焙燒階段升溫曲線也得到了有力的應(yīng)證.

(1)三臺(tái)異型陰極槽燃料焙燒升溫曲線

實(shí)測三臺(tái)異型陰極槽 8211#、8212#、8213#燃料焙燒過程中升溫?cái)?shù)據(jù),繪圖于圖 4～圖 6.

圖4 8211#燃料焙燒升溫曲線

(2)三臺(tái)異型陰極槽鋁液焙燒升溫曲線

實(shí)測三臺(tái)異型陰極槽 8211#、8212#、8213#鋁液焙燒過程中升溫?cái)?shù)據(jù),見圖 7.

圖7 鋁液焙燒升溫曲線

(3)三臺(tái)異型陰極槽鋁液焙燒電壓管理曲線

鋁液焙燒過程中,對應(yīng)實(shí)測的鋁液溫度,根據(jù)鋁液升溫速率情況,控制好電壓,圖 8為此階段的電壓管理曲線.

圖8 鋁液焙燒電壓管理曲線

5 結(jié) 語

(1)燃料 -鋁液焙燒工藝在 350 kA異型陰極預(yù)焙槽的應(yīng)用更好的解決了槽型特異性所帶來的焙燒問題,而且繼承了燃料焙燒及鋁液焙燒的優(yōu)點(diǎn),從而打破了傳統(tǒng)焙燒法的單一性及固有缺陷.

(2)從焙燒效果上可以看出,整個(gè)焙燒過程中升溫均勻平穩(wěn),最終鋁液溫度也超過了 930℃,達(dá)到了大型預(yù)焙槽的濕法啟動(dòng)條件.

(3)通過應(yīng)用陰極防氧化措施后,陰極表面氧化率大大降低.

A

1671-6620(2010)S1-0030-03