預(yù)焙電解槽用焦粒焙燒啟動(dòng)中的實(shí)踐探討

夏尚斌

（青銅峽鋁業(yè)股份公司 電解一部生產(chǎn)設(shè)備室 ）

預(yù)焙電解槽用焦粒焙燒啟動(dòng)中的實(shí)踐探討

夏尚斌

（青銅峽鋁業(yè)股份公司 電解一部生產(chǎn)設(shè)備室 ）

電解槽焙燒啟動(dòng)是電解鋁生產(chǎn)的重要階段.焦粒焙燒法具有操作相對簡便、技術(shù)可靠、焙燒時(shí)間短,一次可焙燒多處電解槽等優(yōu)點(diǎn),現(xiàn)已在大型預(yù)焙槽電解鋁廠得到普遍應(yīng)用,以求減少對電解槽內(nèi)襯材料的熱沖擊,對筑爐時(shí)存在的裂縫等缺陷,希望在啟動(dòng)后由電解質(zhì)優(yōu)先進(jìn)入從而阻擋鋁液的持續(xù)滲入;減輕了勞動(dòng)量,維護(hù)了安全有序的啟動(dòng)生產(chǎn)現(xiàn)場.其通過焦粒焙燒在啟動(dòng)中的應(yīng)用,提出了一些優(yōu)化措施.

新槽包括大修之后的電解槽,在投入正常生產(chǎn)之前,新槽先要預(yù)熱,其目的在于加熱陽極周圍的裝爐物料,以及加熱陰極,使底部炭塊之間的炭糊燒結(jié),達(dá)到預(yù)定溫度 900℃,以利于下一步的啟動(dòng)操作.

目前電解槽焙燒啟動(dòng)的方法有多種.國外先進(jìn)鋁廠多采用燃?xì)獗簾?此法的優(yōu)點(diǎn)是容易控制加熱速度,并使陰極表面均勻加熱,其缺點(diǎn)是操作比較復(fù)雜,燃燒時(shí)溫度高于 900℃時(shí)會(huì)使陰極和陽極表面嚴(yán)重氧化,使碳對鈉的親和力較大,增加體膨脹率,易造成早期破裂.鋁液焙燒法大部分熱量是由陽極和陰極產(chǎn)生,以預(yù)焙槽而言,總的發(fā)熱量不大,因此鋁液預(yù)熱法適用于本身電阻很大的自焙槽.此法的缺點(diǎn)是鋁液先進(jìn)入陰極裂縫中,影響槽壽命.焦粒預(yù)熱法是在電解槽的陰極上鋪設(shè)一層焦粒作為發(fā)熱電阻,當(dāng)電流通過焦粒時(shí),在陽極、焦粒層和陰極中產(chǎn)生熱量,提高陽極溫度,同時(shí)陰極中的底糊逐漸加熱以至燒結(jié).

1 通電焙燒前的準(zhǔn)備

焙燒啟動(dòng)技術(shù)方案是通電投產(chǎn)的綱領(lǐng)性文件,應(yīng)認(rèn)真編寫,反復(fù)論證可行性,對參與焙燒啟動(dòng)的人員要做好培訓(xùn)工作,熟悉啟動(dòng)程序,并結(jié)合以往啟動(dòng)中發(fā)生的異常情況或可能發(fā)生的不可預(yù)知情況做好應(yīng)對措施,同時(shí)要安排專職電工、槽控機(jī)維修人員堅(jiān)守啟動(dòng)現(xiàn)場.在電解槽安裝過程中,組織有關(guān)人員對筑爐質(zhì)量、母線壓接壓降進(jìn)行跟蹤檢查,建立單槽爐膛檔案,在通電前要對電氣絕緣、打殼下料系統(tǒng)、凈化和氧化鋁輸送系統(tǒng)、機(jī)械傳動(dòng)和陽極提升機(jī)構(gòu)、槽控機(jī)等進(jìn)行全面仔細(xì)認(rèn)真的檢查、調(diào)試,復(fù)緊立柱母線壓接面,合格后方可組織人員裝爐.

2 裝爐和掛極

2.1 焦粒比電阻的選擇

焦粒比電阻及厚度的選擇與焙燒時(shí)的升溫速度密切相關(guān).青銅峽鋁業(yè)股份公司預(yù)焙電解槽系列啟動(dòng)時(shí),選用均勻摻合后自然粒度比電阻為300μΩ·m的焦粒與均勻摻合后自然粒度比電阻為 60μΩ·m的石墨碎,按照一定比例配比.考慮到角部陽極對環(huán)境散熱較大,充分焙燒角部陰極,不同焙燒時(shí)間槽的角部四塊陽極下面采用了相對較高比電阻的焦粒.通過比電阻的調(diào)整,實(shí)現(xiàn)了一次通電多臺(tái)槽,根據(jù)焙燒 96 h、120 h、144 h,分批啟動(dòng),緩解了平凡停送電對已正常生產(chǎn)槽的影響,減輕了啟動(dòng)人員的勞動(dòng)量,保證了系列啟動(dòng)的安全有序性.

表 1 比電阻的選擇與配比

焦粒的粒度選用 1～3mm的焦粒,鋪設(shè)厚度為 20～25 mm,焦層中不能大量含有細(xì)于 1 mm的焦粉,以免與陰極和陽極接觸不良,因?yàn)楹芗?xì)的焦粉具有較大的比電阻,而且在啟動(dòng)時(shí)不便于清除.在系列啟動(dòng)中由于焦粒用量較大,可能在焦粒裝袋時(shí)的最后部分,焦粒粒度偏小,造成電解槽在啟動(dòng)后爐底形成炭類塊狀物.另外,把經(jīng)過煅燒過的焦粒在中縫或補(bǔ)償口處還可用來保護(hù)槽底,免受空氣氧化.對不同批次、不同存放時(shí)間的焦粒和石墨碎都要在摻合前進(jìn)行比電阻測試,根據(jù)不同的測試結(jié)果選用不同的配比.

2.2 鋪焦粒和掛極

整臺(tái)槽所有陽極下的焦粒層的厚度應(yīng)一致且鋪設(shè)均勻,保證陽極導(dǎo)桿和陽極水平母線間距 2～4mm,盡可能陽極自然下落,減少陽極頻繁動(dòng)作次數(shù),使底掌和焦粒層接觸良好,減少陽極偏流現(xiàn)象,從而使整個(gè)電解槽在焙燒過程升溫均勻,防止槽內(nèi)襯裂紋的產(chǎn)生,電解槽早期破損.

2.3 裝爐

2.3.1 加大裝爐中鈣、鈉含量

根據(jù)某廠的相關(guān)數(shù)據(jù)分析,增加了裝爐中鈣、鈉量.先在人造伸腿部位均勻平鋪 0.9 t的氟化鈣,再在氟化鈣表面平鋪一層 0.9 t的氟化鈉,最后在氟化鈉表面均勻鋪上冰晶石.經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐表明,有利于側(cè)部形成高熔點(diǎn)、穩(wěn)定的規(guī)整的爐膛幫內(nèi)型,減少側(cè)部破損;有利于人造伸腿部位扎固糊焦化,防止脫落掉塊現(xiàn)象的發(fā)生.

2.3.2 裝爐方式的選擇

在中縫和補(bǔ)償口用 3 mm厚鋼板覆蓋,其上加冰晶石密封保溫,使電解槽在焙燒期間空腔內(nèi)為還原性氣體,減少陽極及爐底氧化.通過這種方式使在焙燒期間槽內(nèi)氣體實(shí)現(xiàn)對流、熱輻射形式對整個(gè)陽極進(jìn)行加熱,且溫度分布均勻,減少偏流的發(fā)生.實(shí)踐證明,在系列啟動(dòng)過程中,人造伸腿焦化充分,無脫落、斷裂等異常狀況.

2.3.3 軟連接與分流裝置

在陽極導(dǎo)桿與水平母線之間設(shè)置軟帶連接母線,使陽極底掌與焦粒之間始終保持良好接觸,獲得均勻的陽極電流分布,確保槽溫均勻升高,減少裂紋的產(chǎn)生.為控制預(yù)熱速度,在陽極鋼爪與陰極母線之間安裝了分流器,為增加分流器的分流效果,鋼爪與分流器的接觸面要足夠大,最好呈“L”型接觸.

3 通電焙燒

在焙燒期間應(yīng)根據(jù)焙燒技術(shù)方案,做好各項(xiàng)記錄,認(rèn)真填好焙燒啟動(dòng)日志,定時(shí)測量焙燒溫度和陽極電流分布.尤其在系列啟動(dòng)中,一旦通電后,造成焙燒溫度差異的根本原因在于陽極電流分布不均勻,此時(shí)唯有通過調(diào)整電流分布實(shí)現(xiàn)對溫度的控制.因此,在預(yù)焙槽焙燒過程中,對電流分布的測量與調(diào)整要重于對溫度的測量,重于其它啟動(dòng)槽的維護(hù).

4 電解槽啟動(dòng)

電解槽經(jīng)通電焙燒陰極表面局部溫度不足900℃,可以將該處鋼爪分流鋼帶拆除,啟動(dòng)前一天將全部分流器拆除,高于 900℃可以向該處推部分熱的冰晶石降溫.當(dāng)槽內(nèi)陰極表面溫度達(dá)到900℃以上,就具備了啟動(dòng)條件.首先要上緊夾具,并在液態(tài)電解質(zhì)灌入槽內(nèi)前根據(jù)電壓反復(fù)松緊夾具,檢查陽極動(dòng)作情況.第一包電解質(zhì)溫度盡可能在1 000℃以上,防止由于焙燒溫度不均勻,局部過熱或過冷致使?fàn)t底出現(xiàn)裂縫,用高溫高熔點(diǎn)的電解質(zhì)將其填充,阻斷鋁液滲透通道,有效防止?fàn)t底早期破損.灌入后將電壓抬至 4～5 V,將操控機(jī)由預(yù)熱狀態(tài)轉(zhuǎn)入啟動(dòng).在啟動(dòng)過程中,用鐵鍬、鋼釬等工具,將陽極四周的冰晶石等物料推入極縫中,以促其熔化 （但不得攪動(dòng),造成電解質(zhì)粘）;物料全部熔解后,立即撈炭渣.炭渣撈完后,加入冰晶石覆蓋電解質(zhì)液面,稍后直接添加適量純堿,保持電解質(zhì)的分子比在 3.0～3.2.測量電解質(zhì)水平,保證電解質(zhì)水平在 35 cm以上,但電解質(zhì)上液面不得超過側(cè)部炭化硅 -氮化硅磚的上沿,并要保證電解質(zhì)量在 4.5 t左右.在灌電解質(zhì)過程中和物料沒有完全熔化時(shí),陽極抬起來后,嚴(yán)禁再降陽極.灌完最后一包電解質(zhì)后電壓保持 10～15 V,持續(xù)時(shí)間以物料全部熔化為標(biāo)準(zhǔn),物料熔化,效應(yīng)熄滅,電壓保持在 7.5～8 V.待物料完全熔化并在炭渣撈完后,根據(jù)槽溫情況,逐步開始降電壓.在 24 h內(nèi)電壓逐步降至 5～5.5 V.注意要將純堿盡可能均勻撒入,防止局部堿過于集中,陰極吸鈉不均勻,造成鈉膨脹應(yīng)力集中問題.

5 后期管理

電解槽在經(jīng)歷焙燒、啟動(dòng)后進(jìn)入后期管理階段.啟動(dòng)后期管理的主要目的是要使電解槽建立起穩(wěn)固、規(guī)整的側(cè)部爐幫和伸腿,形成理想的爐膛內(nèi)型,建立起穩(wěn)定的熱平衡,并使各項(xiàng)工藝指標(biāo)達(dá)到正常生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn).因此,焙燒啟動(dòng)的關(guān)鍵是焙燒足夠充分和后期管理,后期管理需要把握以下要點(diǎn).

5.1 槽電壓

啟槽初期,是熱平衡與物料平衡建立的過程,同時(shí)也是調(diào)整電壓的有利時(shí)機(jī),通過電壓調(diào)整過程盡快建立爐幫,并希望通過電壓控制來達(dá)到電解溫度由啟動(dòng)時(shí)的1 000℃左右逐漸降至正常生產(chǎn)溫度,防止電解質(zhì)水平收縮過快產(chǎn)生大量沉淀,過快生成高分子比伸腿.

5.2 分子比、槽溫

考慮到改造系列受設(shè)備限制,在期望高分子比條件下形成爐幫,又利于換極作業(yè),第一周內(nèi)將分子比保持在 3.0以上,第一個(gè)月末:槽溫為960℃左右,分子比保持在 2.6以上;第二個(gè)月末:槽溫為 950℃左右,分子比保持在 2.45以上;第三個(gè)月末:槽溫為 940℃左右,分子比保持在2.35以上.

5.3 兩水平

電解質(zhì)水平啟動(dòng)后第一周保持在 28～30 cm,第二周保持在 25～28 cm,第二個(gè)月末將出鋁后鋁水平保持在 18 cm,啟動(dòng)前兩個(gè)月主要利用先期高分子比形成堅(jiān)固的爐幫;第三個(gè)月末將出鋁后鋁水平保持在 19 cm,利用此時(shí)相對較高的鋁水平、較低的分子比形成伸腿,使在后期生產(chǎn)中控制伸腿的退進(jìn).

5.4 效應(yīng)的控制

由于合理利用焦粒比電阻,使陰極焙燒充分,在系列啟動(dòng)中未發(fā)生難熄效應(yīng)或長效應(yīng).啟動(dòng)接通 NB后,將 NB調(diào)整至 500,并將操控機(jī)轉(zhuǎn)入“手動(dòng)”狀態(tài),等效應(yīng)發(fā)生后根據(jù)效應(yīng)等待時(shí)間的長短,對 NB進(jìn)行調(diào)整,每次調(diào)整幅度為 50,將 AE設(shè)定為 60 h,效應(yīng)時(shí)間控制在 2m in以內(nèi).爭取在啟動(dòng)初期爐幫由高分子比、低氧化鋁濃度形成.第三個(gè)月末將 AE間隔調(diào)整至 80 h.另外,由于 120 kA槽型較小,液態(tài)電解質(zhì)總量偏小,安裝定容為1.8 kg的下料器,單次下料造成電解質(zhì)溫度波動(dòng)較大,易使氧化鋁在電解質(zhì)中形成懸浮狀物,長期會(huì)在爐底形成沉淀,最終影響電解槽的穩(wěn)定和壽命.另外,國外先進(jìn)的預(yù)焙槽,由于其環(huán)保和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的要求很高,因此普遍采用低效應(yīng)系數(shù)操作,但這也是和國外鋁廠優(yōu)良的陽極碳塊質(zhì)量、氧化鋁物料特性有很大關(guān)系.

在其他條件相對穩(wěn)定的情況下,陽極效應(yīng)系數(shù)的選擇主要取決于陽極碳塊質(zhì)量和氧化鋁物料的特性.其中陽極碳塊質(zhì)量最為重要,特別在低分子比、低溫度的電解過程中,電解質(zhì)黏度增大,碳渣不易分離.我國大型預(yù)焙鋁電解廠考慮到陽極碳塊質(zhì)量與國外先進(jìn)水平有較大差距,且生產(chǎn)使用溶解性能不佳的國產(chǎn)中間狀氧化鋁,因此,保持的陽極效應(yīng)系數(shù)較高.

6 問題探討

6.1 裝爐方法和啟動(dòng)方法

同系列中其他槽啟動(dòng)時(shí)裝爐中考慮到第一周期殼面硬度對換極作業(yè)的影響,將鈣、鈉的裝入量分別控制在 0.7 t,但從提高焙燒質(zhì)量、利于正常生產(chǎn)、提高電流效率考慮,裝爐物料中應(yīng)將鈣、鈉的裝入量增加.大修槽啟動(dòng)時(shí)考慮到裝爐采用電解質(zhì)塊,建議分析電解質(zhì)塊中鈣的含量,根據(jù)鈣含量決定電解質(zhì)塊的裝爐量.

6.2 焙燒時(shí)間

在條件容許下焙燒時(shí)間應(yīng)該長些,使焙燒溫度上升幅度和速度應(yīng)緩慢些,使槽內(nèi)襯各部位的溫度趨于平衡,槽內(nèi)襯的扎固糊焦化充分,使啟動(dòng)和后期管理趨于平穩(wěn).

6.3 分流時(shí)間

分流器的拆除,應(yīng)由升溫速度和焙燒溫度決定.焙燒前期,為使初期溫度上升緩慢,要加強(qiáng)分流效果.

6.4 啟動(dòng)前是否抬電壓

某些系列在啟動(dòng)前采用定期點(diǎn)抬電壓的辦法,加快電解質(zhì)的產(chǎn)生,確保槽子順利啟動(dòng),實(shí)踐證明這樣易發(fā)生偏流現(xiàn)象,使槽子升溫不均,造成熱應(yīng)力集中.

6.5 灌鋁時(shí)間

電解槽啟動(dòng)后,雖然物料全部熔化,炭渣已撈出,但是實(shí)際上人造伸腿和人造伸腿與陰極炭塊的接縫之間還沒有完全焦化為一個(gè)整體,如果灌鋁水時(shí)間過早或灌入量過大,則可能使鋁水滲透到后期焦化產(chǎn)生的裂縫中,從而失去焦粒焙燒的優(yōu)點(diǎn),應(yīng)該讓電解質(zhì)液充分滲透到內(nèi)襯裂縫后再灌鋁水.因此啟動(dòng)后 24～32 h后灌鋁,灌鋁后電壓降至 4.5 V左右.

6.6 換極時(shí)間

鑒于 120 kA系列屬改造槽,受設(shè)備限制,第一個(gè)換極周期定為 28天,啟動(dòng)后 12天陽極消耗利于人工作業(yè),并且可以降低高殘極塊數(shù).

7 結(jié)束語

（1）電解槽的焙燒啟動(dòng)工作是電解槽生產(chǎn)的開端,要以科學(xué)理論和技術(shù)為依據(jù),要以延長槽正常生產(chǎn)壽命和電流效率為中心,不斷優(yōu)化工藝.

（2）電解槽焙燒啟動(dòng)過程是關(guān)鍵環(huán)節(jié),必須加強(qiáng)相關(guān)細(xì)節(jié)管理.

（3）經(jīng)優(yōu)化的焦粒焙燒啟動(dòng)方法,使電解槽的陰極電流分布更均勻,升溫速度更合理,槽溫分布均勻,避免了局部過熱的現(xiàn)象,扎固糊焦化良好,可望獲得較長的槽壽命,降低噸鋁生產(chǎn)成本.

（4）采用焦粒焙燒啟動(dòng)技術(shù),操作簡便,成本低廉,利于系列啟動(dòng)實(shí)現(xiàn)一次多臺(tái)送電,分批啟動(dòng).

A

1671-6620（2010）S1-0135-03