鋁電解槽焙燒啟動策略研究

楊國文

（中國鋁業(yè)青海分公司，青海 西寧 810108）

電解槽焙燒啟動技術方案及策略的制定和執(zhí)行對于這個時期電解槽的電解質成分，爐膛形狀的影響很大，并且對電解槽向正常期的過渡和槽壽命也有很大影響[1-3]。

因此，如何制定科學合理的焙燒啟動方案以及如何及時微調整該方案及策略，對于電解槽的平穩(wěn)運行有著很重要的作用。

某公司近年來出于降低能耗和改善指標的目的，通過在原有電解槽的基礎上對槽內襯結構進行改良以期取得更低的能耗指標。這批新電解槽在參考以往同類型電解槽焙燒啟動經(jīng)驗的基礎上，同時結合其自身設計和結構上的特點，制定出了符合新型槽自身特點的新啟動方案，并且在運行期間，根據(jù)電解槽表現(xiàn)出來的問題，及時對原有方案進行微調整，從而在焙燒啟動過程中取得了良好的效果。

1 新型槽在內襯設計方面的主要變化

該公司原系列電解槽分為180kA和200kA 的電解槽。新型槽在設計上做了如下改進：

（1）原設計電解槽爐膛為47cm，新型槽為53cm，加深了6cm。

新型槽爐膛加深的目的是在增加槽內物料容量的基礎上，增加電解槽的熱容量和熱穩(wěn)定性；通過近一年的運行，實現(xiàn)了槽況的平穩(wěn)運行。

（2）原設計電解槽側部炭塊為10.2cm，新型槽為7.2cm。

新型槽側部炭塊設計變薄的目的是增強側部散熱，加速爐幫的形成，從生產(chǎn)現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)對比，新型槽爐幫厚度較原設計電解槽厚，且成型規(guī)整。

（3）新型槽在爐底設計上加強了保溫，在耐火磚層和防滲料層的厚度和材質上進行了優(yōu)化。

2 新型槽啟動期間主要操作要求

電解槽在啟動過程中的關鍵點是以下三個方面：①電壓降落速度；②鋁水抬高速度；③氟鹽的添加時間。

電解槽啟動時所灌入的電解質和鋁液的量要根據(jù)電解槽自身的容量來計算。這些對于電解槽前期的熱平衡和物料平衡都很關鍵。其中，鋁水抬高速度更為關鍵，由于金屬的傳熱性好，使得槽內溫度分布比較均勻，因此，合適的鋁水平使得陽極底部和電解質中的熱量能及時的散發(fā)出去，有利于調節(jié)，降低槽溫，減弱二次反應。事實證明，電解質和鋁水總量越多，電解槽的熱穩(wěn)定性就越好，就越能承受諸如換極，出鋁等作業(yè)對電解槽的干擾，使得電解槽溫度和兩水平的日常偏差不會過大?？紤]到新型槽的爐膛深度增加了6cm，新型槽在裝爐和啟動時灌入的物料用量都要大于原設計電解槽，爐底保溫的加強也要求裝爐和啟動時的灌入物料量均要大于原設計電解槽。

3 技術條件調整策略

（1）在降電壓方面，從該公司以往的經(jīng)驗看，原設計電解槽考慮到快速形成爐幫和降低啟動期單槽能耗的原因，從啟動初期的高電壓（一般在6.5V）降落到正常電壓3.77V，只用了15天，但是對于新型槽，為了形成高溫高分子比爐幫，為后續(xù)的生產(chǎn)運行打下扎實的基礎，暫時確定降電壓過程（從6.5V降到3.8V）為30天。

（2）在抬鋁水方面，原設計電解槽在啟動過程中用15天將鋁水從最初的17cm抬高到19cm?？紤]到新槽的爐底保溫性能的加強，暫定新槽在30天內將鋁水提高19cm，2個月內提高至21cm。

（3）氟化鹽自動投放時間的確定

該公司以前在工藝技術標準中要求，新啟動電解槽在運行15天后開始進行氟化鹽自動下料，從后期電解槽運行狀態(tài)統(tǒng)計，由于較早期投入氟化鹽，造成新啟動槽爐幫形成較差，為了更好形成穩(wěn)固地電解槽爐幫，新型槽確定氟化鹽在2個月時開始投放，并制定了降低分子比的方法。

4 新型槽焙燒啟動過程中遇到的問題和解決方法

新型槽焙燒方法仍然采用焦粒焙燒。裝爐時，采用特制的焦粒框來完成，并對焦粒床的設計進行改進（見圖1），焦粒床的高度偏差不能大于2mm。制定詳細的拆分流器順序和時間，以及嚴格的測量巡視制度，確保焙燒溫度基本均勻，在實際作業(yè)過程中要求電解槽內最高點和最低點溫度的偏差不能大于20%，對于過燒點要及時分流和采取降溫措施。結合現(xiàn)場生產(chǎn)，良好的焙燒效果應該是：中縫貫通，無明顯的阻擋物，中縫溫度≥850℃，槽內有少許液態(tài)電解質，電解槽內各個部位最高和最低溫度的偏差不能大于20%。各陽極組陽極電流分布偏差較小，無紅鋼爪或陽極脫落等現(xiàn)象。

圖1 焦粒鋪設專用工具

新型槽在啟動后25天內，電解槽基本運行平穩(wěn)，陽極效應在可控范圍之內，電解質的收縮速度適中。在25天后，兩個系列分別出現(xiàn)了不同的問題：180kA系列新型槽出現(xiàn)陽極效應不可控，效應過多的問題；以及電解質水平偏低的問題，每臺電解槽每天大約要補充約130kg的電解質，電解槽上口處在較空狀態(tài)，但是新型槽電壓針振基本能控制在15mv～23mv，屬于可以接受的范圍。

5 制定焙燒啟動方案的必要性和效果

新型槽啟動后，180kA系列由于長期處在低電解質運行狀態(tài)，且陽極效應系數(shù)明顯不受控（突發(fā)效應增多），經(jīng)過對焙燒啟動方案進行合理制定后，陽極效應系數(shù)呈現(xiàn)大幅下降趨勢，電解槽能夠實現(xiàn)高效平穩(wěn)運行，經(jīng)濟技術指標明顯得到改善。

結合現(xiàn)場調研，對于原有的啟動技術方案進行微調整：

電解槽減慢降電壓的速度，電壓從啟動初期的6.5V降落到3.82V的時間延長到30天，在前期的高位電壓階段，每天的降幅不能大于30mV，在后期的15天內每天的降幅為5mV～10mV，直至電壓降到3.82V。

在結合電解槽自身特點的同時，在原有老槽型焙燒啟動方案的基礎上進行微調整，并在出現(xiàn)問題的前期，采取相對應的措施后，就能使電解槽實現(xiàn)穩(wěn)定的電解質水平和鋁水平，效應系數(shù)大大降低，電解槽實現(xiàn)平穩(wěn)高效運行。經(jīng)過近半年的運行調整，摸索出了新型槽適應其自身設計特點的工藝技術參數(shù)：

表1 新型槽工藝參數(shù)

表2 新型槽技術指標

6 結論

（1）電解槽的焙燒啟動方案要結合槽自身設計結構上的特點進行制定。

（2）制定電解槽焙燒啟動的關鍵是合理的電壓降落速度、鋁水抬高速度、氟鹽的添加時間。

（3）針對180kA電解槽結構的優(yōu)化，對降電壓的速度由原來的15天延長為30天，鋁水平在30天內從17cm抬高到19cm，氟化鹽2個月時開始投放。

（4）通過焙燒啟動的優(yōu)化，電解槽后期爐膛規(guī)整，電流效率達到了92.5%，原鋁液直流電耗低于1200kwh/t_Al。