靳宏臣

（撫順鋁業(yè)有限公司,遼寧 撫順 113001）

大型預(yù)焙陽極電解槽啟動期間技術(shù)參數(shù)的控制

靳宏臣

（撫順鋁業(yè)有限公司,遼寧 撫順 113001）

電解槽啟動期間技術(shù)參數(shù)的控制十分關(guān)鍵,通過控制好槽工作電壓、極距、電解質(zhì)溫度、電解質(zhì)成分、電解質(zhì)數(shù)量等技術(shù)參數(shù),能使電解槽順利啟動,并且為電解槽以后高效平穩(wěn)生產(chǎn)和延長槽壽命打下堅實基礎(chǔ).

電解槽能否正常啟動,是電解槽是否能轉(zhuǎn)入正常生產(chǎn)的關(guān)鍵,在某種程度上決定著該槽整個運(yùn)行狀況的好壞.尤其在新建廠啟動大量電解槽時,啟動期間管理是否到位,有可能關(guān)系到一個工廠相當(dāng)長時間內(nèi)的工作成敗,整個系列電解槽壽命的長短.電解槽啟動期間以下幾個技術(shù)參數(shù)十分關(guān)鍵,槽工作電壓、極距、電解質(zhì)溫度、電解質(zhì)成分、電解質(zhì)數(shù)量等.控制好這些技術(shù)參數(shù),為以后電解槽能在長期穩(wěn)定的狀態(tài)下獲得高電流效率和低能量消耗,打下堅實的基礎(chǔ).現(xiàn)在大型預(yù)焙陽極電解槽啟動方式普遍采用焦粒焙燒濕法無效應(yīng)啟動,下面重點(diǎn)分析一下采用這種方法啟動的電解槽,在啟動期間的技術(shù)參數(shù)的控制.

1 槽工作電壓

槽工作電壓的組成是由陽極壓降、電解質(zhì)壓降、陰極壓降、極化電壓和母線壓降組成,其中陽極壓降、電解質(zhì)壓降、陰極壓降是維持電解質(zhì)溫度的熱量來源.在電解槽啟動期間,工作電壓的高低主要由電解質(zhì)壓降來決定,電解質(zhì)壓降是指電流從陽極通過電解質(zhì)到達(dá)陰極鋁液鏡面,由于電解質(zhì)電阻而產(chǎn)生的電壓降.

控制好槽工作電壓,是控制電解槽熱平衡的關(guān)鍵.在電解槽啟動期間槽電壓的保持變化比較大,并且變化快,其電壓的保持范圍要比正常生產(chǎn)槽大得多,這就需要操作人員在現(xiàn)場根據(jù)實際判斷,不能由槽控系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定值判斷控制.影響槽工作電壓保持的因素很多,主要有電解槽焙燒溫度、灌入電解質(zhì)的數(shù)量和溫度、啟動期間添加物料情況、控制物料溶化的時間以及電解質(zhì)溫度控制要求等.如果槽工作電壓控制不好,會造成電解質(zhì)溫度和物料熔化失控,使電解槽受到損害和浪費(fèi)能源.

2 極 距

極距既是電解過程電化學(xué)反應(yīng)區(qū)域,又是維持電解質(zhì)溫度熱源中心.極距在電解槽啟動期間是反應(yīng)電解質(zhì)導(dǎo)電性的關(guān)鍵參數(shù),在大型預(yù)焙槽上,每縮短極距 1 cm大約可降低電壓 300～330 mV[1],當(dāng)極距和槽工作電壓不匹配時,說明電解質(zhì)導(dǎo)電性有問題,及時查找原因,及時采取措施清潔電解質(zhì),避免電解質(zhì)過熱和含炭的發(fā)生.極距過低時會造成陰、陽極電流分布不均和影響陽極底掌下炭粒的排出.

3 電解質(zhì)溫度

在電解槽啟動期間,控制好電解質(zhì)溫度十分重要.啟動時合理抬高陽極,保持好電壓,把電解質(zhì)溫度控制在 980～1 000℃.要避免溫度過高,降低對槽下部結(jié)構(gòu)的熱負(fù)荷影響,嚴(yán)格控制陽極效應(yīng)發(fā)生的頻率和時間,減少對內(nèi)襯的熱沖擊,這樣槽殼變形小、恢復(fù)快.現(xiàn)在大型預(yù)焙陽極電解槽內(nèi)襯的設(shè)計,都是側(cè)部散熱,底部保溫,側(cè)塊緊貼槽殼鋼板,槽底則有多層保溫材料.電解槽啟動時,槽殼上部溫度很高,槽底溫度不高,會造成槽殼上拱,某廠 300 kA電解槽啟動后槽殼上拱計算值為 4.6 cm[2].啟動期間電解質(zhì)溫度越高,槽殼上拱的情況越嚴(yán)重,越大型的槽子越應(yīng)該注意這個問題.圖 1是某廠電解槽啟動后槽殼上拱情況.另外,控制好電解質(zhì)溫度,側(cè)部鋼板發(fā)紅現(xiàn)象少,槽殼變形小.

圖 1 電解槽啟動后槽殼上拱情況

一般人造伸腿都是用炭素周圍糊扎固而成.受糊料成分以及糊料軟化點(diǎn)、加熱溫度、以及扎固壓力、扎固溫度與方法等的影響,這種人造伸腿密實度不均勻,極不容易焙燒好.由于它升溫慢,在槽底焙燒時它升溫滯后,與槽內(nèi)相差很大,在電解槽啟動時它還沒有焦化.啟動時電解質(zhì)溫度高達(dá)1 000℃左右,高溫電解質(zhì)使其焦化速度驟然加快,導(dǎo)致最終的焙燒效果不理想,出現(xiàn)較多的裂紋、起層剝離等,嚴(yán)重的造成電解槽側(cè)部早期破損,影響電解槽的槽壽命.另外這種扎固的人造伸腿結(jié)構(gòu)較疏松,在啟動后選擇性吸鈉強(qiáng),極易造成人造伸腿損壞,不僅破壞了電解槽側(cè)下部的熱平衡,不利于爐幫伸腿有規(guī)則的形成,不利于爐膛內(nèi)形的規(guī)整,更是存在重大的安全隱患,極易造成漏爐事故.為了保護(hù)邊部,要求邊部電解質(zhì)塊的砌筑體不可被快速熔化,使邊部免受熱烈熱震.隨著邊部電解質(zhì)塊地不斷溶化,扎糊帶溫度逐漸升高而進(jìn)入焙燒狀態(tài),炭糊逐漸焦化.

電解槽啟動期間控制溫度的均勻性也十分關(guān)鍵,電解槽抬起陽極啟動后,槽內(nèi)有大量的物料需要熔化,并且要添加一些物料,容易造成電解質(zhì)溫度分布不均.如果不均,極易造成局部溫度高,如果控制不好,容易造成局部過熱和含炭,使局部陰極溫度分布不均,造成對陰極的破壞,引發(fā)事故和影響以后電解槽的正常生產(chǎn).局部溫度過低,會使該處物料熔化慢或產(chǎn)生沉淀.所以要勤觀察電解槽內(nèi)電解質(zhì)溫度是否均勻,對溫度低的地方不加物料,對溫度高的地方及時添加物料降溫,并且及時測量陽極電流分布,對偏差過大的進(jìn)行調(diào)整,使電解槽內(nèi)各處溫度均勻.

4 電解質(zhì)成分

電解質(zhì)主要是由熔融的冰晶石和溶解在其中的氧化鋁和添加劑組成.在電解槽啟動期間,其中最關(guān)鍵的兩項是氧化鋁濃度和分子比的控制.

4.1 氧化鋁濃度

采用焦粒焙燒技術(shù)啟動電解槽時,電解質(zhì)混有大量的炭粒,這時要求電解質(zhì)對炭粒濕潤性差,有利于炭粒從電解質(zhì)中分離.電解槽啟動期間溫度高,如果氧化鋁濃度過高,不利于炭渣的分離.采用低氧化鋁濃度,有利于炭渣的分離,有利于穩(wěn)定槽況.由于新啟動電解槽槽溫高,相對來說,電解槽不易來效應(yīng),因為一般情況下,溫度升高則臨界電流密度增大[3].并且電解槽在來效應(yīng)前,槽電阻有一個上升過程,現(xiàn)場操作人員能夠根據(jù)電阻曲線或現(xiàn)場觀察槽電壓,發(fā)現(xiàn)電解槽將要引發(fā)陽極效應(yīng),通過及時補(bǔ)充一些氧化鋁,可以避免效應(yīng)發(fā)生,不會因為采用低氧化鋁濃度而使電解槽效應(yīng)頻發(fā).采用低氧化鋁濃度,槽內(nèi)不易形成沉淀,避免了槽內(nèi)溫度降低后爐底產(chǎn)生結(jié)殼.

4.2 分子比

高分子比電解質(zhì)所具有的特性——熔點(diǎn)較高,在電解槽啟動期間,槽內(nèi)電解質(zhì)分子比高,能在啟動后的電解質(zhì)溫度降低期間,在內(nèi)襯縫隙內(nèi)形成具有較高熔化溫度 （初晶點(diǎn)）的電解質(zhì),有效堵塞侵蝕通道,有效彌補(bǔ)了陰極內(nèi)襯缺陷,阻止電解槽內(nèi)襯早期破損產(chǎn)生,為進(jìn)一步延長槽內(nèi)襯使用壽命創(chuàng)造了條件.此外,啟動時采用高分子比電解質(zhì),可免除前幾個星期內(nèi)電解槽發(fā)生熱平衡的驟然變化,讓電解槽形成穩(wěn)定規(guī)整的高分子比爐幫,以及提高氧化鋁的溶解度.另外注意啟動期間加入純堿時不要集中在某一處大量添加,避免造成堿局部集中,使該部分陰極大量吸鈉,該處鈉膨脹應(yīng)力集中,從而引起陰極炭塊的膨脹和分裂.

5 電解質(zhì)數(shù)量

電解槽濕法啟動為焙燒溫度達(dá)到指定的目標(biāo)后,向電解槽內(nèi)灌入一定數(shù)量的電解質(zhì),隨著電解質(zhì)的灌入,提高極距,以便盡快地讓電解質(zhì)填充到電解槽的各個部分,但極距也不要提得太快,以防極間斷路,對電解槽上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生震動性破壞,對此要格外小心[4].電解槽啟動期間,槽內(nèi)有足夠量的電解質(zhì),有利于各項技術(shù)參數(shù)的穩(wěn)定控制,避免事故發(fā)生,為以后正常生產(chǎn)打下良好基礎(chǔ).

6 結(jié) 語

電解槽啟動期間的管理對以后正常生產(chǎn)和延長槽壽命至關(guān)重要,啟動期間要嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程,細(xì)化管理,控制好各項參數(shù).

A

1671-6620（2010）S1-0128-02