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(duì)簡(jiǎn)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(chǎng)得到普遍應(yīng)用,以求減少對(duì)電解槽內(nèi)襯材料的熱沖擊,對(duì)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(chǎng).其通過(guò)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(yáng)極周?chē)难b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(guó)外先進(jìn)鋁廠(chǎng)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(yáng)極表面嚴(yán)重氧化,使碳對(duì)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(yáng)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(guò)焦粒時(shí),在陽(yáng)極、焦粒層和陰極中產(chǎn)生熱量,提高陽(yáng)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(xiě),反復(fù)論證可行性,對(duì)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(duì)措施,同時(shí)要安排專(zhuān)職電工、槽控機(jī)維修人員堅(jiān)守啟動(dòng)現(xiàn)場(chǎng).在電解槽安裝過(guò)程中,組織有關(guān)人員對(duì)筑爐質(zhì)量、母線(xiàn)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(duì)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(yáng)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(xiàn)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(yáng)極對(duì)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(yáng)極下面采用了相對(duì)較高比電阻的焦粒.通過(guò)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(duì)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(yáng)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(lèi)塊狀物.另外,把經(jīng)過(guò)煅燒過(guò)的焦粒在中縫或補(bǔ)償口處還可用來(lái)保護(hù)槽底,免受空氣氧化.對(duì)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(cè)試,根據(jù)不同的測(cè)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(yáng)極下的焦粒層的厚度應(yīng)一致且鋪設(shè)均勻,保證陽(yáng)極導(dǎo)桿和陽(yáng)極水平母線(xiàn)間距 2～4mm,盡可能陽(yáng)極自然下落,減少陽(yáng)極頻繁動(dòng)作次數(shù),使底掌和焦粒層接觸良好,減少陽(yáng)極偏流現(xiàn)象,從而使整個(gè)電解槽在焙燒過(guò)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(chǎng)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(yáng)極及爐底氧化.通過(guò)這種方式使在焙燒期間槽內(nèi)氣體實(shí)現(xiàn)對(duì)流、熱輻射形式對(duì)整個(gè)陽(yáng)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(guò)程中,人造伸腿焦化充分,無(wú)脫落、斷裂等異常狀況.

2.3.3 軟連接與分流裝置

在陽(yáng)極導(dǎo)桿與水平母線(xiàn)之間設(shè)置軟帶連接母線(xiàn),使陽(yáng)極底掌與焦粒之間始終保持良好接觸,獲得均勻的陽(yáng)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(yáng)極鋼爪與陰極母線(xiàn)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(cè)量焙燒溫度和陽(yáng)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(yáng)極電流分布不均勻,此時(shí)唯有通過(guò)調(diào)整電流分布實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制.因此,在預(yù)焙槽焙燒過(guò)程中,對(duì)電流分布的測(cè)量與調(diào)整要重于對(duì)溫度的測(cè)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(yáng)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(guò)熱或過(guò)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(guò)程中,用鐵鍬、鋼釬等工具,將陽(yáng)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(cè)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(guò)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(guò)程中和物料沒(méi)有完全熔化時(shí),陽(yáng)極抬起來(lái)后,嚴(yán)禁再降陽(yáng)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(kāi)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(guò)于集中,陰極吸鈉不均勻,造成鈉膨脹應(yīng)力集中問(wèn)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(guò)程,同時(shí)也是調(diào)整電壓的有利時(shí)機(jī),通過(guò)電壓調(diào)整過(guò)程盡快建立爐幫,并希望通過(guò)電壓控制來(lái)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(guò)快產(chǎn)生大量沉淀,過(guò)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(duì)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(zhǎng)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(zhǎng)短,對(duì) 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?xún)?nèi).爭(zhēng)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(zhǎng)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(guó)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(guó)外鋁廠(chǎng)優(yōu)良的陽(yáng)極碳?jí)K質(zhì)量、氧化鋁物料特性有很大關(guān)系.

在其他條件相對(duì)穩(wěn)定的情況下,陽(yáng)極效應(yīng)系數(shù)的選擇主要取決于陽(yáng)極碳?jí)K質(zhì)量和氧化鋁物料的特性.其中陽(yáng)極碳?jí)K質(zhì)量最為重要,特別在低分子比、低溫度的電解過(guò)程中,電解質(zhì)黏度增大,碳渣不易分離.我國(guó)大型預(yù)焙鋁電解廠(chǎng)考慮到陽(yáng)極碳?jí)K質(zhì)量與國(guó)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(guó)產(chǎn)中間狀氧化鋁,因此,保持的陽(yáng)極效應(yīng)系數(shù)較高.

6 問(wèn)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(duì)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(zhǎng)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(méi)有完全焦化為一個(gè)整體,如果灌鋁水時(shí)間過(guò)早或灌入量過(guò)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(yáng)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(yǔ)

（1）電解槽的焙燒啟動(dòng)工作是電解槽生產(chǎn)的開(kāi)端,要以科學(xué)理論和技術(shù)為依據(jù),要以延長(zhǎng)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(guò)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(guò)熱的現(xiàn)象,扎固糊焦化良好,可望獲得較長(zhǎng)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(jiǎn)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