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（中國(guó)鋁業(yè)青海分公司，青海 西寧 810108）

近幾年隨著鋁電解行業(yè)井噴式發(fā)展,加之今年受疫情影響，鋁消耗量大幅下降，導(dǎo)致原鋁價(jià)格大幅下跌,大多數(shù)電解鋁企業(yè)處于虧損狀態(tài),凸顯出節(jié)能減排對(duì)企業(yè)降本增效的重要性。

中國(guó)鋁業(yè)鄭州研究院成功開(kāi)發(fā)出了新型結(jié)構(gòu)導(dǎo)流槽技術(shù)，主要目的是降低鋁液流速和波動(dòng),實(shí)現(xiàn)鋁電解槽金屬鋁液面穩(wěn)定,從而提高電流效率并降低極距。在160kA電解槽應(yīng)用試驗(yàn)表明,槽工作電壓可穩(wěn)定在3.74V，比系列降低300mV-400mV,電流效率94.1%左右，噸鋁可節(jié)電1200kWh，經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益顯著。東北大學(xué)馮乃祥教授開(kāi)發(fā)了異形陰極技術(shù)，在168kA預(yù)焙電解槽上進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，槽電壓比降低了0.3V，電流效率平均提高1.36%；直流電耗降低到12281kWh/t-Al，節(jié)能效果十分顯著。在電解槽生產(chǎn)周期中，電解槽的焙燒是電解槽后續(xù)高效平穩(wěn)運(yùn)行的基礎(chǔ)，研究如何控制焙燒過(guò)程，達(dá)到焙燒目的是電解生產(chǎn)中的一個(gè)關(guān)鍵。

1 焙燒前準(zhǔn)備工作

焙燒前電解槽必須滿足《180kA中間下料預(yù)焙鋁電解槽內(nèi)襯大修檢查標(biāo)準(zhǔn)》的要求，提前一天做好裝爐工作、分流器安裝準(zhǔn)備工作和槽控機(jī)調(diào)試工作。

（1）焦粒焙燒技術(shù)。焦粒焙燒技術(shù)是利用焦粒的發(fā)熱，逐步提高電解內(nèi)襯的溫度，使電解內(nèi)襯燒結(jié)為一個(gè)整體，與傳統(tǒng)鋁液焙燒相比可避免鋁液對(duì)槽陰極內(nèi)襯材料的沖擊，同時(shí)電解質(zhì)的提前進(jìn)入也阻擋了鋁液從爐底及側(cè)部縫隙向外滲透，對(duì)延長(zhǎng)槽壽命有利。

（2）鋪設(shè)焦粒與掛陽(yáng)極的要求。180kA新式陰極鋼棒電解槽對(duì)于焦粒的鋪設(shè)有嚴(yán)格的要求，鋪設(shè)料成分為石墨碎+煅后焦，焦粒粒度為2mm～4mm，通常先將400kg～450kg石墨碎+煅后焦按照4:6的比例混合攪拌均勻后裝入架子車待用。再將陽(yáng)極母線降至下限（以母線下沿與水平罩之間高度15cm為宜），回轉(zhuǎn)計(jì)調(diào)為380。然后用隔離式焦粒鋪設(shè)床（如圖1所示）開(kāi)始鋪設(shè)。要求焦粒鋪設(shè)床漏網(wǎng)平整擺放在陽(yáng)極投影區(qū)內(nèi)。然后將待用混合好的焦粒倒入鋪設(shè)床內(nèi)，用板尺刮平保證每個(gè)網(wǎng)眼小洞填滿焦粒之后，將焦粒鋪設(shè)床網(wǎng)板上多余的焦粒全部清掃干凈，移走焦粒鋪設(shè)床。掛極時(shí)，按A12、B12、A11、B11…順序依次交叉作業(yè)，指揮天車一次到位，不允許有晃動(dòng)。要保證陽(yáng)極底掌與鋪設(shè)的焦粒平面完全接觸并壓實(shí)焦粒，并不是刻意追求陽(yáng)極導(dǎo)桿與水平母線緊密接觸。這樣才能保證在后期焙燒過(guò)程中導(dǎo)電均勻，避免出現(xiàn)升溫不均、陽(yáng)極紅鋼爪、沖擊電壓高等不利情況。

圖1 隔離式焦粒鋪設(shè)床

隔離式焦粒鋪設(shè)床的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)陽(yáng)極坐放在焦粒層上時(shí)，由于陽(yáng)極底面高低不平一般相差5mm～10mm,一方面利用小而密集的圓錐焦粒體填充找平陽(yáng)極底面；同時(shí)使陽(yáng)極底掌其余部分與其它圓錐焦粒體充分接觸，有效增加陽(yáng)極底面與焦粒層接觸面積，從而達(dá)到陽(yáng)極與焦粒層充分接觸的目的。

（3）裝爐。用廢舊的氟鹽塑料袋或牛皮紙封堵陽(yáng)極間縫隙。 在 A1B1、A12B12、A4A5、A8A9、A10A11、B2B3、B6B7、B9B10陽(yáng)極的中間各架一根熱電偶測(cè)溫管并固定好，測(cè)溫管安裝時(shí)角度以便于測(cè)溫為宜，避免過(guò)于垂直。熱電偶測(cè)溫管要裝在伸腿和陽(yáng)極之間的物料中，不能安裝在陽(yáng)極與陽(yáng)極的縫隙之間。在人造伸腿及陽(yáng)極周圍均勻撒一層冰晶石，然后在大面和小頭靠側(cè)部炭塊處堆砌破碎電解質(zhì)塊，由外到里形成一個(gè)斜坡。電解質(zhì)塊砌墻高度以達(dá)到爐膛深度約3/4處為宜，出鋁口預(yù)留灌電解質(zhì)的通道。將曹達(dá)2.0噸均勻添加到陽(yáng)極四周。用鐵皮將陽(yáng)極中縫蓋住，用電解質(zhì)破碎料及冰晶石將陽(yáng)極中縫鐵皮位置蓋實(shí)、蓋嚴(yán)，加強(qiáng)保溫。在陽(yáng)極上添加碎電解質(zhì)破碎料，高度以剛好蓋住炭環(huán)為宜，最后在陽(yáng)極及陽(yáng)極四周添加冰晶石，加破碎料和冰晶石的目的是在焙燒期間一方面防止陽(yáng)極氧化，另一方面加強(qiáng)保溫，減少熱損失。

（4）安裝軟連接與分流片。分流器在通電前按要求進(jìn)行安裝,分流器采用短路口下分流方式。用不停電裝置進(jìn)行通電時(shí)，分流器前后各一組，每組8片（1200×180×2）mm；停電通槽時(shí)前后各兩組，每組7片（1200×180×2）mm，分流器必須滿足新型結(jié)構(gòu)電解槽分流量的要求。安裝時(shí)分流器與母線的接觸面要進(jìn)行除銹并打磨干凈，對(duì)槽下分流器壓接母線也要進(jìn)行處理，確保壓接面上無(wú)凸點(diǎn)后進(jìn)行安裝，螺栓必須緊固，做好絕緣措施，保證安全。

2 焙燒要點(diǎn)分析

2.1 通電焙燒過(guò)程中陽(yáng)極炭塊電流分布測(cè)量及管理

圖2 送電過(guò)程電壓和分流器電壓及溫度

圖3 焙燒槽陽(yáng)極電流分布測(cè)定值

通電以40kA、80kA、120kA、160kA、180kA以每隔40kA為基準(zhǔn)，送完一個(gè)級(jí)別無(wú)異常后再送下一個(gè)級(jí)別。記錄電流升至40kA、80kA、120kA、160kA、180kA時(shí)電壓和通全電流瞬間最高電壓（如圖2所示）。通常情況下開(kāi)始階段陽(yáng)極電流分布比較均勻，原因是通電初期，陽(yáng)極上各炭塊通過(guò)的電流大小主要由陽(yáng)極炭塊與焦粒電阻大小決定，因?yàn)楦麝?yáng)極下鋪設(shè)的焦料厚度一致，采用的炭塊也同樣，所以其電阻值基本相當(dāng)，通電初期電流均勻分布有利于電解槽均勻升溫。隨著焙燒時(shí)間延長(zhǎng)部分冰晶石和固體電解質(zhì)逐漸熔化，液體電解質(zhì)導(dǎo)電性增強(qiáng)，同樣電壓情況下電流就越大，發(fā)熱量就多，冰晶石的熔化速度會(huì)加快，該部位電阻降低，形成不良循環(huán)，這是焦粒焙燒隨著焙燒時(shí)間增加陽(yáng)極電流分布變得不均勻的原因。隨著焙燒時(shí)間的延長(zhǎng)電流分布不均勻現(xiàn)象有逐步加劇趨勢(shì)。為避免陽(yáng)極電流過(guò)大造成的磷生鐵熔化和局部過(guò)熱造成的陰極炭塊裂縫和陽(yáng)極脫極現(xiàn)象發(fā)生，焙燒后期必須要注意測(cè)量陽(yáng)極電流分布。具體做法是通電2小時(shí)后測(cè)一次，以后每4小時(shí)測(cè)一次，并做好記錄，電流分布偏大（＞3.0mv）的用鐵工具搭接在陽(yáng)極鋼梁與槽殼鋼板處進(jìn)行分流處理，使陽(yáng)極電流分布趨于均勻，如圖3所示，防止因局部溫度過(guò)高燒損陰極凸臺(tái)。通電后每4小時(shí)測(cè)量一次電解槽溫度，做好記錄，最后繪制升溫曲線圖存檔如圖4所示。

圖4 焙燒槽升溫曲線圖

2.2 通電焙燒槽電壓變化

電解槽通電后其工作電壓不斷變化，全電流后沖擊后電壓一般在4.0V～4.5V之間，不能高于5.0V，焙燒過(guò)程中電壓變化情況如表1。

表1 焙燒電壓變化情況

可以看出隨著通電時(shí)間的延長(zhǎng)槽電壓有下降趨勢(shì)，原因是陽(yáng)極炭塊、焦粒層、陰極炭塊電阻在焙燒過(guò)程中隨溫度升高有下降趨勢(shì)，在通過(guò)電解槽電流不變的情況下，槽電壓隨著槽電阻的減小而下降。前期電壓下降快而后期電壓下降慢，主要原因是槽電阻初期下降比較明顯，后期陰極碳?jí)K與陽(yáng)極碳?jí)K電阻基本穩(wěn)定。

2.3 分流器拆除注意事項(xiàng)

通電24小時(shí)且電壓低于3.5V并保持平穩(wěn)后，根據(jù)電解槽焙燒溫度及陽(yáng)極電流分布情況，電解槽具備拆除分流器的條件時(shí)，方可拆除分流器。首先拆除兩組分流器，拆除期間電壓上升不超過(guò)1.0V，如果電壓急劇上升，應(yīng)停止拆除，并檢查各陽(yáng)極電流分布，有異常應(yīng)應(yīng)及時(shí)調(diào)整，等電壓穩(wěn)定后再拆除，分流器全部拆除完畢后電解槽電壓不超過(guò)4.5V。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)180kA新式陰極鋼棒電解槽整個(gè)焙燒過(guò)程進(jìn)行分析，電解槽焙燒應(yīng)嚴(yán)格把控升溫速度、陰極表面的溫度分布、陽(yáng)極電流分布和陰極電流分布等關(guān)鍵工序，確保每道工序都達(dá)到焙燒標(biāo)準(zhǔn)，才能實(shí)現(xiàn)良好的焙燒質(zhì)量，為后期電解槽穩(wěn)定高效運(yùn)行打下基礎(chǔ)。