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大型预焙铝电解槽焙烧启动的过程控制与方法
发布日期:2019-01-03  来源:互联网  浏览次数:1380
核心提示:​大型预焙铝电解槽两种焙烧启动的技术方法特点及控制过程,谈到了两种焙烧方法中的优缺点和具体操作步骤,干法启动及湿法启动的
 ​大型预焙铝电解槽两种焙烧启动的技术方法特点及控制过程,谈到了两种焙烧方法中的优缺点和具体操作步骤,干法启动及湿法启动的工艺技术对比,分析了焙烧预热启动时影响铝电解槽寿命的诸多因素,在焙烧预热启动过程中所采取的预焙铝电解槽早期破损的措施。

1 概述

现代大型预焙铝电解槽的焙烧启动,国内近几年新建电解铝厂大多采用铝液焙烧启动和焦粒焙烧启动两种方法,尤其是焦粒焙烧启动,目前更是各新建电解铝厂广泛使用的焙烧预热工艺技术,它较铝液焙烧启动预热时间短、温度梯度不大,可弥补槽内衬及材料质量问题的缺陷等优点,但是,也有它的不足之处,那就是较铝液焙烧启动操作复杂,技术条件要求高,阴极电流分布不均匀,电解质含碳量过高,能耗增加。还有两种焙烧启动方法就是石墨粉焙烧启动技术方法和气体焙烧启动技术方法。前者价格太高,造成费用增加,操作复杂(此法国内仅丹**铝厂在114.5kA铝电解槽的启动中使用过),后者易氧化碳块,用于启动的设备复杂,操作难度大,所以,这两种方法很少被铝电解生产厂家采用。

铝电解槽的预热焙烧启动是影响槽寿命的重要因素之-,而槽寿命又直接影响到铝电解的生产成本的稳定,尤其是对大型预焙铝电解槽的焙烧启动。但是,无论采用那种技术方法,几乎都难以避免使阴极碳块及内衬产生裂纹或孔隙,可是,不让铝液浸入裂纹和孔隙是可以避免的,焦粒焙烧启动方法就具有这种优点,在白银铝厂应用较早,近年来才在国内新建铝厂及自培槽改造的预预焙槽厂家陆续广泛采用。

2 铝电解槽焙烧启动技术

如何延长大型预焙铝电解槽的内衬寿命,是国内铝业界研究的重要课题,国内当前预焙铝电解槽内衬寿命比国外预焙铝电解槽内衬寿命要短2——3年,影响电解槽内衬寿命的因素很多,可分为设计、筑炉、材料、焙烧启动、生产管理五个方面,而其中焙烧方法的选择可以说是影响铝电解槽寿命的关键环节。特别是焙烧预热启动,虽然这一过程仅仅几天,但对铝电解槽的使用寿命起着决定性的影响。

2. 1 几种焙烧启动电解槽技术比较

国内、外大型预焙铝电解槽焙烧启动广泛采用的是槽内衬预热焙烧启动方法,具体方法有铝液焙烧启动、焦粒焙烧启动、石墨焙烧启动、气体焙烧启动四种技术方法。

90年代末,国内预焙槽焙烧启动投产较为普遍采用的是传统的铝液焙烧技术方法,其zui大优点是操作简单,后期温度上升均匀,控制方便。近几年,随着国内第三次铝电解的建设高.潮,并且向电解槽大型化(200kA至300kA)发展。目前国内各厂家几乎全是采用焦粒焙烧预热启动。据了解贵阳铝镁没计院和贵州铝厂共同研究开发出了一种新的焙烧启动方法,这种方法已在贵铝230kA槽上应用,各项技术指标大大好于上述四种方法,其具体技术方法是使用一种混合料。目前该技术正在申报专利。

2. 2 预焙铝电解槽预热焙烧的三个升温阶段的控制

2. 1. 1 低温预热阶段

槽内衬平均温度控制约在200'C范围以下,这段时间控制温度的主要目的是排除槽内衬材料中的水分,同时缓解焙烧启动初期阴极碳块、扎糊、阴极钢棒、槽壳之间的热膨胀变形速度,减少由于各种材料热膨胀系数的不同,它所造成的内衬热应力的破损作用,尤其是在200℃温度以下,阴极钢棒的可朔性很小,而热膨胀系数大约是阴极碳块的3——4倍,控制好温度的上升速度,将会避免造成阴极碳块的早期裂纹,在这段时间中升温速度一般应控制在每小时5℃左右较好。

2. 2. 2 中温焙烧阶段

在这期间温度控制约在200℃——600℃范围之间,其目的是排出内衬材料中的挥发分和结晶水,此时阴极钢棒已由热膨胀变形转变为蠕动变形(钢的屈服点为200℃),可朔性增大,这段时间的主要任务是焙烧阴极间缝和槽周边缝的扎固的糊料,从而提高扎固糊料与阴极碳块的粘结性能,在这段时间中升温速度可达到每小时10——20℃。

2. 2.3 高温焦化阶段

温度在600℃左右范围,这段时间为高温焙烧侧部内衬,其温度控制的目的是使阴极碳块与扎固糊料充分粘结和焦化为一个整休,达到正常生产的条件,在这段时间需要注意的是在温度达到500℃以后,扎固糊料由于焦化使其自由膨胀变形而转化为收缩变形,这时阴极碳块仍保持在膨胀变形之中,因此,槽周边扎固糊自身将会产生一定的收缩裂纹,所以,要及时控制好升温速度。

3 铝液焙烧启动铝电解槽的技术方法

采用铝液作电阻体的叫做铝液焙烧启动(也叫铝液预热法),在准备投产的电解槽内注入一定量的液体铝,使其覆盖在阴极表面,并与阳极接触,使其构成电流回路,产生热量预热电解槽,由于铝液本身电阻小,大部分热量则由阴极和阳极产生,对于大型预焙阳极电解槽,阳极通过高温焙烧后,电阻值很小,如阴极采用半石墨化碳块,电阻值也很小,所以总发热量不太大,这样,铝液焙烧启动电解槽即可一次通入全电流,一次将阳极紧紧固定在阳极母线上,不用增加中间导体。较焦粒焙烧启动,简便了操作程序,温度分布均匀,电解槽不会出现局部过热现象。可减少阴极碳块受热量的分布不均而产生的膨胀变型应力而发生断裂。

由于铝液焙烧启动方法总发热量不大,故阳极上必须加强保温。一般用冰晶石覆盖阳极以及填充阳极之间缝隙,为了增加热量以达到预热效果,启动到一定时间内可缓慢上提阳极,增大极距,从而达到提高温度的目的。

3. 1 铝液培烧启动的技术特点

不使用软连接,分流器。技术方法简便、易操作、不用增加任何临时设施,槽内温度分布均匀,不会出现局部过热现象,能较好地减少阴极碳块的裂纹,能完全避免阳极的氧化,投产后的电解质纯净、无杂质、省工省料。

3. 2 铝液焙烧启动的技术缺点

a.在灌入高温铝液(约800——900℃)的时候,能造成阴极碳块受到强烈的热量冲击,从而影响阴极碳块及内衬寿命。

b.碳糊质量不好可使铝液渗透从而引起铝电解槽早期破损。

c.由于铝液电阻较小,预热温度上升缓慢。

4 焦粒焙烧启动铝电解槽的技术方法

焦粒焙烧启动(也叫焦粒预热法),所使用的焦粒是抗氧化性能强,体积密度变化小的煅后焦粒,是在阴极、阳极之间铺设上一层锻后焦炭颗粒,其粒度约在2——3mm,严格控制使用1mm以下焦粉,铺设厚度在10——20mm左右。焦粒层作为电阻导体在阴极、阳极之间产生热量,预热电解槽,同时,阴极和阳极自身的电阻也在产生热量,在其内部预热,阳极导杆与阳极母线之间用临时导电软连接母线联接,以便阳极的全部重量压在焦粒上,保证阳极与焦粒良好的接触,在启动投产之前将阳极导杆紧紧固定在阳极母线上,拆除临时软连接母线。

据考察了解和资料信息,目前,国内各大型预焙铝电解槽生产厂家,其通电焙烧的电流均不统一,多数厂家是根据现场的实际情况来定。

4. 1 预热电解槽

在槽四周用电解质和冰晶石砌筑,并用隔板将冰晶石与焦粒分开,使边部碳块和四周扎糊在预热过程中受到保护避免氧化,预热开始通入部分电流,逐渐加大电流,一般情况下24小时左右达到全电流,但是电流的增加速度可依据槽预热速度来定,电流满负荷后应继续预热电解槽一定的时间(视槽温情况而定),从而使阴极表面温度达到900——950℃,方可开始启动。

4. 2 焦粒焙烧方法技术特点

可使阴极碳块、阳极碳块从常温下逐渐升高,避免了强烈的热冲击,焦粒层保护了阴极表面,在使用分流器的情况下,可使电解槽升温速度得以控制,阴极本身产生的热量,可使阴极碳块从内部开始烘干,从而避免了扎糊缝隙的裂纹渗铝现象。

4. 3 焦粒焙烧方法技术的缺点

阴极表面会产生局部温度过高现象,操作复杂、增加了操作难度,且容易造成槽四周扎固糊预热不良现象,易造成裂纹或出现缝隙。启动投产后电解质中含碳量过高,增加了人工捞取碳渣的工作量。

5 大型铝电解槽的启动生产

在铝电解槽焙烧预热达到900——950℃后,便可开始启动生产。其主要工作是使电解槽内熔化足够量的液体电解质,在启动生产的方法技术,目前国内通常采用干法和湿法两种进行铝电解槽的启动生产

5. 1 干法启动

干法启动通常是新建铝电解厂所采用的技术方法,因在启动生产时无现成的液体电解质,但是,大大增加了电能的消耗,一般情况下均在前一至二台电解槽上采用。

干法启动就是利用阴极、阳极之间产生电弧高温将固体冰晶石熔化成液体,并不断的逐步向电解槽内添加冰晶石,缓慢提升阳极,使其产生强烈的电弧而形成高温,当电解槽内有适当高度的液体后,便可引发阳极效应,从而加快了冰晶石的熔化,当电解槽内液体电解质达到15——17cm后,便可加入Al2O3熄灭效应,注入液体铝水,使铝电解槽步入正常的生产。

干法启动在开始时由于两极产生强烈的电弧,将会损伤阴极碳块和阳极碳块表面,严重时将会影响电解槽寿命,在抬升阳极时必须加以谨慎,缓慢进行提升,以防发生蹦爆,破坏槽内衬,其做法通常是采用槽电压的高低来监视,一般槽电压应控制在10——15V左右。

5. 2湿法效应启动

湿法效应启动就是向待生产电解槽注入一定量的液体电解质,并逐渐抬升阳极,引发人工效应,槽效应电压应控制在20V左右,待液体电解质达到15——17cm后,加入Al2O3,熄灭效应,这时应保持较高的槽电压,槽电压应在6——8V为宜,并向槽内注入一定量的液体铝水来作为在产侣,加好阳极保愠料,使铝电解槽进入正常的生产。

湿法启动较干法启动省电,操作简单,劳动强度低,安全可靠,不会对阴极碳块和内衬形成损伤,但容易出现化炉膛、化阳极钢爪现象。

5. 3 湿法无效应启动

近年来有些铝电解生产厂家还采用了无效应湿法启动,这种方法主要是将液体电解质注入待启动的电解槽,然后升高电压在10V左右,并缓慢融化固体物料,但启动时间较长,其优点是在启动期间物料挥发损失小,工作场地环境条件较好,采用此法启动应比其他启动方法电解槽预热适当提高50℃左右,来防止注入的电解质产生凝固。

6 结语

在大型预焙铝电解槽的焙烧启动工作中,无论采用何种技术方法,均必须使投入的固体物料充分熔化,其电解质温度应稍高寸于正常生产中的电解质温度,这是因为在启动初期投入的固体物料若不充分熔化,将沉淀于电解槽底部,当注入液体铝水后造成炉底温度的降低,使其难于熔化造成凝固,长时间便在电解槽底部结成坚硬的块状物体,即影响了电解槽的正常生产,增加了电能消耗,又影响了阴极和槽内衬的寿命。此外,在新启动的电解槽上散热损失过大,槽内衬在启动后相当一段时间还会吸收大量的热能,若启动时电解质温度过低,很容易出现电解质急速下降,并在电解槽底部产生沉淀,造成电解槽炉底畸形。

纵观整个焙烧预热启动过程,只要电解槽筑炉,扎固质量合格,内衬材料质量符合要求,在焙烧启动中严格按规程操作,其电解槽寿命将会达到或超过设计值,电解槽的启动投产将会顺利地转入到正常的生产中,并取得最佳技术经济指标。

国家发展改革委、工业和信息化部将会同中国有色金属工业协会等有关方面按照本通知的要求,对氧化铝建设项目采取函询、调研、抽查等多种形式进行检查。对发现的有关问题,将按照相关规定严肃处理。

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