精鋁槽與普鋁槽焙燒啟動(dòng)工藝的對(duì)比分析

寧建文

（山西關(guān)鋁股份有限公司，山西運(yùn)城044001）

精鋁槽與普鋁槽焙燒啟動(dòng)工藝的對(duì)比分析

寧建文

（山西關(guān)鋁股份有限公司，山西運(yùn)城044001）

結(jié)合精鋁槽與普鋁槽的差異，對(duì)普鋁槽焙燒啟動(dòng)工藝進(jìn)行比較和分析，提出適合精鋁槽焙燒啟動(dòng)的具體工藝。

普鋁槽精鋁槽鋁液焦粒電阻絲加熱焙燒啟動(dòng)

三層液鋁電解精煉的主要設(shè)備——精鋁槽在投入生產(chǎn)之前，需要經(jīng)過設(shè)計(jì)、制造、安裝、檢查、驗(yàn)收、焙燒、啟動(dòng)等幾個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)［1］。而精鋁槽的設(shè)計(jì)是由設(shè)計(jì)部門完成，制造、安裝是安裝部門的工作，檢查、驗(yàn)收、焙燒、啟動(dòng)以及后期正常生產(chǎn)維護(hù)是生產(chǎn)部門的職責(zé)，特別是精鋁槽的焙燒、啟動(dòng)受到所選用工藝、作業(yè)人員的水平等人為性的影響較大。

精鋁槽在驗(yàn)收合格后，焙燒啟動(dòng)的質(zhì)量一方面關(guān)系到精鋁槽在正常生產(chǎn)階段能否高效生產(chǎn)，另一方面關(guān)系到精鋁槽的使用壽命，因而生產(chǎn)企業(yè)在此階段投入的人力、財(cái)力、物力都比較大，也是精鋁生產(chǎn)技術(shù)人員長(zhǎng)期攻克的難題。

精鋁槽焙燒啟動(dòng)的目的與普鋁槽一樣，都是通過一定時(shí)間的緩慢加熱，使槽內(nèi)襯得以烘干，使槽底炭塊間和槽周邊的扎糊燒結(jié)成一個(gè)整體，防止在后續(xù)的啟動(dòng)階段發(fā)生“熱震”及槽底炭塊出現(xiàn)破損和漏槽，同時(shí)使槽內(nèi)整體溫度接近正常生產(chǎn)溫度，順利實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)。

精鋁槽的啟動(dòng)就是使槽內(nèi)具備足夠多的液體電解質(zhì)和液體合金，在生產(chǎn)中，槽內(nèi)各層液體不發(fā)生波動(dòng)，能滿足精鋁正常生產(chǎn)的要求。

1 精鋁槽與普鋁槽的區(qū)別

圖1和圖2分別是普鋁槽和精鋁槽的內(nèi)襯示意圖。從中可以明顯看出它們的槽底內(nèi)襯結(jié)構(gòu)相似，只是精鋁槽的側(cè)部?jī)?nèi)襯要比普鋁槽復(fù)雜得多。普鋁槽的側(cè)部?jī)?nèi)襯最里面的是一層側(cè)部炭塊，側(cè)部炭塊與槽殼之間有一層氧化鋁作為填充物，側(cè)部炭塊與底部炭塊之間連接的人造伸腿比較粗大。而精鋁槽的側(cè)部?jī)?nèi)襯從內(nèi)向外先是一層鎂磚，依次為耐火磚、保溫磚、氧化鋁填充物，底部炭塊與側(cè)部炭塊間的縫隙同樣是用糊料扎固而成的人造伸腿，只是凸起比較?。?］。另外精鋁槽的小頭一側(cè)或兩側(cè)均設(shè)有加料室，加料室為石墨制品，主要用于生產(chǎn)中添加普鋁錠。精鋁槽槽膛比普鋁槽槽膛要深將近100mm。

圖2 精鋁槽內(nèi)襯

在槽上部結(jié)構(gòu)方面，普鋁槽又比精鋁槽復(fù)雜，除了他們共有的母線提升機(jī)構(gòu)外，普鋁槽上部結(jié)構(gòu)主要增加了陽(yáng)極效應(yīng)報(bào)警裝置、自動(dòng)打殼下料裝置及其附屬的空氣管路等等。

綜上所述，不考慮槽上部結(jié)構(gòu)，精鋁槽與普鋁槽相比，槽底部基本一樣，主要區(qū)別是：精鋁槽側(cè)部?jī)?nèi)襯較厚，不利于焙燒過程中水分的排出；側(cè)部最里面是一層鎂磚，導(dǎo)熱性差，急冷急熱性差，材質(zhì)易破損；精鋁槽槽膛較深，側(cè)部?jī)?nèi)襯最上面難以取得較好的焙燒效果。

2 精鋁槽與普鋁槽焙燒工藝的對(duì)比分析

現(xiàn)代普鋁槽普遍采用的焙燒工藝有：鋁液焙燒、焦粒焙燒和燃料焙燒等，鋁液焙燒和焦粒焙燒屬于內(nèi)加熱方式，而燃料焙燒屬于外加熱方式［3］。由于精鋁槽內(nèi)襯側(cè)部為鎂磚，而且較厚，爐膛比較深，再加上精鋁槽正常生產(chǎn)溫度比普鋁槽低將近200℃，因而精鋁槽的焙燒不能簡(jiǎn)單地采用普鋁槽的方法，必須加以局部改進(jìn)。

2.1 鋁液焙燒工藝

鋁液焙燒是在精鋁槽內(nèi)注入高溫鋁液，再通以直流電，利用鋁液和陰、陽(yáng)極炭塊在通以直流電狀態(tài)下產(chǎn)生的焦耳熱來(lái)達(dá)到焙燒的目的。

精鋁槽焙燒與普鋁槽焙燒一樣，焙燒前都需要事先在槽膛側(cè)部?jī)?nèi)襯處堆放電解質(zhì)塊料或混合電解質(zhì)粉料，以防往槽內(nèi)注入高溫鋁液對(duì)側(cè)部?jī)?nèi)襯造成熱沖擊?？紤]到側(cè)部?jī)?nèi)襯為鎂磚，鎂磚導(dǎo)熱性不好，如果焙燒注入的鋁液來(lái)自普鋁槽，則鋁液的溫度不會(huì)低于850℃，雖然精鋁槽的側(cè)部?jī)?nèi)襯處堆有電解質(zhì)塊用以隔離高溫鋁液對(duì)側(cè)部鎂磚的接觸，但還會(huì)有部分高溫鋁液與鎂磚接觸，此時(shí)的鎂磚極有可能出現(xiàn)破損；又由于鎂磚與炭素制品的膨脹系數(shù)相差較大，側(cè)部與底部相連處的人造伸腿同樣極易受到熱沖擊而出現(xiàn)裂縫，特別是料室口極容易發(fā)生漏槽現(xiàn)象。

如果用正常生產(chǎn)精鋁槽的精鋁液作為焙燒加熱體的話，成本太高，經(jīng)過焙燒后的精鋁液肯定變成普鋁液，經(jīng)濟(jì)損失太大；再則，如果從精鋁槽內(nèi)吸取合金作為焙燒加熱體雖然可行，但在實(shí)際生產(chǎn)中不易操作，因?yàn)閺恼Ｉa(chǎn)槽中抽取大量合金，其一會(huì)破壞正常生產(chǎn)槽的技術(shù)條件，其二會(huì)也會(huì)對(duì)最上層的精鋁液造成污染。

2.2 焦粒焙燒工藝

焦粒焙燒是在精鋁槽底的陽(yáng)極炭塊上預(yù)先鋪設(shè)一層焦粒，再座上石墨陰極，通以直流電，靠焦粒電阻本身產(chǎn)生的焦耳熱來(lái)達(dá)到焙燒精鋁槽的目的。

焦粒焙燒是精鋁槽普遍采用的一種比較成熟的焙燒工藝，在具體操作過程中，需要在槽底預(yù)埋熱電偶，石墨陰極周圍需要堆放電解質(zhì)塊料或電解質(zhì)混合粉料。對(duì)于精鋁槽而言，由于焦粒本身的電阻比較大，在剛通電時(shí)，焦粒之間的間隙較大，此時(shí)焦粒瞬間產(chǎn)生的焦耳熱會(huì)對(duì)精鋁槽側(cè)部?jī)?nèi)襯的鎂磚造成很大的熱沖擊，輕則出現(xiàn)鎂磚、人造伸腿裂縫，重則鎂磚掉角，在啟動(dòng)階段出現(xiàn)漏槽等現(xiàn)象。

但焦粒焙燒特別適合新建廠房沒有液體電解質(zhì)時(shí)前幾臺(tái)槽的焙燒，此時(shí)可以起到造電解質(zhì)的目的。

2.3 燃料焙燒工藝

燃料焙燒是利用燃料系統(tǒng)和溫度控制系統(tǒng)的配合，按事先設(shè)置好的升溫曲線要求，通過燃油或天然氣等來(lái)加熱焙燒電解槽。

由于燃料焙燒屬于外加熱方式，升溫速度能人為控制，對(duì)于精鋁槽和普鋁槽而言，它是一種極好的焙燒工藝，但由于其操作復(fù)雜等原因，在實(shí)際生產(chǎn)中并沒有得到普遍采用。在用于精鋁槽的焙燒過程中，如果高溫火焰對(duì)準(zhǔn)側(cè)部鎂磚的話，鎂磚會(huì)因?yàn)樽陨硖匦远霈F(xiàn)裂縫、掉角，會(huì)大大縮短精鋁槽的使用壽命。

2.4 外電阻加熱焙燒工藝

外電阻加熱焙燒雖然已在其他工業(yè)爐體得到廣泛應(yīng)用，但應(yīng)用于電解槽上的焙燒是近幾年才開始的。馮乃祥教授在其主編的《鋁電解》一書中明確提到電解槽外電阻加熱的焙燒原理［4］。是用一個(gè)低電壓、電阻較大的加熱體（如電阻帶或電阻絲）對(duì)電解槽內(nèi)襯進(jìn)行加熱烘烤，待槽內(nèi)襯底部炭塊溫度達(dá)到500℃左右、底部炭塊燒結(jié)成一體、內(nèi)襯沒有水分排出時(shí)，即標(biāo)志著電解槽焙燒過程結(jié)束，具備啟動(dòng)條件。

對(duì)于精鋁槽而言，考慮到側(cè)部?jī)?nèi)襯是鎂磚，在具體焙燒過程中，要求剛開始的24h之內(nèi)，升溫速度一定要慢，以使側(cè)部?jī)?nèi)襯中的水分排出，同時(shí)也不會(huì)引起側(cè)部鎂磚裂縫、掉塊等現(xiàn)象的發(fā)生。另外為了保證升溫到500℃左右，避免底部炭塊的氧化現(xiàn)象發(fā)生，與普鋁槽一樣需事先在槽底鋪設(shè)一層冰晶石，與側(cè)部連接處的四周要適當(dāng)厚點(diǎn)，以防鎂磚過快受熱，引起裂縫等。在具體焙燒過程中可以根據(jù)精鋁槽的焙燒升溫要求，利用控溫系統(tǒng)按預(yù)先設(shè)置好的焙燒曲線要求自動(dòng)加熱焙燒。

與燃料焙燒相比，這種焙燒方式更易于控制，在具體操作中，技術(shù)人員可以隨時(shí)觀察精鋁槽的整體焙燒效果并及時(shí)做出調(diào)整，可以說(shuō)這是目前最適宜精鋁槽的一種焙燒工藝。

3 精鋁槽與普鋁槽啟動(dòng)工藝的對(duì)比分析

精鋁槽啟動(dòng)的目的與普鋁槽相同，都是在槽內(nèi)熔化足量多的液體電解質(zhì)，以滿足正常電解生產(chǎn)要求，啟動(dòng)方法依舊可以分為干法啟動(dòng)和濕法啟動(dòng)。

3.1 干法啟動(dòng)

干法啟動(dòng)就是利用電解槽陰、陽(yáng)極之間產(chǎn)生的高溫電弧將電解質(zhì)粉料熔化成液體電解質(zhì)。具體操作就是不斷向電解槽陰、陽(yáng)極間添加電解質(zhì)粉料，并及時(shí)緩慢提升電極，在陰、陽(yáng)極之間產(chǎn)生強(qiáng)烈的電弧，利用電弧快速產(chǎn)生的熱量熔化電解質(zhì)粉料。

由于精鋁槽的側(cè)部為鎂磚，而鎂磚的特性決定了干法啟動(dòng)工藝對(duì)精鋁槽的使用壽命影響加大,因而在實(shí)際生產(chǎn)中盡量減少使用干法啟動(dòng)。

3.2 濕法啟動(dòng)

濕法啟動(dòng)就是向待啟動(dòng)的槽內(nèi)注入一定量液體電解質(zhì)，若電解質(zhì)量不夠，可向槽內(nèi)添加電解質(zhì)粉料逐漸熔化補(bǔ)充，待液體電解質(zhì)的高度達(dá)到生產(chǎn)要求時(shí)，則標(biāo)志著啟動(dòng)過程的結(jié)束，對(duì)于普鋁槽而言則進(jìn)入正常生產(chǎn)過程；而對(duì)于精鋁槽，還得往槽內(nèi)添加固體合金或液體合金和普鋁液，精鋁槽必須經(jīng)過電化學(xué)凈化過程，電化學(xué)凈化后換鋁過程的結(jié)束，才標(biāo)志著精鋁槽進(jìn)入正常生產(chǎn)過程。

由上述啟動(dòng)工藝的具體操作可以看出，干法啟動(dòng)靠電弧產(chǎn)生的熱能熔化電解質(zhì)，當(dāng)然消耗的電能較高，電解質(zhì)揮發(fā)量大，環(huán)境污染嚴(yán)重，而且高溫電弧對(duì)設(shè)備和人員都存在一定的安全隱患，同時(shí)也不適用于精鋁槽的啟動(dòng)。與之相比，濕法啟動(dòng)在節(jié)能、環(huán)境保護(hù)、安全等方面的優(yōu)勢(shì)就比較明顯，是精鋁槽目前采用的普遍方式。

4 結(jié)語(yǔ)

在新建廠房有普鋁液的前提下，首選“外電阻加熱+鋁液焙燒”相結(jié)合的工藝比較理想。就是在外電阻加熱焙燒結(jié)束后，往槽內(nèi)注入不少于40mm高的普鋁液，然后下降陰極石墨組，通以直流電，接下來(lái)往槽內(nèi)添加電解質(zhì)混合粉料，逐步熔化電解質(zhì)，提高電解質(zhì)高度，達(dá)到造電解質(zhì)的目的，完成焙燒啟動(dòng)過程。為防止注入高溫鋁液對(duì)槽內(nèi)襯側(cè)部鎂磚造成強(qiáng)烈的熱沖擊，需要事先在槽周圍鋪設(shè)電解質(zhì)混合粉料。

在新建廠房無(wú)液體電解質(zhì)和普鋁液的前提下，采用焦粒焙燒是目前最經(jīng)濟(jì)的一種工藝，雖然在焙燒過程中有可能對(duì)內(nèi)襯側(cè)部的鎂磚造成傷害，但可以起到造電解質(zhì)使精鋁槽順利啟動(dòng)目的。

在有部分精鋁槽生產(chǎn)的前提下，外電阻加熱焙燒則是最易于操作、最切實(shí)際的一種焙燒工藝。

考慮到精鋁槽的側(cè)部?jī)?nèi)襯為鎂磚，濕法啟動(dòng)是精鋁槽啟動(dòng)的唯一選擇。

［1］青鋁人.現(xiàn)代大型預(yù)焙槽生產(chǎn)技術(shù)［M］.沈陽(yáng)：東北大學(xué)出版社，1995.

［2］邱竹賢.鋁電解原理與應(yīng)用［M］.北京：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1998.

［3］田應(yīng)甫.大型預(yù)焙鋁電解槽生產(chǎn)實(shí)踐［M］.長(zhǎng)沙：中南工業(yè)大學(xué)出版社，1997.

［4］馮乃祥.鋁電解［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

（編輯：胡玉香）

Analysis and Com paring on Baking Star-up Process of Refined Alum inum Pot and Primary Alum inum Pot

NING Jianwen
（ShanxiGuan Aluminum Group Co.,Ltd.,Yuncheng 044001,China）

By means of analysis and comparing about primary aluminum pot baking star-up, combining the difference of refined aluminum pot and primary aluminum pot,this paper puts forward specific processes that havemeet refined aluminum pot baking star-up.

primary aluminum pot,refined aluminum pot,liquid-Al,coke,resistance wire heating, baking,tar-up

book=54,ebook=87

TF802.67

A

2010-

寧建文（1974-），男，在山西關(guān)鋁股份有限公司精鋁分廠從事精鋁生產(chǎn)工藝、技術(shù)和質(zhì)量等管理工作，工程師。Tel:15934976508，E-mail：jianwenn2003@yahoo.com.cn

1672-1152（2010）02-0031-03