鋁電解槽啟動后期的管理

張保社

（新疆有色金屬工業(yè)集團(tuán)稀有金屬有限責(zé)任公司可可托海836300）

鋁電解槽啟動后期的管理

張保社

（新疆有色金屬工業(yè)集團(tuán)稀有金屬有限責(zé)任公司可可托海836300）

鋁電解槽在確保大修材料質(zhì)量的前提下，電解槽經(jīng)過啟動初期的高槽溫、高槽電壓、高分子比、高電解質(zhì)水平逐步走向正常生產(chǎn)，在啟動后,電解槽將產(chǎn)生一系列重要變化，各項技術(shù)條件緩慢地向正常生產(chǎn)指標(biāo)靠近，在此期間，保持合適的技術(shù)條件，建立穩(wěn)定規(guī)整的槽膛，將有效延長電解槽的壽命，在正常生產(chǎn)周期內(nèi)電解槽的運行將達(dá)到較好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。這期間管理的好壞，將對電解槽的整個生產(chǎn)周期帶來至關(guān)重要的影響。

電解槽啟動后期電解質(zhì)鋁水平槽電壓效應(yīng)系數(shù)槽膛內(nèi)形

鋁電解槽的生產(chǎn)周期一般在1 500天左右。如果在對電解槽進(jìn)行大修時，確保了大修材料質(zhì)量的前提下，在生產(chǎn)管理中尤其是在啟動后的前3個月，保持合適的技術(shù)條件，建立穩(wěn)定規(guī)整的槽膛，將有效延長電解槽的壽命。在生產(chǎn)周期內(nèi)電解槽的運行將達(dá)到較好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。電解槽經(jīng)過啟動初期的高槽溫、高槽電壓、高分子比、高電解質(zhì)水平逐步走向正常生產(chǎn)。在生產(chǎn)周期內(nèi)，要經(jīng)過一定的過渡時期，稱為非正常期，這期間的管理，直接關(guān)系到電解槽能否順利進(jìn)入正常生產(chǎn)，對電解槽使用壽命也產(chǎn)生巨大影響。鋁電解槽在經(jīng)過人工效應(yīng)啟動后，1到3個月時間內(nèi)，電解槽各項指標(biāo)日趨正常，槽體材料逐漸吸熱升溫，槽膛逐漸形成一段時間。在熄滅人工效應(yīng)后到一次出鋁，這段時間稱為啟動初期，而后電解槽就進(jìn)入啟動后期，啟動后期電解槽將產(chǎn)生一系列重要變化，各項技術(shù)條件緩慢第向正常生產(chǎn)指標(biāo)靠近，在電解槽四周逐漸形成槽幫結(jié)殼，這期間管理的好壞，將對電解槽的整個生產(chǎn)周期帶來至關(guān)重要的影響。

1 啟動后期電解槽技術(shù)條件的管理

在啟動后期，電解槽的主要技術(shù)條件包括電解質(zhì)成分、電解質(zhì)水平、鋁水平、槽工作電壓、效應(yīng)系數(shù)等，對這些技術(shù)條件應(yīng)建立嚴(yán)格的管理制度。

1.1 電解質(zhì)成分

在啟動后期對電解質(zhì)分子比要求較高，其一是滿足電解槽能夠以高分子比結(jié)晶形成堅固的槽幫，形成規(guī)整的槽膛，其二在新啟動的電解槽中，陰極內(nèi)襯材料會以較快的速度吸收氟化鈉，為了保證滿足內(nèi)襯對鈉的吸收，分子比在的第一個月應(yīng)保持在2.8以上，隨著運行時間的延長，陰極碳素材料對鈉鹽的吸收逐漸達(dá)到飽和，槽膛逐漸形成，在這個過程中，電解質(zhì)的分子比應(yīng)逐漸降低，在第3月左右降到2.6左右。鈣離子、鎂離子可以在陰極炭塊表面形成電化學(xué)屏障，可以起到防止鈉大量析出的作用，減少了高分子比對陰極炭塊的不良影響，同時，氟化鈣和氟化鎂具有加速γ-Al2O3向α-Al2O3功能，α-Al2O3可以起到使槽膛更加堅固的作用，在啟動后期，應(yīng)根據(jù)電解槽內(nèi)裝入的原料的量及灌入電解質(zhì)質(zhì)量進(jìn)行估算，確定加入氟化鎂、氟化鈣的量來調(diào)整，使他們的含量保持在總質(zhì)量的3%～5%。

1.2 電解質(zhì)水平

在啟動初期，槽膛還處于生成形成期，砌槽材料還在大量吸熱，槽體散熱量大，因此要求保持較高的電解質(zhì)水平來儲蓄較多的熱量，同時也可以保證電解質(zhì)體系的熱穩(wěn)定性，一般可保持在27～30 cm，但隨著電解槽運行時間延續(xù)，不斷進(jìn)行陽極更換，部分陽極消耗到正常換極周期，高度在18 cm左右，為了保證電解質(zhì)不超過陽極表面，避免出現(xiàn)陽極鋼爪浸入電解質(zhì)發(fā)生鋼爪熔化，發(fā)生陽極鋼爪報廢，原鋁質(zhì)量下降。在電解槽中，極距一般保持在4 cm左右，加上陽極高度，電解質(zhì)水平一般要求保持在23 cm左右，基本達(dá)到正常生產(chǎn)水平。在啟動初期，電解質(zhì)高度主要通過控制槽電壓和添加冰晶石來實現(xiàn)，要經(jīng)常測量電解質(zhì)水平及時調(diào)整，不足時應(yīng)及時加入冰晶石，在換極時加入適量冰晶石為首選方法，在條件允許時也可適量調(diào)整其他電解槽電解液。

1.3 鋁水平

隨著電解槽溫度逐步降低，槽膛逐漸形成，槽膛逐漸變小，對鋁液形成鏡面收縮，鋁液不斷產(chǎn)出，鋁液高度逐漸上升，應(yīng)每天進(jìn)行鋁水平測量，鋁水平控制在18 cm左右，第一次出鋁時間不能作硬性要求，應(yīng)根據(jù)鋁液實際高度來確定，首次出鋁的鋁水平不能低于17cm，應(yīng)嚴(yán)格控制出鋁量，每次出鋁應(yīng)少于周期內(nèi)的產(chǎn)出量。

1.4 槽電壓

在電解槽啟動的第1個月，尤其是前半月，槽膛還未形成，陰極內(nèi)襯處于吸熱階段，邊部槽幫未完全長成，散熱量大，電解槽熱量損失較多，因此應(yīng)保持較高電壓來補(bǔ)充熱量損失。在前半月槽電壓下降應(yīng)慎重，應(yīng)建立嚴(yán)格的電壓管理制度，密切配合槽溫與電解質(zhì)水平來進(jìn)行電壓調(diào)整。

1.5 效應(yīng)系數(shù)

在啟動初期，由于槽體散熱快，電解質(zhì)分子比保持較高，雖然采取保持較高槽電壓來補(bǔ)充熱量，但在槽底仍然可能出現(xiàn)過冷現(xiàn)象，導(dǎo)致電解質(zhì)在槽底析出，形成槽底結(jié)殼，造成槽膛畸形。因此在啟動后期應(yīng)增加效應(yīng)系數(shù)一般應(yīng)高出正常期間0.5次/d，通過效應(yīng)來產(chǎn)生高熱來保持爐底溫度，同時使槽底沉淀及時熔化從而保持槽底干凈。

2 槽膛內(nèi)型

電解槽進(jìn)入生產(chǎn)正常的另一個重要標(biāo)志。在電解槽中，由側(cè)部炭塊內(nèi)壁和底部炭塊表面形成的空間，稱為槽膛。在電解過程中，側(cè)部炭塊內(nèi)壁上沉結(jié)著一層由剛玉（α-Al2O3和冰晶石組成的結(jié)殼，它分布在陽極周圍，形成一橢圓環(huán)。由這一圈結(jié)殼所規(guī)定的槽膛形狀，工業(yè)上稱為“槽膛內(nèi)型”。這層橢圓形的結(jié)殼，是電和熱的不良導(dǎo)體，能夠阻止電流從側(cè)壁通過，減少電解槽的熱損失，同時，保護(hù)陽極四周的槽底。它的另外一個作用是將槽底鋁液擠到槽膛中央，使鋁液鏡面收縮，有利于提高電流效率。

為了使建立起來的爐膛具有較好的熱穩(wěn)定性，在電解槽啟動后期的管理中應(yīng)注意：⑴啟動的第1個月必須采用高分子比的電解質(zhì)成分來保證爐膛的穩(wěn)定性，電解質(zhì)成分結(jié)晶形成的熱穩(wěn)定性、熔點較高，可以避免生產(chǎn)過程中槽溫波動而爐膛熔化破壞槽膛內(nèi)型；⑵控制好電解質(zhì)溫度的下降速度，避免槽膛結(jié)晶過快或過慢形成，形成畸形爐膛或長時間不能建立，影響正常的生產(chǎn)技術(shù)條件的保持，降低電解槽的使用壽命。一般在啟動后的前3天，要求槽溫下降快些，使其盡快在槽四周內(nèi)壁結(jié)晶一層薄的電解質(zhì)槽幫來保護(hù)陰極內(nèi)襯，之后槽溫下降的速度放慢，利用較長時間平穩(wěn)的降低溫度使結(jié)晶晶格完善，生成的槽膛結(jié)實堅固。

在槽膛的形成過程中，除了控制好各項技術(shù)條件外，還應(yīng)利用換陽極時檢查槽膛的形成情況，進(jìn)行調(diào)整。

[1]邱竹賢，沈時英，蔡祺風(fēng).鋁電解.冶金工業(yè)出版社，1981.

[2]田應(yīng)甫.大型預(yù)焙鋁電解槽生成實踐.中南工業(yè)大學(xué)出版社，2001.

收稿：2014-03-10