240 kA異型陰極電解槽焙燒啟動(dòng)生產(chǎn)實(shí)踐

楊生濤 李 賢

(青海橋頭鋁電股份有限公司, 青海 西寧 810100)

240 kA異型陰極電解槽焙燒啟動(dòng)生產(chǎn)實(shí)踐

楊生濤 李 賢

(青海橋頭鋁電股份有限公司, 青海 西寧 810100)

針對(duì)240 kA異型陰極鋁電解槽生產(chǎn)實(shí)踐，詳細(xì)描述了掛極、裝爐、焙燒、啟動(dòng)及后期管理各環(huán)節(jié)應(yīng)注意的問題。

鋁電解槽； 異型陰極； 焙燒； 啟動(dòng)； 后期管理

異型陰極電解槽已經(jīng)在華東鋁業(yè)等電解鋁企業(yè)成功應(yīng)用。該技術(shù)應(yīng)用在200 kA電解槽上的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為：平均直流電耗為12 043 kW·h/t-Al，平均原鋁可比交流電耗為12 545 kW·h/t-Al，平均鋁錠綜合交流電耗為12 790 kW·h/t-Al。 2009年，國(guó)內(nèi)鋁廠平均鋁錠綜合交流電耗為14 171 kW·h/t-Al，華東鋁業(yè)系列異型陰極結(jié)構(gòu)電解槽的平均鋁錠綜合交流電耗為12 790 kW·h/t-Al，比全國(guó)水平低1 381 kW·h/t-Al[1]。

異型陰極結(jié)構(gòu)是高效節(jié)能電解槽陰極結(jié)構(gòu)，陰極鋁液具有最小的鋁液波動(dòng)。異型陰極具有以下兩個(gè)特征[1]：陰極碳?jí)K上的凸起結(jié)構(gòu)應(yīng)使鋁液能在豎立的凸起結(jié)構(gòu)之間有流動(dòng)性且流速平穩(wěn)，速度較小；凸起上表面的鋁液層的高度不能太高，也不能太低。

某公司為了全面實(shí)施節(jié)能減排，應(yīng)對(duì)能源危機(jī)并響應(yīng)環(huán)保政策，于2011年3月在8臺(tái)240 kA大修電解槽上采用了單凸臺(tái)異型陰極電解槽技術(shù)，并陸續(xù)進(jìn)行了啟動(dòng)和投產(chǎn)試驗(yàn)。迄今為止，投產(chǎn)試驗(yàn)的電解槽連續(xù)已穩(wěn)定運(yùn)行了兩年多，槽平均電壓穩(wěn)定在3.82～3.84 V，直流電耗比普通陰極電解槽降低了429 kW·h/t-Al。

雖然異型陰極在電解槽上的應(yīng)用已經(jīng)取得了一定進(jìn)展，但其推廣與應(yīng)用仍不廣泛。結(jié)合240 kA異型陰極電解槽生產(chǎn)實(shí)踐，對(duì)異型陰極電解槽從掛極、裝爐、焙燒、啟動(dòng)到后期管理的各環(huán)節(jié)應(yīng)注意的問題進(jìn)行了簡(jiǎn)要總結(jié)。

1 掛極裝爐

1.1 鋪設(shè)異形鋁錠

電解槽底部異型陰極結(jié)構(gòu)如圖1所示[1]。異型陰極表面的硼化鈦涂層自然風(fēng)干后，在異型陰極的凹槽內(nèi)鋪設(shè)鋁錠，陰極凹槽的體積約2.8 m3，凹槽內(nèi)的鋁錠規(guī)格為700×140×140 mm，每條凹槽內(nèi)鋪設(shè)8塊，共152塊，出鋁口凹槽內(nèi)鋪3塊規(guī)格為360×140×140 mm的鋁錠，鋁錠總重量約6 600 kg。鋁錠與凹槽的底部間隙用粒度小于2 mm的細(xì)焦粉壓實(shí)找平，保證鋁錠均勻?qū)щ?。鋁錠與凹槽的側(cè)部間隙用鋁屑填滿，單槽鋁屑用量約600 kg。鋪設(shè)鋁錠的目的是為了提高陰極溫度的均勻性，減小陰極內(nèi)部的溫度梯度，防止陰極在焙燒階段剝層以及硼化鈦涂層氧化。為了確保硼化鈦不被氧化，要求鋁錠熔化后鋁液必須覆蓋陰極凸臺(tái)，從而使硼化鈦在高溫下與氧氣隔離。

圖1 異型陰極電解槽的底部結(jié)構(gòu)

1.2 鋪設(shè)焦粒

陰極凹槽用鋁錠和鋁屑填充找平完畢以后，可以直接在凸臺(tái)和鋁錠表面鋪設(shè)焦粒。為了保證4塊角部陽(yáng)極的導(dǎo)電能力，角部陽(yáng)極底掌下鋪設(shè)均勻混合的焦粒和石墨粉混合物，混合物中石墨粉添加量不少于40%。中間12組陽(yáng)極下方直接鋪設(shè)粒度為2～3 mm的焦粒，并按照A8、B8……A1、B1順序，依次在陽(yáng)極正投影的下方放置框架，在框架內(nèi)均勻平整鋪設(shè)厚度為20 mm的焦粒后取出框架，準(zhǔn)備下一組鋪設(shè)。

1.3 安裝陽(yáng)極

組裝用的陽(yáng)極碳?jí)K應(yīng)無(wú)質(zhì)量缺陷(掉塊及裂紋)、組裝質(zhì)量合格(陽(yáng)極底掌平整、導(dǎo)桿垂直)，并將陽(yáng)極底部清理干凈。掛極時(shí)導(dǎo)桿緊靠陽(yáng)極母線，導(dǎo)桿兩側(cè)距兩掛鉤距離應(yīng)相等，自由平穩(wěn)地放置在焦粒上，確保陽(yáng)極底掌與焦墊的接觸面積大于98%，防止出現(xiàn)陽(yáng)極懸空或接觸不良的情況。確認(rèn)后安裝卡具，但不要擰緊。

1.4 裝電解質(zhì)塊和冰晶石

用廢牛皮紙等物品填堵陽(yáng)極上部及四周縫隙，以防物料漏入陽(yáng)極底掌下方或陽(yáng)極縫隙內(nèi)。單臺(tái)電解槽邊部填裝高分子冰晶石4 t,中縫底部除鋪設(shè)少量焦粉顆粒外不裝入任何物料，保持空腔焙燒，為灌入電解質(zhì)保留暢通的通道。中縫上方用6 mm厚的鋼板覆蓋，鋼板上部和陽(yáng)極上方覆蓋15 cm的冰晶石，以達(dá)到保溫并防止陽(yáng)極氧化的目的。啟動(dòng)后添加0.5 t純堿,然后再根據(jù)電解質(zhì)的分子比值添加純堿。

1.5 安裝分流器、分流片和軟連接

240 kA異型陰極電解槽采用雙分流技術(shù)，即分流片分流和分流器分流。異型陰極電解槽比普通陰極電解槽增加了4組分流片，其原因是由于硼化鈦涂層在低溫狀態(tài)下電阻較大，會(huì)對(duì)沖擊電壓產(chǎn)生較大影響。然后安裝軟連接，安裝時(shí)注意軟連接與母線、導(dǎo)桿的接觸面必須打磨清理干凈并連接緊固。

2 焙燒啟動(dòng)

焙燒的目的是通過(guò)電能與熱能的轉(zhuǎn)換逐漸烘干爐體，排出筑爐材料中的揮發(fā)份及筑爐過(guò)程中帶入的水份，使陰極炭塊接縫處的炭糊及爐膛邊部“人造伸腿”焦化，成為一個(gè)堅(jiān)實(shí)的整體。

采用國(guó)內(nèi)外大型預(yù)焙槽普遍應(yīng)用的焦粒焙燒、濕法無(wú)效應(yīng)啟動(dòng)工藝，焙燒時(shí)間為96 h， 將爐膛溫度逐步提升到啟動(dòng)需要的高溫狀態(tài)，使?fàn)t內(nèi)部分原料(冰晶石等)熔化，具備啟動(dòng)條件。

2.1 通電焙燒

通電時(shí)采用“賽爾開關(guān)”，實(shí)現(xiàn)了系列不停電開停槽技術(shù)。操作時(shí)按“賽爾開關(guān)”的技術(shù)操作標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，檢修車間和電解車間相互配合，完成短路口的操作。為防止沖擊電壓過(guò)高，使用“賽爾開關(guān)”時(shí)，系列電流先降至200 kA，再根據(jù)沖擊電壓的高低，升降電流。電解槽通電15 min后，根據(jù)通電槽的電壓狀況提升電流，如沖擊電壓超過(guò)4.5 V，則應(yīng)停止提升電流，沖擊電壓最高不允許超過(guò)4.7 V。焙燒期間電壓及溫度控制的參考值見表1。

表1 焙燒期間電壓及溫度控制參考值

注：表中數(shù)值以每天焙燒24 h后測(cè)量結(jié)果為參考點(diǎn)。

當(dāng)電流升至全電流時(shí)，記錄當(dāng)時(shí)的沖擊電壓，并立即測(cè)量、記錄等距離分流電壓。同時(shí)每天測(cè)量、記錄陽(yáng)極電流分布、陰極電流分布、陰極鋼棒溫度、槽殼溫度、電解槽的焙燒溫度等，備案待查。焙燒過(guò)程中出現(xiàn)偏流、槽殼發(fā)紅嚴(yán)重等異?，F(xiàn)象時(shí)，應(yīng)及時(shí)用壓縮空氣對(duì)槽殼異常部位進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，并加大監(jiān)控力度。

2.2 電解槽啟動(dòng)

全部采用濕法無(wú)效應(yīng)啟動(dòng)時(shí)，每臺(tái)電解槽灌入電解質(zhì)12～16 t。同時(shí)，根據(jù)電解質(zhì)的灌入量逐次提升陽(yáng)極。首次提升陽(yáng)極時(shí)中縫內(nèi)電解質(zhì)水平不得低于30 cm,提升陽(yáng)極期間控制槽電壓不得超過(guò)8 V，如槽電壓自動(dòng)上升超過(guò)8 V時(shí)，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況決定提升陽(yáng)極幅度，電解質(zhì)灌完后電壓應(yīng)保持在10～12 V，此時(shí)將中縫的鋼板取出。

隨著啟動(dòng)過(guò)程的進(jìn)行，添加的物料不斷熔化和熔解，槽電壓會(huì)自然回落。穩(wěn)定后槽電壓應(yīng)保持在6.0～6.5 V。灌完電解質(zhì)3 h以后，槽溫達(dá)到980 ℃以上，灌入1包鋁液(約4 t)，電壓保持在7～8 V，槽內(nèi)的鋁水平提高到20 cm左右。冰晶石等物料化完后，槽電壓保持在5 V以下，啟動(dòng)一天后可保持在4.5 V，電解質(zhì)水平應(yīng)保持在28～30 cm。當(dāng)鋁水平達(dá)到22 cm時(shí)可安排出鋁，出鋁后電解質(zhì)水平保持在25～27 cm。

3 工藝技術(shù)參數(shù)管理

3.1 非正常管理期技術(shù)參數(shù)

通常把電解槽啟動(dòng)后到轉(zhuǎn)入正常生產(chǎn)這段時(shí)間的管理稱為非正常管理期。為了盡快建立規(guī)整爐膛，異型陰極電解槽啟動(dòng)后電壓下放的速度比普通電解槽要快，異型陰極電解槽與普通電解槽啟動(dòng)后前3個(gè)月的技術(shù)參數(shù)比較見表2。

表2 非正常管理期異型陰極電解槽與普通電解槽技術(shù)參數(shù)比較

3.2 正常管理期技術(shù)參數(shù)

通過(guò)兩年多的不斷摸索和實(shí)踐，異型陰極電解槽與普通電解槽正常生產(chǎn)管理期的技術(shù)參數(shù)比較，見表3。

表3 兩種電解槽正常生產(chǎn)管理期技術(shù)參數(shù)比較

由工藝技術(shù)參數(shù)可以看出，異型陰極電解槽的設(shè)定電壓較低，鋁液水平也低于普通電解槽2 cm左右，其他參數(shù)基本保持一致?？傮w上異型陰極電解槽運(yùn)行基本穩(wěn)定，在正常生產(chǎn)期間未出現(xiàn)熱收入不足而產(chǎn)生的角部伸腿肥大、爐底偏冷的現(xiàn)象，而普通電解槽則容易出現(xiàn)上述問題。

4 異型陰極電解槽的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

某公司240 kA鋁電解系列上正在運(yùn)行的異型陰極電解槽有8臺(tái)。其中1臺(tái)電解槽由于未遵循異型陰極電解槽的啟動(dòng)方案，灌鋁時(shí)與普通電解槽的時(shí)間相同，導(dǎo)致啟動(dòng)24 h灌入鋁液后，出現(xiàn)凸臺(tái)大量掉塊，以致焙燒啟動(dòng)不成功。其他7臺(tái)電解槽運(yùn)行正常。但異型陰極電解槽凸臺(tái)究竟能夠保持多久尚需通過(guò)相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間的監(jiān)控與測(cè)量，才能得到明確的結(jié)論。

8臺(tái)異型陰極電解槽自2011年10月已全部進(jìn)入考核期，在考核期內(nèi)對(duì)試驗(yàn)槽的各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，兩年多來(lái)的試驗(yàn)槽和同時(shí)啟動(dòng)的普通槽的各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表4。

表4 異型槽和普通槽技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

從表4統(tǒng)計(jì)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)可以看出，試驗(yàn)槽與普通槽相比，平均電壓降低了130 mV，電流效率降低的不明顯，鋁液電解直流電耗降低了406 kW·h/t-Al，鋁液電解交流電耗降低了447 kW·h/t-Al，節(jié)能效果非常顯著。

5 結(jié)語(yǔ)

采用焦粒焙燒法進(jìn)行240 kA異型陰極電解槽的掛極、裝爐、焙燒啟動(dòng)及后期管理獲得成功，平均槽電壓下降至3.84 V，平均電流效率為91.86%，平均直流電耗為12 451.63 kW·h/t-Al,與普通電解槽相比其交流電耗降低了447 kW·h/t-Al，取得了比較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 馮乃祥.鋁電解高效節(jié)能技術(shù)應(yīng)用與研究現(xiàn)狀[J]. 材料與冶金學(xué)報(bào)，2010，9(增刊)：1-7.

Production Practice of Baking & Starting for 240 kA Special-shaped Cathode Reduction Cell

YANG Sheng-tao，LI Xian

According to 240 kA special-shaped cathode reduction cell，the problems which should be noticed in every link from assembling anodes,charging electrolyser,baking and starting to the later period management were described in detailed.

aluminum reduction cell; special-shaped cathode; baking; starting; later period management

2013-12-20

楊生濤(1973—)，男，青海大通人，鋁電解技師，主要從事鋁電解生產(chǎn)管理工作。

李 賢(1980—)，男，青海民和人，大學(xué)本科，工程師，主要從事鋁電解研發(fā)工作。

TF821

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1008-5122(2014)03-0011-03