300 kA電解槽規(guī)整爐膛的生產(chǎn)實(shí)踐

薛峰平

(山西華澤鋁電有限公司，山西 河津 043300)

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300 kA電解槽規(guī)整爐膛的生產(chǎn)實(shí)踐

薛峰平

(山西華澤鋁電有限公司，山西 河津 043300)

規(guī)整的爐膛是鋁電解槽平穩(wěn)、高效生產(chǎn)的基礎(chǔ)，本文針對(duì)電解槽正常生產(chǎn)期間出現(xiàn)的爐幫薄、伸腿肥大、爐底沉淀偏多的畸形爐膛，進(jìn)行了研究分析，并采取了有效措施進(jìn)行處理，取得了較好的效果。

鋁電解槽； 爐膛規(guī)整； 伸腿； 爐幫

鋁電解槽在啟動(dòng)后轉(zhuǎn)入正常生產(chǎn)時(shí)，需要具備規(guī)整且穩(wěn)定的爐膛內(nèi)形，爐膛內(nèi)形是由液體電解質(zhì)中析出的冰晶石和剛玉凝固成的固體結(jié)殼，它圍繞在陽(yáng)極四周形成近似橢圓形的爐膛。它在固態(tài)下是熱電的絕緣體，從而阻止電流或熱量從側(cè)部散失，正常情況下要求爐膛伸腿不能過(guò)長(zhǎng)，不超過(guò)陽(yáng)極投影位置。

實(shí)踐表明，規(guī)整的爐膛對(duì)電解生產(chǎn)有很大好處，它可以大幅度提高電流效率、降低直流電耗，另外規(guī)整的爐膛還可以延長(zhǎng)槽壽命、杜絕早期

破損。因此，規(guī)整的爐膛內(nèi)形是電解槽穩(wěn)定生產(chǎn)的基礎(chǔ)。

1 爐膛現(xiàn)狀及危害

某廠數(shù)臺(tái)電解槽在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)爐幫薄、伸腿肥大、爐底沉淀偏多的畸形爐膛，嚴(yán)重影響電解槽的穩(wěn)定運(yùn)行。

1.1 爐膛測(cè)量數(shù)據(jù)

以001#電解槽為例，A面、B面各取3個(gè)點(diǎn)進(jìn)行爐膛內(nèi)形測(cè)量，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 001#槽爐膛內(nèi)形測(cè)量數(shù)據(jù) cm

從測(cè)量結(jié)果看，此槽爐幫厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于正常值，且伸腿總長(zhǎng)度已經(jīng)平均伸進(jìn)陽(yáng)極正投影下27 cm。

爐膛內(nèi)形模擬圖見(jiàn)圖1。

1.2 槽穩(wěn)定性差

該槽爐膛極不規(guī)整，使得針振、擺動(dòng)值均嚴(yán)重偏

圖1 001#槽爐膛形狀模擬圖

離控制標(biāo)準(zhǔn)，高于正常值，且鋁水平嚴(yán)重偏離規(guī)范，電解質(zhì)水平不易保持，主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2001#槽主要技術(shù)指標(biāo)情況

針振/mV擺動(dòng)/mV鋁水平/cm電解質(zhì)水平/cm控制標(biāo)準(zhǔn)5-81-224-2619-21001#槽11.62.42917其它槽6.31.12520

該槽運(yùn)行歷史曲線(xiàn)見(jiàn)圖2。

1.3 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)差

該槽因爐膛畸形，穩(wěn)定性差，運(yùn)行電壓高于其它正常生產(chǎn)槽，且電流效率偏低，直流電耗高于其他正常槽，主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表3。

2 原因分析

(1)啟動(dòng)后期未及時(shí)建立穩(wěn)固規(guī)整的爐膛。電解槽啟動(dòng)后在爐膛形成過(guò)程中，分子比保持偏低，形成的爐膛熱穩(wěn)定性差，很易熔化而使?fàn)t膛頻繁遭到破壞；電解溫度下降速度過(guò)快，在此過(guò)程中，雖然可以加速電解質(zhì)結(jié)晶，促進(jìn)爐膛快速形成，但這樣形成的爐膛結(jié)晶不完善，穩(wěn)定性差。同時(shí)，溫度下降過(guò)快，很容易進(jìn)入冷行程，使結(jié)晶速度過(guò)快，伸腿肥大。

圖2 001#槽運(yùn)行歷史曲線(xiàn)

表3 001#槽主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)情況

(2)電解槽生產(chǎn)過(guò)程中技術(shù)條件保持不合理，導(dǎo)致?tīng)t底惡化，加劇爐膛畸形。電解質(zhì)水平偏低，不利于氧化鋁在電解質(zhì)中的完全溶解，易產(chǎn)生沉淀；因電解質(zhì)體系中鋰鹽、鉀鹽含量偏高，導(dǎo)致溫度過(guò)低，氧化鋁飽和濃度偏低，電解質(zhì)溶解性弱，容易發(fā)生沉淀；鋁水平高，爐底保溫差溫度低，使沉淀不易被溶解消耗。

(3)操作質(zhì)量及電解槽日常維護(hù)質(zhì)量下滑。換極時(shí)炭渣和結(jié)殼滑落槽內(nèi)過(guò)多，容易造成爐底沉淀；日常維護(hù)時(shí)，有殼頭包、堵料處理不及時(shí)、不合理，容易造成沉淀。

3 采取的措施

3.1 優(yōu)化技術(shù)條件

通過(guò)認(rèn)真分析生產(chǎn)過(guò)程中爐膛畸形的原因，首先制定了規(guī)整爐膛的技術(shù)條件組合，簡(jiǎn)稱(chēng)“兩提兩降”?！皟商帷敝柑嵘娊赓|(zhì)水平、提升分子比，“兩降”指降低鋁水平、降低氧化鋁濃度。

3.1.1 提升電解質(zhì)水平

足夠的電解質(zhì)高度和充足的電解質(zhì)的量是穩(wěn)定槽況、清潔爐底的前提。電解質(zhì)如果水平過(guò)低，氧化鋁在電解質(zhì)內(nèi)停留的時(shí)間短，生成爐底沉淀的幾率增大，造成氧化鋁濃度波動(dòng)，下料狀態(tài)進(jìn)入惡性循環(huán)，效應(yīng)系數(shù)增加。另外電解質(zhì)水平過(guò)低會(huì)造成陽(yáng)極接觸電解質(zhì)面積減小，導(dǎo)電面積減小，電阻值增大，造成槽電壓升高，能耗增加。為此，提升電解質(zhì)控制標(biāo)準(zhǔn)到19～21 cm，關(guān)鍵在以下三方面：一是加強(qiáng)保溫，維持合理的熱平衡；二是理順物料循環(huán)流程，確保極上覆蓋料進(jìn)出平衡；三是電解質(zhì)總量不足的適當(dāng)補(bǔ)充電解質(zhì)，保證總量充足。

3.1.2 提升分子比

由于電解槽電解質(zhì)體系非常復(fù)雜，詳見(jiàn)表4，各種添加劑含量合計(jì)達(dá)13.8%，造成槽溫偏低(925 ℃)，氧化鋁溶解性較差，不利于電解生產(chǎn)的穩(wěn)定進(jìn)行。

表4原電解質(zhì)體系組成

分子比CaF2/%MgF2/%LiF/%KF/%2.455.851.354.81.8

在這種電解質(zhì)體系中，各種添加劑主要都是富集而來(lái)，要改變非常困難，因此，提高分子比成為提升槽溫，改善電解質(zhì)性質(zhì)的首選方案。在生產(chǎn)中，將分子比調(diào)整到2.70，槽溫上升到933 ℃，配合其它技術(shù)條件的調(diào)整，改善電解質(zhì)對(duì)氧化鋁的溶解性，抑制氧化鋁沉淀的產(chǎn)生，有利于已經(jīng)產(chǎn)生的沉淀、結(jié)殼的處理。

3.1.3 降低鋁水平

鋁水平高低與爐底、爐幫好壞關(guān)系密切，鋁水平過(guò)高傳導(dǎo)槽內(nèi)熱量多，槽內(nèi)熱量損失嚴(yán)重使溫度下降，爐底容易發(fā)涼產(chǎn)生沉淀，造成爐底惡化。隨著側(cè)部散熱能力增加，爐幫形成凹狀，伸腿發(fā)育肥大，形成畸形爐膛。針對(duì)以上弊端，降低鋁水平勢(shì)在必行，這是規(guī)整爐膛最核心的部分，也是最難把控的部分。在降低鋁水平過(guò)程中，如何控制出鋁量，穩(wěn)妥的降低鋁水平，防止由高鋁水平轉(zhuǎn)入低鋁水平出現(xiàn)新的問(wèn)題是規(guī)整爐膛、改善槽況的關(guān)鍵。

采取的主要措施：一是增加出鋁頻次，由每天出鋁一次改為每天出鋁兩次，以避免一次出鋁量偏大對(duì)槽子熱平衡造成的沖擊過(guò)大；二是每月進(jìn)行一次盤(pán)存，把握槽內(nèi)產(chǎn)鋁調(diào)整幅度；三是關(guān)注針振、擺動(dòng)值變化情況，以槽況的穩(wěn)定為前提。

3.1.4 降低氧化鋁濃度

較低的氧化鋁濃度有利于處理爐底沉淀，氧化鋁濃度控制的過(guò)程與電解質(zhì)的組成、下料方式與下料控制策略密切相關(guān)。通過(guò)把握NB調(diào)整要點(diǎn)、優(yōu)化計(jì)算機(jī)控制過(guò)程能使氧化鋁濃度控制在較窄的范圍之內(nèi)，有效降低氧化鋁濃度。

NB間隔調(diào)整的要點(diǎn)有：

(1)對(duì)電解槽的運(yùn)行狀況要勤觀察、勤分析、勤調(diào)整，每次調(diào)整幅度不宜過(guò)大。

(2)嚴(yán)格操作管理，盡量減小各項(xiàng)操作對(duì)電解槽運(yùn)行狀況的破壞，如換極、出鋁作業(yè)造成的針振、擺動(dòng)等。

(3)要及時(shí)掌握各項(xiàng)技術(shù)條件的變化，例如兩水平、槽溫、分子比等。

(4)堅(jiān)決杜絕人為手動(dòng)添加物料，如手動(dòng)NB、手動(dòng)AEB等。

(5)要杜絕人為對(duì)槽控機(jī)的干預(yù)控制，要通過(guò)及時(shí)調(diào)整控制參數(shù)讓槽控機(jī)自我調(diào)整。

3.2 提升操作質(zhì)量

電解槽的生產(chǎn)是一個(gè)連續(xù)的生產(chǎn)過(guò)程，在正常生產(chǎn)過(guò)程中，是沒(méi)有機(jī)會(huì)處理爐底沉淀和結(jié)殼的，因此，換極就成為處理爐底、規(guī)整爐幫的最佳時(shí)機(jī)。

3.2.1 利用換極處理爐底沉淀、結(jié)殼

加強(qiáng)天車(chē)開(kāi)縫、扒浮料作業(yè)，控制出極落料，盡可能避免換極過(guò)程落料造成新的沉淀；制作專(zhuān)用扁鏟處理爐底結(jié)殼、沉淀，重點(diǎn)部位是下料口、角部，能夠打撈的直接進(jìn)行打撈，詳見(jiàn)圖3；嚴(yán)格控制作業(yè)時(shí)間，高質(zhì)量完成換極作業(yè)，減少作業(yè)過(guò)程中熱量損耗。

圖3 爐底打撈的結(jié)殼塊

3.2.2 利用換極規(guī)整爐幫

制作專(zhuān)用工具，在換極時(shí)把爐底沉淀順著伸腿扒到側(cè)部爐幫最薄處，進(jìn)行維護(hù)；在換極后，新極收邊前，側(cè)部補(bǔ)充少量氟化鈣與氟化鎂、氧化鋁的混合料，促進(jìn)形成更好爐幫。

3.3 提高電解槽日常維護(hù)質(zhì)量，消除電解槽爐膛惡化隱患

電解槽的日常維護(hù)至關(guān)重要，如果日常維護(hù)不精細(xì)，那么很有可能讓前面所有的努力前功盡棄。為了提高日常維護(hù)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化作業(yè)，主要采取的措施是“定時(shí)化生產(chǎn)控制”。

(1)建立打殼下料系統(tǒng)硬件的定時(shí)巡視制度。每天上午、下午由槽維人員逐臺(tái)槽定時(shí)巡視一遍，主要檢查氣控柜、壓縮空氣管路、打殼氣缸、定容下料器等硬件設(shè)施的運(yùn)行情況，有漏氣、風(fēng)壓不足、氣缸故障等問(wèn)題及時(shí)解決，杜絕硬件設(shè)備對(duì)下料的影響，特別是杜絕漏料、堵料現(xiàn)象，防止產(chǎn)生沉淀。

(2)設(shè)立槽況檢查看板，建立電解工定時(shí)巡視制度。由作業(yè)長(zhǎng)或指定專(zhuān)人負(fù)責(zé)，每2小時(shí)巡視一

次電解槽，有殼頭包、冒火、塌殼等現(xiàn)象及時(shí)督促看槽電解工處理。

通過(guò)建立以上兩項(xiàng)定時(shí)巡視制度，確保了打殼下料系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，電解槽日常維護(hù)質(zhì)量大大提升，為技術(shù)條件的調(diào)整提供了很好的基礎(chǔ)保障。

4 實(shí)施效果

通過(guò)優(yōu)化技術(shù)條件控制，提升各項(xiàng)作業(yè)質(zhì)量，電解槽爐膛趨于規(guī)整，爐底干凈，電解槽逐步進(jìn)入良性循環(huán)，各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)提標(biāo)顯著提高。

4.1 爐膛趨于規(guī)整

以001#槽為例，從測(cè)量數(shù)據(jù)看，爐幫厚度由7.2 cm增加至16.2 cm，伸腿長(zhǎng)度由56.7 cm縮至31.2 cm，整個(gè)爐膛內(nèi)形更加規(guī)整、合理，更有利于電解槽的穩(wěn)定、高效生產(chǎn)。

表5 001#槽優(yōu)化后爐膛內(nèi)形測(cè)量數(shù)據(jù) cm

優(yōu)化后槽爐膛內(nèi)形模擬圖見(jiàn)圖4。

圖4 001#槽爐膛優(yōu)化后形狀模擬圖

4.2 槽穩(wěn)定性提高

電解槽各項(xiàng)主要技術(shù)指標(biāo)有較大優(yōu)化，運(yùn)行曲線(xiàn)更加規(guī)整，槽穩(wěn)定性明顯增強(qiáng)，針振、擺動(dòng)持續(xù)降低，詳見(jiàn)表6、圖5。

4.3 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)顯著提高

爐膛規(guī)整后，電解槽運(yùn)行更加平穩(wěn)，各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均有較大進(jìn)步，詳見(jiàn)表7。

表6001#槽優(yōu)化前后主要技術(shù)指標(biāo)對(duì)比

針振/mV擺動(dòng)/mV鋁水平/cm電解質(zhì)水平/cm控制標(biāo)準(zhǔn)5-81-224-2619-21原指標(biāo)11.62.42917優(yōu)化后指標(biāo)7.21.72620

圖5 001#電解槽優(yōu)化后運(yùn)行曲線(xiàn)

表7 001#槽優(yōu)化前后主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比

5 結(jié)語(yǔ)

電解槽爐膛是否規(guī)整對(duì)電解槽的生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)造成較大的影響。通過(guò)對(duì)電解生產(chǎn)工藝參數(shù)的合理調(diào)整，輔以人工輔助，能夠?qū)t幫空凹、伸腿肥大、爐

底不平的畸形爐膛有效規(guī)整，取得較好的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

[1] 梁學(xué)民，張松江.現(xiàn)代鋁電解生產(chǎn)技術(shù)與管理[M].長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社，2012.

[2] 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，2005.

[3] 李清.大型預(yù)焙槽煉鋁生產(chǎn)工藝與操作實(shí)踐[M].長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社，2011.

三菱綜合材料株式會(huì)社開(kāi)發(fā)稀土元素高效回收技術(shù)

日本三菱綜合材料株式會(huì)社稱(chēng)，已開(kāi)發(fā)出了從稀土磁鐵中高效回收精制稀土元素的技術(shù)。該工藝同時(shí)采用了干式處理和濕式處理，更為便捷。為了應(yīng)對(duì)回收稀土磁鐵的需求大幅增長(zhǎng)，該公司未來(lái)將開(kāi)展中試試驗(yàn)，并研究大規(guī)模生產(chǎn)方案。

此次開(kāi)發(fā)的技術(shù)可從廢家電的發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的轉(zhuǎn)子高效回收精制稀土元素。以往從轉(zhuǎn)子中取出磁鐵后，必須對(duì)轉(zhuǎn)子加熱消除磁力，進(jìn)行消磁操作，但新技術(shù)則不需要這樣處理。采用干式處理，將硅酸鈉作為熔劑，在大氣中鐵合金也無(wú)需氧化，稀土和鐵幾乎可以完全分離，而且含有稀土的熔渣易溶于水，因此可采用濕式處理將稀土全部濃縮進(jìn)而回收。

該公司在一家工廠進(jìn)行了廢家電的稀土磁鐵回收，并由磁鐵合金制造商回收了這些稀土磁鐵。采用這項(xiàng)新技術(shù)，可向磁鐵合金制造商提供高附加值的稀土產(chǎn)品。

Production practice of regular cell hearth of 300 kA electrolysis cell

XUE Feng-ping

Regular cell hearth is the basis of stable and efficient production of aluminum electrolysis cell. This paper analyzed and studied on the abnormalities of the electrolysis cell during normal production, including thin hearth accretion, long ledge and over precipitation at hearth bottom, etc. It also took effective countermeasures to deal with the abnormalities and achieved favorable results.

aluminum electrolysis cell; regular cell hearth; ledge; accretion

薛峰平(1981—)，男，山西運(yùn)城人，工程師，從事鋁冶煉技術(shù)研究及管理工作。

2015-09-06

TF821

B

1672-6103(2016)04-0029-05