600 kA鋁電解槽焙燒啟動實(shí)踐

韋方佑

(廣西德保百礦鋁業(yè)有限公司， 廣西 德保 533700)

0 前言

600 kA電解槽目前國內(nèi)運(yùn)行的系列較少，焙燒啟動的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)不足，由于電流密度較大，水平電流強(qiáng)度偏大，鋁液穩(wěn)定性和局部磁流體穩(wěn)定性不足。同時陰極槽殼結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)具有復(fù)雜性和階段性，除了受重力荷載外，還承受陰極吸納膨脹力和電解槽熱場造成的溫度應(yīng)力。后兩者均隨電解槽工作壽命歷程而變化，尤其是陰極吸納膨脹力，具有高度非線性。

傳統(tǒng)的大型槽焙燒啟動，焙燒時角部陽極導(dǎo)電偏低，通電時電流分流量低于50%，沖擊電壓高于4 V，啟動電壓高于8 V，啟動溫度高于1 050 ℃，灌鋁量低于40 t。結(jié)合600 kA電解槽的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，某公司不斷優(yōu)化焙燒啟動工藝，取得了良好效果。通過優(yōu)化掛極鋪焦作業(yè)及提高電流分流量來降低沖擊電壓，減小瞬時電動勢對陰極造成的損壞；通過降低啟動電壓來降低啟動溫度，減小熱應(yīng)力，達(dá)到保護(hù)內(nèi)襯的目的；通過快速降電壓及槽溫，電解槽可以快速形成爐幫，降低水平電流，達(dá)到穩(wěn)定槽況的目的；針對側(cè)部散熱、底部保溫的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，為了實(shí)現(xiàn)熱平衡，灌鋁量增大至45～48 t。

1 鋪焦掛極及裝爐作業(yè)

鋪焦掛極是將焦粒鋪在陰極表面，溝槽用冰晶石填充，同時要求陽極壓實(shí)在焦粒上，以使電解槽通過焦粒導(dǎo)電進(jìn)行焙燒，為通電焙燒作好準(zhǔn)備[1]。

1)電解槽按照設(shè)計(jì)圖紙和技術(shù)要求全面檢測，試車驗(yàn)收合格后，回轉(zhuǎn)計(jì)指示母線位置正確。

2)確認(rèn)筑爐、槽上部驗(yàn)收完畢，為了確保角部陽極均勻?qū)щ?，中間陽極采用全焦粒，同時將焦粉與石墨按8∶2比例鋪設(shè)于電解槽4個角部共4塊陽極(A1、B1、A28 、B28)的底掌。焦粉與石墨顆粒的粒度為2～4 mm。

3)焦粉的鋪設(shè)及陽極的安裝均自A28、B28開始A、B面交替連續(xù)鋪設(shè)至A1、B1結(jié)束，焦粉的厚度為16 mm。將柵欄或框架平整地?cái)[放在陽極投影區(qū)域，然后將焦粉倒入框內(nèi)，用板尺沿柵欄框架的長度方向刮平焦粉[2-3]，然后溝槽用冰晶石填充。

4)把陽極小心地放置在焦粉上，檢查陽極周邊及四角與焦粉接觸狀況，若有明顯未接觸的地方要重新安放或調(diào)換陽極。干法啟動槽中縫與陽極間縫要填滿冰晶石。在“人造伸腿”上均勻鋪氟化鈣1 t，然后在大面、小面、極面平鋪55 t冰晶石，不加純堿。

2 軟連接、熱電偶的安裝和分流器的安裝及拆除

2.1 軟連接安裝

軟連接用鋁軟帶制作，每槽56個軟連接，每個軟連接由6束鋁軟帶焊接而成，每束由10片鋁軟帶組成，軟帶厚1 mm，軟帶寬160 mm，軟帶長850 mm。鋪完焦粉及安裝完陽極時，軟連接器的編號和陽極號要一致，找出鋁導(dǎo)桿和水平母線的壓接部位和方向，確保壓接面平整，緊固卡具后，壓接面無縫隙。

2.2 熱電偶安裝

在電解槽出鋁口、煙道端、AB面大面共8個點(diǎn)各安裝一支熱電偶(帶保護(hù)套、補(bǔ)償導(dǎo)線)，如圖1所示。

圖1 熱電偶安裝位置示意圖

2.3 分流器的安裝及拆除

分流器初始分流量定為50%～60%，采用陽極水平母線與立柱壓接分流的方式進(jìn)行安裝，如圖2所示。600 kA鋁電解槽共有7根立柱母線，每根立柱母線與陽極水平母線均安裝1套分流器，從出鋁端至煙道端累計(jì)安裝的7套分流器編號為1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#。分流器一端用弓型卡具與焙燒槽的陽極水平母線壓接，另一端用框型夾具與下一臺槽的立柱母線壓接，分流器不能與卡具及卡具吊鉤接觸[4]。

1-電解槽；2-陽極導(dǎo)桿；3-立柱軟母線；4-立柱母線；5-立柱母線π型掛板式卡具；6-分流片；7- U型專用卡具；8-掛鉤；9-母線連接板；10-水平母線；11-陽極母線端壓接板；12-分隔板；13-立柱母線端壓接板；14-雙頭螺柱；15-鋼板；16-短路母線塊；17-雙頭螺柱；18-陽極炭塊圖2 600 kA分流器安裝示意圖

圖3 156臺電解槽通電時的沖擊電壓分布

3 通電焙燒作業(yè)

3.1 槽控機(jī)參數(shù)設(shè)定

槽控機(jī)在通電前5 min設(shè)為手動狀態(tài)，其他參數(shù)設(shè)定狀態(tài)見表1。

表1 槽控機(jī)通電前各參數(shù)的狀態(tài)設(shè)定

3.2 電解槽通電模式及條件

送電前做好各項(xiàng)確認(rèn)工作，電解工序完成短路口操作，檢查合格后，通過生產(chǎn)業(yè)務(wù)的調(diào)度，通知動力部門逐次升電流至600 kA，系列升全電流前的槽電壓不超過4.0 V。電流上升曲線如圖4所示。

圖4 首批電解槽通電系列電流上升速度

以上送電進(jìn)度是計(jì)劃送電進(jìn)度，在送電過程中如無異常，可以適當(dāng)加快送電進(jìn)度；若有陽極表面發(fā)紅、陽極鋼爪發(fā)紅或槽電壓異?，F(xiàn)象，則可以適當(dāng)減緩送電進(jìn)度。后續(xù)電解槽采用將短路口由短路狀態(tài)操作至斷路狀態(tài)的模式進(jìn)行通電,目前國內(nèi)大型電解鋁企業(yè)均采用不停電的方式給電解槽通電，即使用賽爾開關(guān)進(jìn)行通電操作[5]。不停電開槽裝置安裝和撤出執(zhí)行不停電開槽裝置標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)，現(xiàn)場根據(jù)電解槽沖擊電壓情況，結(jié)合降低電流的通電方式，要求沖擊電壓不大于3.6 V。

3.3 焙燒過程的異常處理

焙燒48 h后,推部分極上料到中縫搗實(shí)，防止底部干燒或偏流，焙燒期間有燒空的地方必須及時推料埋上，尤其是中縫。其主要目的是實(shí)現(xiàn)局部降溫及加快物料熔化。在焙燒過程中，軟連接被拉直后要及時松開弓形夾具，用撬棍將下部硬頭向上撬，使軟帶變成原設(shè)計(jì)形狀，同時擰緊下部弓形夾具的壓緊頭。測電流分布如果發(fā)現(xiàn)偏流的陽極或鋼爪過熱發(fā)紅，應(yīng)立即搗實(shí)該處極上冰晶石，扒開埋鋼爪料，用風(fēng)管吹風(fēng)降溫，如果15 min后效果不明顯，則應(yīng)調(diào)整軟連接與導(dǎo)桿連接處弓形卡具的緊固度，必要時對該陽極實(shí)施斷電，1 h后再恢復(fù)送電，但是不允許同時調(diào)整超過2個軟連接。當(dāng)個別陰極鋼棒因電流集中而過熱時，可用風(fēng)管吹風(fēng)降溫。若效果不好，則可調(diào)整對應(yīng)的陽極電流。焙燒過程中，要及時處理異常情況，確保電解槽大面溫度上升趨勢平緩。焙燒90 h后溫度達(dá)到900 ℃，如圖5所示。

圖5 焙燒啟動的大面溫度上升速度

4 電解槽啟動作業(yè)

電解槽通電焙燒時間約90 h，確認(rèn)中縫電解質(zhì)貫通，且高度達(dá)到30 cm以上，槽電壓低于2.3 V時，復(fù)緊小盒卡具，每半小時點(diǎn)動提升一次陽極，每次點(diǎn)動槽電壓不得超過0.04 V, 且抬電壓前6 h中縫禁止推料。每次點(diǎn)動提升陽極前后，必須測量各組陽極電流分布情況和卡具擰緊作業(yè)。將測量結(jié)果前后對比，每組陽極電流分布變化幅度應(yīng)≤30%，否則應(yīng)停止點(diǎn)動，并處理陽極偏流現(xiàn)象，待電流分布均勻后再繼續(xù)點(diǎn)動抬電壓[6]。在出鋁端和煙道端打開洞口，專人觀察液面并指揮專人抬電壓，在陽極不脫離液面的情況下抬到最高點(diǎn)，抬電壓過程中兩端一定要專人監(jiān)控液面，以免脫離液面發(fā)生放炮的危險(xiǎn)。為了抑制起拱，啟動后電壓不能超過6.6 V，溫度不能超過1 030 ℃。

為了降低槽溫及提高電解質(zhì)水平，將極面和邊部物料推至中縫熔化。電解質(zhì)清亮可以接通氧化鋁下料，啟動后6 h電壓保持在6.0～6.5 V，四周冰晶石化開后，添加5 t堿(A面3 t，B面2 t)。由于爐底出現(xiàn)上拱，陽極導(dǎo)電將會出現(xiàn)偏差，因此要每半小時測量一次陽極導(dǎo)桿等距離壓降。陽極導(dǎo)桿等距離壓降大于4 mV時，及時上調(diào)陽極。待邊部四周基本化開以后,打撈碳渣，并將其打撈干凈。

5 正常生產(chǎn)狀態(tài)下的工藝控制

電解槽焙燒啟動后6 h，由于物料均勻熔化，電解質(zhì)高度上升，陽極導(dǎo)電正常，電解槽開始發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，從而轉(zhuǎn)入正常生產(chǎn)狀態(tài)，各項(xiàng)參數(shù)需要作出相應(yīng)變更，見表2。

表2 電解槽焙燒啟動前后參數(shù)變更

5.1 啟動后電壓控制

啟動后6～8 h，在確認(rèn)槽內(nèi)物料基本融化完畢之后，將電解槽操控機(jī)打到自動狀態(tài)，電壓控制在6.5～6.0 V。啟動后8 h內(nèi)將電壓均勻點(diǎn)降至5.7 V，若電壓自動下降幅度過快，可適當(dāng)手動抬電壓；若電壓自動下降幅度過慢，可手動梯度降電壓。槽溫過高(溫度>1 030 ℃)，電壓按下限保持。結(jié)合歷史曲線的過量加工與欠量加工判斷濃度走勢，適時靈活調(diào)整NB，保證槽內(nèi)氧化鋁濃度正常，杜絕濃度走反。啟動16 h后至灌鋁前，將電壓均勻降至5.4 V。

5.2 灌鋁及電壓控制

5.2.1 灌鋁前準(zhǔn)備工作及電壓控制

啟動后到灌鋁前，整個過程不蓋槽蓋板，目的是為了保證陽極爆炸焊處不受高溫?fù)p傷，避免造成陽極爆炸焊處大面積脫落(陽極鋁鋼復(fù)合板溫升不得超過400 ℃)。電壓的保持要以溫度控制為中心，溫度控制在1 030 ℃以內(nèi)。若溫度太高，降電壓的幅度要加快；反之則減緩降電壓的幅度。保持相對較低的溫度，其目的是為了降低爐底起拱度，減少槽內(nèi)襯變形，以防止界面(包括填縫糊- 炭塊界面和槽殼- 側(cè)塊界面)和垂直裂紋張開[7-8]，降低滲漏電解質(zhì)的風(fēng)險(xiǎn)。

5.2.2 灌鋁過程及電壓控制

1)啟動24 h后，一次性灌鋁到位，總計(jì)灌鋁45～48 t。灌第一包鋁前，為了保持極距不變，將電壓上臺0.2 V，打一次效應(yīng)加工補(bǔ)充氧化鋁，目的是避免灌鋁過程中發(fā)生效應(yīng)。灌鋁過程中倒鋁的流速要均勻緩慢，防止流速過快造成電壓波動。負(fù)責(zé)抬電壓的人員根據(jù)倒鋁情況勻速點(diǎn)抬電壓，最后1 t鋁根據(jù)電壓情況可減緩抬電壓或不抬電壓。灌鋁后測量記錄一次全爐陽極導(dǎo)桿等距離壓降，原則上灌第一包鋁后不調(diào)極。

2)為了防止因磁場影響造成大的電壓波動，第二、三包鋁必須同時拉到現(xiàn)場再依次進(jìn)行灌鋁。灌鋁前，將電壓上抬0.4～0.6 V，打一次效應(yīng)加工。最后1t鋁根據(jù)電壓情況可減緩抬電壓或不抬電壓。灌鋁后測量記錄一次全爐陽極導(dǎo)桿等距離壓降，原則上灌完第二、三包鋁后不調(diào)陽極。

3)灌第四包鋁的要求與灌第一包的要求一致，灌入每包的鋁量要如實(shí)記錄，每臺槽計(jì)劃總灌鋁量38～52 t。灌完鋁后再測量記錄一次全爐電流分布，電流分布大于5 mV時，及時上調(diào)陽極。

4)完成灌鋁后的8 h內(nèi)，由于電解槽爐幫未形成，鋁水平偏低，水平電流強(qiáng)度較大，一旦發(fā)生效應(yīng)易發(fā)生滾鋁，故該段時間避免效應(yīng)發(fā)生。

5.2.3 灌鋁完成后降電壓的原則

1)灌完鋁后待四周液面凝結(jié)再快速收邊加保溫料，盡可能減少Al2O3粉進(jìn)入槽內(nèi)。當(dāng)溫度低于1 000 ℃，且溫度程下降趨勢時，蓋上槽蓋板。把槽狀態(tài)改為正常，設(shè)定電壓改為4.8 V。由于灌鋁后槽偏冷，槽電壓會自動上升，加上收邊后有部分Al2O3熔解到槽內(nèi)，導(dǎo)致Al2O3濃度偏高，因此可適當(dāng)拉長氧化鋁下料間隔(300～400 s)，待濃度正常后將下料間隔改回正常值。

2)灌完鋁后，降電壓的幅度以溫度控制為中心。若溫度在1 010 ℃以上，降電壓的幅度則相對加快。在降電壓過程中，由于陽極體積占據(jù)電解質(zhì)空間，電解質(zhì)水平出現(xiàn)上升情況，盡可能不要讓電解質(zhì)化掉邊部保溫料。如果電解質(zhì)偏高則適當(dāng)取出，有利于繼續(xù)下降電壓。灌鋁后第二天，槽溫不能超過1 000 ℃。灌鋁后次日按實(shí)際產(chǎn)量出鋁。

3)灌鋁后殼面結(jié)殼后，加塊料收整邊部，補(bǔ)足陽極保溫料，蓋好槽罩。當(dāng)槽電壓降至4.5 V以下時，槽控系統(tǒng)控制立即變更，將RC-OFF、NI-OFF改為RC-ON、NI-ON。此后降電壓全部根據(jù)槽控系統(tǒng)采集槽電阻數(shù)據(jù)后，通過變更槽設(shè)定電壓來實(shí)現(xiàn)，不再人工降電壓，槽控系統(tǒng)根據(jù)槽電阻的偏差來調(diào)整極距即可以達(dá)到控制槽電壓的目的。從4.5 V電壓開始按每日50 mV的梯度將電壓降至4.3 V后，參考溫度、噪聲等參數(shù)判斷槽況穩(wěn)定情況，再用5天時間按每日30 mV的梯度將電壓降到4.15 V安全范圍內(nèi)。如果為下一天培養(yǎng)啟動槽用電解質(zhì)，可把電壓適當(dāng)提高20～40 mV。灌鋁后4天，為了減少對電解槽的干擾，以及形成完好的槽膛內(nèi)型，避免突發(fā)效應(yīng)，電解槽4天內(nèi)不更換陽極。第一個月鋁水平保持在23～26 cm，正常生產(chǎn)期可根據(jù)生產(chǎn)所需采取小幅留鋁的方式將鋁水平調(diào)整至25～27 cm。

6 結(jié)論

結(jié)合600 kA電解槽的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，某公司采取了干法無效應(yīng)啟動模式。在一次分流制度下，分流量控制在60%～50%，沖擊電壓處于2.6～3.6 V，在設(shè)計(jì)值以下，達(dá)到保護(hù)陰極的目的。制定了第一次電流上升制度，確保電壓在4.0 V以下的前提下，整個升電流過程為40 h；制定了大面升溫制度，96 h后，溫度均勻升至900 ℃，電解質(zhì)水平達(dá)到40 cm，具備良好的啟動條件；由于電解槽殼面與槽底溫差較大，大型槽易出現(xiàn)變形，有可能會出現(xiàn)陽極偏流脫落情況，采用無效應(yīng)啟動，控制溫度在1 030 ℃，以此來控制電壓，取得了較好的效果；啟動溫度保持在970～1 000 ℃，電解槽起拱度在可控范圍內(nèi)；以溫度為中心，采取快速降電壓的模式，灌鋁前后各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)具有較好的匹配，電壓在降至4.3 V后進(jìn)入自動控制模式。