500KA大型預(yù)焙陽極電解槽啟動后期技術(shù)條件管理

王海軍，劉 榮

（內(nèi)蒙古創(chuàng)源金屬電解二系列，內(nèi)蒙古 霍林郭勒 029200）

近年來，我國電解鋁企業(yè)所建電解槽容量越來越大，系列安裝槽臺數(shù)也越來越多，如何取得優(yōu)秀的生產(chǎn)指標，成為各大鋁企業(yè)相互學(xué)習(xí)的熱點問題。從多年的電解生產(chǎn)實踐中來看，大型預(yù)焙槽能否長期穩(wěn)定高效生產(chǎn)，主要靠電解槽啟動后期爐幫的建立以及正常生產(chǎn)過程中穩(wěn)定的過熱度控制。如果電解槽沒有較厚的爐幫，生產(chǎn)不會穩(wěn)定，也不會有較高的電流效率。國內(nèi)最近幾年新投產(chǎn)的電解系列很多，有的電解系列啟動后期出現(xiàn)冷槽，電解槽伸腿肥大，不利于后期正常生產(chǎn)；還有的電解系列啟動后期不長爐幫，啟動后就開始往外取電解質(zhì)，造成效率低、指標差的現(xiàn)象，由此可見電解槽建立規(guī)整爐膛是非常關(guān)鍵的。國內(nèi)很多著作只是從原理上對如何建設(shè)與維護規(guī)整爐膛方面進行描述，而直接可以采用的實踐探索不是很多。

1 爐膛內(nèi)型的的理想狀態(tài)與主要作用

啟動后期管理的主要目標就是建立穩(wěn)固規(guī)整的爐幫。爐幫是由液體電解質(zhì)析出的高分子比冰晶石和α氧化鋁所組成的固體結(jié)殼，均勻的分布在電解槽內(nèi)側(cè)壁上，形成一個橢圓形環(huán)。爐幫的構(gòu)建過程實質(zhì)上是電解質(zhì)溶液偏析層層凝固的過程，也是一個在較好的技術(shù)條件下形成熱平衡的過程。

2 快速建立爐膛的管理工藝

在500KA電解槽建立規(guī)整爐膛的實踐上，筆者打破傳統(tǒng)電解槽啟動后三個月才能正常的生產(chǎn)的理念，后期管理利用兩個月建立爐膛收到良好的效果，節(jié)省能耗，槽況平穩(wěn)，指標穩(wěn)步上升，特別是在電解槽長期穩(wěn)定、高效上起著決定性的作用。

2.1 快速建立爐膛過程中需注意的問題

快速建立爐膛，是相對傳統(tǒng)后期管理三個月而言的，由于采用快速降電壓技術(shù)會造成熱收入快速減少，極易造成電解質(zhì)收縮快，從而導(dǎo)致分子比槽溫等技術(shù)參數(shù)跟著快速變化，需要注意以下幾點：

（1）在高電壓期及時補夠足量的電解質(zhì)量，避免電壓下降以后補充電解質(zhì)塊所需的能量輸出，同時又要避免總高過高出現(xiàn)電解質(zhì)侵蝕倒打料層發(fā)生側(cè)部漏槽安全事故。

（2）根據(jù)分子比下降幅度，要及時向槽內(nèi)補充純堿，使分子比按照控制范圍保持。

（3）由于灌的在產(chǎn)鋁量大，在添加氟化鋁降分子比的過程中要根據(jù)分子比下降幅度以及過熱度情況及時往外帶鋁防止爐底冷、長伸腿現(xiàn)象發(fā)生。

（4）嚴格控制效應(yīng)系數(shù)，特別是減少難滅、長時間效應(yīng)對已經(jīng)形成爐幫的破壞。

（5）加大爐面維護力度杜絕氧化現(xiàn)象發(fā)生，加強碳渣的打撈力度預(yù)防陽極長包、返熱等病槽發(fā)生；如果炭渣未及時打撈出來，在降低設(shè)定電壓過程中，增量期下料槽電壓卻往上升高，高于上限控制區(qū)域，槽控機就會降電壓造成壓極距，電解槽火苗亮黃色、長而無力，槽溫不降低反而升高，此時應(yīng)該提高設(shè)定電壓，拉開極距，讓炭渣分離出來，嚴重時要把返熱處的陽極拔出來進行打撈炭渣，拉長NB間隔，待電解槽發(fā)生效應(yīng)以后，槽況就會好轉(zhuǎn)。

（6）保溫料厚度要達到15cm~17cm，不宜過厚，并且使用足夠的殼面塊封堵，嚴禁在邊部未結(jié)殼時候直接灌氧化鋁，造成氧化鋁不能及時溶解沉入爐底直接跟陽極底掌接觸形成局部返熱的現(xiàn)象。

2.2 啟動后期技術(shù)參數(shù)的管理

2.2.1 效應(yīng)管理及下料間隔調(diào)整

啟動后打撈炭渣環(huán)節(jié)至關(guān)重要，在電解槽發(fā)生效應(yīng)槽溫上升裝爐物料逐漸融化后，集中精力打撈炭渣，在灌鋁后要發(fā)生1次~2次陽極效應(yīng)。當(dāng)電解質(zhì)完全清理掉炭渣、封好殼面之后，就可以開通濃度控制。當(dāng)電壓下降到4.6V以下時，開通RC自動控制。

啟動后期電解槽向正常生產(chǎn)過渡，電流效率是逐漸升高的。因此下料間隔調(diào)整必須與電流效率升高相匹配。一般來說，啟動后10天內(nèi)，電流效率以80%計算，陽極效應(yīng)系數(shù)控制在1.0次/槽.日。啟動后20天~30天，電流效率以90%計算，陽極效應(yīng)系數(shù)控制在0.3次/槽.日左右。兩個月左右時電解槽應(yīng)達到正常生產(chǎn)時的狀態(tài)，電流效率以92%計算，陽極效應(yīng)系數(shù)控制在0.1次/槽.日左右。根據(jù)槽控機歷史曲線增減量情況及時調(diào)整下料間隔，防止出現(xiàn)濃度過大、長時間大減量化爐幫的現(xiàn)象，同時要加強人工巡視力度減少堵料的發(fā)生，嚴禁出現(xiàn)連續(xù)幾個增量期走滿引發(fā)的長效應(yīng)發(fā)生。以上兩點都不利于電解槽保持長期、穩(wěn)定生產(chǎn)。

表1 15日內(nèi)槽電壓的調(diào)整情況

表2 國內(nèi)兩家鋁廠電解槽指標對比情況

2.2.2 槽電壓的調(diào)整

采用快速降低設(shè)定電壓的方式減少電解槽熱收入，縮短電解槽啟動后的高溫時間，促進電解質(zhì)中高分子比物質(zhì)在側(cè)部結(jié)晶。每當(dāng)電解槽發(fā)生陽極效應(yīng)后是降低設(shè)定電壓的合適時機，具體調(diào)整方法：啟動后槽電壓在7v~8v之間，考慮到為后續(xù)啟動槽培養(yǎng)電解質(zhì)，12h后電壓保持在6.3v左右，灌完鋁以后電壓保持在4.5v~4.8v之間，然后每天降低100mv，電壓在4.25v時候開始每天降低50mv，一個月調(diào)整到正常設(shè)定電壓3.960v。具體調(diào)整見表1。

目前，國內(nèi)建設(shè)的新系列都采用大工區(qū)管理模式，因此在整個系列電解槽啟動中，應(yīng)該把所有的電解槽調(diào)整到相同的設(shè)定電壓，不走因槽制宜的生產(chǎn)路線，降低電解槽差異性。

2.2.3 在產(chǎn)鋁量

電解槽內(nèi)的在產(chǎn)鋁量直接影響電解槽熱平衡的建立，同時也影響爐幫和伸腿的形成以及后期槽況是否穩(wěn)定運行。500KA電解槽在產(chǎn)鋁一般選擇38噸，以此來匹配較大的電流強度以及平衡槽內(nèi)磁場。啟動后分三次灌鋁，防止電解槽內(nèi)襯溫度驟降造成早期破損。現(xiàn)場具體操作方法如下：24h后連續(xù)灌鋁兩包大約23噸，48h后灌第三包鋁10噸，第三天不出鋁留3.3噸，到第四天開始出鋁（此時槽內(nèi)鋁量為39.3噸，留38噸，出鋁任務(wù)為1.3噸）。如果灌的在產(chǎn)鋁量少，偏小的鋁量不能平衡槽內(nèi)磁場，造成鋁液鏡面波動大，電解槽內(nèi)鋁液層的二次反應(yīng)增加，造成電解槽過熱度大，不利于爐幫的建立。

2.2.4 電解質(zhì)水平

啟動初期電解質(zhì)保持總高小于50公分的前提下，高限保持，第1周28cm~30㎝，第2周24cm~27㎝，第3周22cm~24㎝，第4周保持20cm~22㎝，一個月后保持在18cm~20㎝左右，防止陽極到周期以后電解質(zhì)涮鋼爪影響原鋁質(zhì)量現(xiàn)象。

2.2.5 電解質(zhì)溫度

啟動后電解槽內(nèi)襯仍處在吸熱狀態(tài)，扎固糊繼續(xù)焦化，不宜降得過快。第一周保持在980℃~990℃，第二周保持在970℃~980℃，第一個月保持在965℃~970℃，第45天保持在960℃~970℃，第二個月保持在955℃~965℃。

2.2.6 分子比調(diào)整

分子比控制上，第一個月嚴格保持2.8~2.9，但分子比的調(diào)整一定要平穩(wěn)，以建立堅固的高熔點的爐幫。由于新啟槽內(nèi)襯吸鈉及液體電解質(zhì)中較堿成分偏析造成分子比下降，氟化鋁揮發(fā)分子比上升，待分子比不降反升的拐點開始添加氟化鋁。國內(nèi)A鋁廠500KA電解槽在啟動一個月后（25天）開始添加，利用兩個月時間把分子比控制到2.35~2.45之間。經(jīng)過后期測量發(fā)現(xiàn)爐幫厚度平均值在15cm左右，伸腿在陽極邊部正下方，建立了良好的規(guī)整爐膛。使電流垂直流向爐底，鋁液鏡面波動小降低了鋁的二次反應(yīng)，取得了較高的電流效率。國內(nèi)B鋁廠500KA電解槽，在第二個月后開始降分子比，由于前期高分子比階段沒有用較大的在產(chǎn)鋁量來控制過熱度，造成過熱度大嚴重損失了電流效率，經(jīng)過后期測量發(fā)現(xiàn)爐幫厚度平均值在11cm左右，形成了較大的爐膛。兩家鋁廠分子比調(diào)整曲線見圖1.

圖1 兩鋁廠分子比調(diào)整曲線示意圖

3 經(jīng)濟技術(shù)指標對比

國內(nèi)兩家鋁廠純凈電解質(zhì)成分，槽型一致，國內(nèi)A鋁廠按照筆者的后期管理工藝思路取得了良好的經(jīng)濟技術(shù)，達到同行業(yè)先進水平。通過對比發(fā)現(xiàn)兩家鋁廠的槽況穩(wěn)定性和取得的經(jīng)濟指標相差較大，具體指標對比見表2。

4 結(jié)語

本文通過對500KA大型預(yù)焙槽啟動后期管理工藝的實踐，對比總結(jié)出電解槽后期管理過程中采用快速建爐膛的工藝控制思路、合理搭配各項技術(shù)條件較早的建立了電解槽能量平衡和物料平衡，降低了電解槽早期破損機率，取得了良好的經(jīng)濟技術(shù)指標，降低能耗，提高了企業(yè)在整個鋁行業(yè)中的影響力。