kA高低块阴极结构铝电解槽焙烧启动工艺实践.docx

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kA高低块阴极结构铝电解槽焙烧启动工艺实践

400kA高低块阴极结构铝电解槽焙烧启动工艺实践

．２６．

有色冶金节能

口工艺节能

４００

ｋＡ高低块阴极结构铝电解槽焙烧启动工艺实践

禹玉江

李文超

邱国利

（山东南山铝业股份有限公司，山东龙口２６５７１３）

［摘要］针对异性结构阴极电解槽，从不同工艺的升温策略和操作步骤对阴极寿命的影响，工艺实施的复杂程

度等方面进行了详细探讨，最终选择焦粒结合碎炭块作为阴极块处填充料，解决了异型阴极结构中电解槽焦粒焙烧的核心问题。

经过对多台异型阴极结构电解槽焙烧启动的实践验证，该法对阳极和阴极均无损伤。

［关键词］

铝电解；高低块阴极装炉；焙烧；启动；大分流、微调整、均恒温技术

［文献标识码］Ｂ

［文章编号］１００８—５１２２（２０１３）０２—００２６—０４

［中图分类号］ＴＦ８２１

Ｐｒａｃｔｉｃｅｏｆ４００ｋＡＡｌｕｍｉｎｕｍＲｅｄｕｃｔｉｏｎＣｅｌｌｗｉｔｈ

Ｓｐｅｃｉａｌ—ｓｈａｐｅｄＣａｔｈｏｄｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅ

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Ｙｕ—ｊｉａｎｇ，ＬＩＷｅｎ?

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Ａｂｓｔｒａｃｔ：

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ｃｏｎｓｔａｎｔ

ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ

１

概述

２００８年以来，新型阴极结构电解槽利用火

焰——铝液二段焙烧新技术取得了良好培烧效果与

优异的指标。

目前，该技术得到推广，大部分厂家采用的异型结构阴极的模式如图１所示。

某铝厂技术人员在借鉴冯乃祥教授发明的基础上，结合本厂４００ｋＡ（实际运行４２８ｋＡ）大型预焙槽的特点，本着“制造简单，运行安全，节能环保”的指

图１

异型结构阴极模式示意图

导思想进行优化，开发出结构简单、运行安全环保的“高低块”模式的异型阴极电解槽，就是把第３至第２８组奇数阴极直接增加高度后作为“阻挡流动”的凸起。

具体措施如图２所示。

２常规焙烧焙烧启动方法在异型阴极结构电解槽

［收稿日期］２０１２—０９—０９

［作者简介］禹玉江（１９７４一），男，湖南双峰人，硕士，工程师，主要从事铝电解冶炼工作。

上实施的可行性

电解槽焙烧启动时间虽然短暂，但因操作、温度分布不均等因素制约，使内衬产生缺陷，对铝电解槽

万方数据

２０１３年４月第２期４００ｋＡ高低块阴极结构铝电解槽焙烧启动工艺实践——禹玉江李文超邱国利

?

２７?

图２优化后异型阴极示意图

的生产和电解槽寿命影响极大。

异型阴极电解槽结构的特殊性也就决定了焙烧工作难度更大，影响电解槽寿命问题更突出。

所以升温曲线，阴极温度要尽量均匀分布，下面就各种焙烧工艺可行性进行探讨与实验。

２．１

火焰——铝液二段焙烧技术

焙烧技术二段法方案基本成熟，技术可靠。

但

火焰——铝液二段焙烧技术操作复杂，附加设备较

多，加之受燃气供应、储存等因素制约，现阶段国内还没有大面推广。

某铝厂基于以上原因，在焙烧启动中暂时没有采用燃气焙烧法。

２．２铝液焙烧启动方案

４００

ｋＡ异型阴极结构电解槽一次性需要灌入

约１４ｔ，９００℃左右的铝液才能使铝液液面覆盖高块

２０

ｍｍ以上，与阳极连结进行导电。

如此大量的高

温铝液的直接灌入产生的最大弊端是灌到电解槽内的铝液会变冷收缩，起“阻挡流动”作用的高块会同样会受到来自铝液的急剧收缩应力的影响，产生早期的破损，甚至脱落。

故不宜采用。

２．３焦粒焙烧启动方案

在当时的情况下，采用焦粒焙烧启动方案并进行了纯焦粒（即低阴极块处用纯焦粒填充）、和焦粒结合碎炭块（即低阴极块处用焦粒结合碎炭块填充）、焦粒结合加工阴极块（即低阴极块处用焦粒结合加工好的平整阴极炭块填充）焦粒焙烧启动方案的实践。

经过三种方案的焙烧启动实践，焦粒结合碎炭块效果最好、最经济。

３焦粒、炭块混合装炉及大分流技术

焙烧方案实践

在综合分析各种装炉、焙烧启动方案的基础上，某铝厂最终使用了“焦粒结合碎炭块”装炉方案，并采用了“大分流、微调整、均恒温”技术，在４００ｋＡ异型阴极结构电解槽启动工作付诸实施，并取得成功。

技术控制要点如下。

３．１铺炉、挂极工作

首先，在低块上面均匀铺设２０ｍｍ厚的２～４ｍｍ煅后焦（规格下同）；其次，中间铺设８０ｍｍ厚

万方数据

２０～４０

ｍｍ的阳极碎块，用工具将其敲打、振实后与

高块上表面一平，该层铺设后应形成一个以高炭块表面为主的新炉底。

然后，在新炉底上按照普通槽焦粒铺设方法继续铺一层２０ｍｍ厚焦粒。

三层的

铺设长度与高块高起部位一致。

铺设完毕后的示意图如图３所示。

２～４

ｍｍ细焦粒２０～４０ｍｍ的碎炭块２～４ｍｍ的细焦粒

图３焦粒结合碎炭块铺设示意图

３．２物料装炉工作

阳极中缝、人造伸腿１０ｃｍ以下、阳极及大面上采用冰晶石粉，其他部位全部采用电解质碎块。

氟化钙适当添加控制在启动后５％左右即可。

装炉分子比控制在２．６左右，启动１２ｈ后控制在２．９～３．０左右。

角部极部位采用空腔、其余基本为实腔。

３．３采用“大分流、微调整、均恒温”技术

普通槽阴阳极之间利用焦粒作为导电介质应该是导电均匀，各部位升温基本一致。

但在实际的工作中受阴阳极材质非均性、焦粒粒度、分布等因素影响，必然存在导电不均现象。

因发热区不易观察和测量，导致对过热处的处理调整时间大幅延后。

“高低块”异型槽阴极的特殊结构在设计上便决定了阴极导电不均问题的存在。

第一，低块处填充了焦粒和碎炭块，即便采取了压实措施，使之与高块表面持平，但与阴极有一定差别，影响电流均匀分布。

第二，由于阳极组和阴极宽度不同，高低相间，造成阳极组和阴极高块无规则错牙式对应，高块与阳极组对应处导电好于低块处，直接影响温度的均匀分布。

为此，某铝厂采用了“大分流、微调整、均恒温”的焙烧控制技术。

该技术理念：

保护在先，调整在后，时时受控。

技术的核心：

采用大量分流片形成与阳极炭块并联的可调电阻控制器，通过拆除分流片时间和数量实现对单块阳极的电流输入，从而实现了对全槽温度的均匀控制。

３．３．１大分流

大分流是相对常规分流量来讲。

某厂采用两级分流措施，约为常规分流量的１．５倍。

一级为分流器分流，就是从阳极水平母线和立柱母线之间用分流器进行分流，每组分流器由８片２×１８

Ｘ

２２５０ｍｍ

?

２８?

有色冶金节能

６０

口工艺节能

的钢片制作而成，共计６组。

二级分流是指用２×

１２

ｘ

ｈ后需增加炉底钢板温度项。

一般情况下，电压低于３Ｖ时拆温度较低的阳

３４００

ｍｍ的钢带将阴极钢棒与钢爪进行连接

进行分流，每个钢爪头焊接一片分流片，角部阳极组为４～６片。

在此种分流设计下，通电初期槽冲击电压在

４．０

极低处所对应的分流器，每拆完一组分流器后电压会上升０．１Ｖ左右，变化较小。

分流器完全拆除完毕后，拆分流片。

需要分三步确定需要拆除的分流片：

首先选择温度最低的阳极组；其次选择该阳极组对应的温度低的阴极钢棒；再次选择该阴极钢棒对应的温度最低的分流片。

基于大分流技术的实施，局部高温现象得到有效遏制，低温部位及时检测。

通过拆除分流片，提升电流，随之提升了温度，从而实现了“控高温、提低温、均恒温”的目标。

３．４焙烧实践

２０１０年５月９日８：

００，某铝厂３０４７槽利用塞尔开关通电，系列电流４２８ＫＡ，冲击电压３．５

Ｖ。

１０

Ｖ以下，稳定值３．０Ｖ左右。

较低的冲击电压和

初期较低的焙烧电压是避免高温异常点，实现温度均匀控制的基础。

３．３．２微调整

采用两级分流后，分流量大，通过阳极的电流大幅减少。

初期电解槽各部位的温度（电流）上升速度缓慢，原来常见的局部过热现象不复存在。

工作重点由检测过热点控制局部过热直接转变为寻找温度低点提升温度。

采用的分流器和分流片数量众多，每拆除一片分流片槽电压上升甚微，仅为０．０２Ｖ左右，从而保证了全槽温度的微化、量化控制。

３．３．３

ｍｉｎ内下降到３．０Ｖ，１７：

００电压下降到２．７８Ｖ后保持平稳。

１７：

２０开始拆第一组分流器后电压升高０．１

Ｖ

均控温

有均恒温在每个时间段电解槽内的温度分布均匀和温度的提升应和理论升温曲线相近这两层含义。

用双阳极焙烧异型电解槽时，不宜再采用阳极电流的测量值作为拆除分流片的主要依据。

从现场反馈的信息看，某组阳极电流分布较小，但有可能受阳极质量、铺炉操作等多种因素影响，而导致电流向改组阳极局部偏流而造成过热现象。

为了更好的控制各部位温度，应选取具有实际控制意义的点进行测量，主要有钢爪、阳极中缝、阴极钢棒温度等处。

根据焙烧的实际状况，可自行确定测量时间间隔，

３．７３．５３．３３．１２．９２．７２．５

左右，以后每隔２～３ｈ拆一组分流器，使电压保持在３。

０～３．２Ｖ。

分流器拆完以后，开始拆除分流片，使槽电压保持在３．０～３．２Ｖ，启动前２４ｈ，分流片全部拆除完毕，此时电压会逐步自动下降，启动前可以降至２．２Ｖ，全槽温度达到９６０ｏＣ左右，达到启动条件。

焙烧期间电压保持如图３和表１所示。

升温曲线较平稳、合理，阴、阳极电流分布也未出现偏流情况。

图３表１

３０４７‘槽焙烧期间电压曲线图３０４７‘槽焙烧期间电压保持情况

４启动方案的确定及实践

４．１启动方案的确定

异型阴极与普通阴极装炉的最大区别就是：

焦

粒和碎炭块数量极大，约为常规使用量的３倍。

如果不能及时捞出，必然会导致阳极长包，严重情况下可能发生偏流脱极等严重问题。

在完成启动必要目标的前提下，细化了启动的

万方数据

２０１３年４月第２期４００ｋＡ高低块阴极结构铝电解槽焙烧启动工艺实践——禹玉江李文超邱国利各个环节。

要求逐步提升启动时的温度，避免高温电解质对人造伸腿的热冲击，缓慢完成对人造伸腿的继续焙烧，启动终结温度控制在１０３０℃以下。

４．２启动实践

经检查，启动前３０４７槽电压２．３４７Ｖ，有８５％以上的阳极组发红，中缝贯通，电解质液面高于高块表面６ｃｍ以上，无局部过热现象，具备启动条件。

旋紧卡小盒卡具后电压升至２．９９Ｖ，一次性灌人分子比２．６左右的液体电解质１１ｔ，灌完后电压８

～１０Ｖ，１

?

２９?

启动结束后，加入适量纯碱，根据培养电解质需要，加入适量电解质块保护侧部人造伸腿。

５

结论

（１）高低块阴极电解槽铺炉使用焦粒结合碎炭

块作为导电介质焙烧启动是可行的，虽然清炉底、捞渣工作工作量大，时间紧，但如果利用天车抓斗，可以较顺利完成。

低阴极块处如果用电解质碎块、焦粒结合碎炭块三等分填充，效果会更好。

（２）１４０台高低块电解槽启动及后期管理过程中无阳极脱极、长包，无阴极高块掉块。

通过启动后１年来的数据检测，高低块阴极电解槽焙烧启动实现了预期目标。

高低块阴极电解槽实现了异形阴极电解槽的效果。

（３）准确、及时的焙烧数据测量、分析和利用是“大分流、微调整、均恒温”技术是焙烧的关键的基

础。

ｈ后开始拔极清理工作。

由于电压自动下

降速度过缓，为避免对侧部人造伸腿造成热冲击，２ｈ后启动定时下料程序，促使电压下降。

随着电解质的灌入，从烟道端打捞分离出来的漂浮到中缝的炭渣和碎炭块，同时速测槽全流分布，分布异常立即处理。

１ｈ后测阳极电流分布并结合阳极的工作状态开始清炉底。

每拔起和清完一组阳极炉底后，电压变化值分别为０．３５Ｖ和０．２Ｖ。

同时，随着物料的熔化、温度的上升等因素的影响，电压会缓慢下降。

拔阳极过程中，应根据电解质水平、槽温等情况，补充适量电解质碎块。

同时，检测炉底钢板温度、阴极钢棒温度等，随着启动时间的推进，温度分布进一步均匀。

［参考文献］

［１］邱竹贤．铝电解原理及应用［Ｍ］．徐州：

中国矿业大学

出版社，１９９８．

［２］

刘业翔，李劫，等．现代电解铝［Ｍ］．北京：

冶金工业出

版社．２００８．

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ｐ。

４、。

产

（上接）

少一次洗涤，从而提高了洗涤效率，缩短了液固分离洗涤时间，从而抑制二次反应的进行程度。

２．７保证洗水温度

过低的洗水温度会影响洗涤效率，进而影响一次洗涤和分离沉降槽的温度，不利于液固分离。

一般要求洗水温度要大于９５℃，污水应集中加热。

３

（３）二段溶出技术适用于低Ａ／Ｓ熟料的硅钙渣液固分离、洗涤。

（４）选择合适的熟料溶出条件有利于抑制二次反应的发生程度。

（５）通过计算，提出了一次沉降分离、一次沉降洗涤和两次翻盘真空过滤机洗涤新的硅钙渣分离、洗涤流程，缩短了液固分离洗涤时间，可抑制二次反应的进行程度。

［参考文献】

［１］［２］

刘祥民．烧结法赤泥洗涤中的二次反应及全沉降槽洗涤流程的探讨［Ｊ］．轻金属，１９９６，（１０）：

９—１１．杨重愚．氧化铝生产工艺学［Ｍ］．北京：

冶金工业出版

社．１９９３：

２３０—２４８．

结论

（１）二次反应是熟料中２ＣａＯ?

ＳｉＯ分解引起的

一系列化学反应，其结果影响Ａ１：

０，和Ｎａ：

０的溶出率。

（２）严格的熟料配方和合格的烧成熟料是保证熟料溶出及液固分离、洗涤平稳运行的前提条件。

万方数据

作者：

作者单位：

刊名：

英文刊名：

年，卷（期）：

禹玉江，李文超，邱国利，YUYu-jiang，LIWen-chao，QIUGuo-li山东南山铝业股份有限公司,山东龙口,265713有色冶金节能EnergySavingofNon-ferrousMetallurgy2013,29

（2）

1.邱竹贤铝电解原理及应用1998

2.刘业翔;李劼现代电解铝2008