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铝电解槽的焙烧启动过程及条件

   日期:2010-10-11     浏览:2500    评论:0    
核心提示:在大型预焙铝电解槽的焙烧启动工作中,无论采用何种技术方法,均必须使投入的固体物料充分熔化,其电解质温度应稍高寸于正常生产中的电解质温度,这是因为在启动初期投入的固体物料若不充分熔化,将沉淀于电解槽底部,当注入液体铝水后造成炉底温度的降低,使其难于熔化造成凝固,长时间便在电解槽底部结成坚硬的块状物体,即影响了电解槽的正常生产,增加了电能消耗,又影响了阴极和槽内衬的寿命。此外,在新启动的电解槽上散热损失过大,槽内衬在启动后相当一段时间还会吸收大量的热能,若启动时电解质温度过低,很容易出现电解质急速下降,并在电
 铝电解槽的焙烧启动是电解槽进入正常生产期的先决条件,也是关键时期。如新生儿一样,只有从小时候坚持锻炼,长大后才能有健壮的体格。

因此,电解槽的焙烧启动直接影响电解槽的“体质”,也影响电解槽的寿命,特别是内衬的寿命。

一、焙烧启动方法的选择 对大型预焙槽而言,焙烧启动方法的选择主要应遵循以下四项原则:
其一,延长电解槽寿命。在焙烧启动期间,应尽量减少对阴极内衬的热冲击,避免因阴极裂纹而导致电解槽早期破损,影响槽寿命;
其二,尽量缩短焙烧时间,提高经济效益;
其三,焙烧操作要简单易行,不能过于复杂;
其四,焙烧成本不能过高。
1、焙烧的目的: 焙烧的主要目是焙烧阴极:通过焙烧使阴极炭块之间炭糊,或全部用炭糊捣固成的阴极炉衬进行烧结,成为1个完整的炭素炉膛;烘干炉底内衬并提高炉膛温度,使之接近于生产温度(约900℃左右),以利于下一步启动;使阳极和阴极导电性能良好,因此,焙烧时温度上升应缓慢而均匀。焙烧期间要遵循两个原则:其一,控制内衬升温速度,严格内衬管理;其二,将阴极烧成一个整体。
2、焙烧方法概述: 目前,国际上常见的铝电解槽焙烧方法有两种,一为电焙烧法,二为燃气、燃油焙烧法。其中,电焙烧法按焙烧所需发热电阻物料又分为铝液焙烧法、焦粒焙烧法、石墨粉焙烧法。
1)铝液焙烧法: 该方法是在装好的电解槽上,向炉内注入一定量的铝液(160kA预焙槽一般为2.5~3.0t),然后通以直流电。利用铝液在通以直流电状态下产生的热量来焙烧阴极。阳极底掌至阴极碳块表面距离20mm左右,由于铝液铺满在炉底约8~15cm厚,且铝液的电阻较小,故产生的热量较低。铝液温度从初始的100~200℃缓慢升至900~1000℃,约需192h左右的时间。启动6~8小时后灌铝,转入启动后期管理阶段。该方法操作简单、焙烧温度上升缓慢均匀,但在注入高温铝液时会使阴极内衬受到强烈的热冲击,内衬中的糊料因收缩而产生裂纹,由于液体铝凝固点低,仅为660℃,铝液渗入到内衬中凝固下来。在后期的焙烧启动及生产过程中,随着温度的升高,本已凝固的铝会熔化并形成渗铝通道,造成电解槽早期破损甚至漏炉。
2)焦粒焙烧法: 焦粒焙烧是在电解槽的阴极炭块表面均匀铺设一层焦粒,厚度为20mm,然后吊装阳极,安装分流器、软连接等进行通电。通电后利用焦粒电阻和阴、阳极炭块的自身电阻加热焙烧电解槽至启动。这种焙烧方法需要安装和拆卸分流器及软连接,操作过程稍稍有些复杂,最大的缺点是侧部烧成不好;其主要优点是焙烧时从常温开始逐渐升温,槽内首先生成的是冰晶石熔液,在焙烧期间和启动初期没有铝液存在,高熔点的冰晶石熔体先行填堵了因材质、筑炉,预热焙烧等原因产生的内衬裂缝,避免了铝液焙烧灌入的高温铝液对阴极内衬产生的强烈热冲击,减少了铝水先接触内衬进入阴极缝隙后随温度上升缓慢渗透导致破损停槽的危险;使用分流器可使电解槽在低于系列电流强度的电流下进行焙烧,这样就减小了加热过程中的温度梯度,降低了内衬材料损坏的危险。且该法操作相对简单,可行性高。因此,目前国内铝企业普遍采用焦粒焙烧法。
3)石墨粉焙烧法 与焦粒焙烧法操作基本相同,先将石墨粉铺设于槽底,厚度为21~28mm,坐上阳极,通以直流电,靠石墨粉本身的电阻发热来烧成阴极。该法不需用分流器,全电流焙烧,石墨粉质软,且铺设厚度较高,阳极底部接触好,电流分布均匀,温度分布均匀,具有焦粒焙烧法的优点;但操作可行性差,焙烧终止时,温度不能提高,灌入电解质后只能用效应启动,使槽底升温过快。
4)燃气、燃油焙烧法 采用燃气、燃油等燃料进行预热焙烧启动法,该法温度控制好,焙烧时阴极面上的温度分布均匀,焙烧产生的热量在良好的保温状态下散失较少,焙烧效果好,焙烧速度也较快,但因其焙烧成本太高,且管理难度大而很少被生产采用。

二、焦粒焙烧法 焦粒焙烧是在电解槽的阴极炭块表面均匀铺设一层焦粒,然后吊装阳极,安装分流器、软连接等进行通电。通电后利用焦粒电阻和阴、阳极炭块的自身电阻加热焙烧电解槽至启动。
1、焙烧装炉作业 装炉前,首先要对电解槽进行全面彻底的检查,检查项目如下:电源、阳极升降装置、回转器、槽上料箱氧化铝量、氧化铝下料、打壳击头、烟管排风量转换阀门、阳极母线与铝导杆接触面、短路片安装、阴极棒的焊接、母线装置的异物、各种绝缘测试、阳极大母线位置等等。检查完毕并确认达到验收标准后,即可进行装炉作业。首先将槽底清扫干净,铺上一定厚度的焦粒,一般为15~25mm,粒度为1~4mm,用板尺刮平;然后吊装阳极、装料,装料顺序一般为氟化钙、电解质块、槽达、冰晶石,也有用冰晶石混合其中:既先装氟化钙,铺上一层冰晶石,堆砌电解质块,装一定量槽达,铺上一层冰晶石,再装槽达,用冰晶石装满炉膛;最后,安装软连接、分流器,通电焙烧。
2、装炉作业的技术问题
1)焦粒的铺设方法 ①铝框、铝环法 此种方法是预先将铝框、铝环放置在槽底,其间铺以焦粒,然后吊装阳极。 ②栅栏框架法 此种方法是利用栅栏框架逐步铺设焦粒。先将栅栏框架平整地摆放在阳极投影区域,倒入焦粒,用扳尺刮平,然后将栅栏框架取走,继续用来铺设下块极所用的焦粒。 ③铝扳框架法 铝扳框架由多个锥形格点组成,焦粒通过此小锥形孔漏下,当装上阳极后,小锥形的焦粒将被压成一定高度的平面,阳极与焦粒接触良好。
2)分流方式的选择 焦粒焙烧主要是利用焦粒来导电,利用焦粒电阻发热焙烧。焦粒的导电情况是由焦粒自身电阻和焦粒之间的接触电阻来决定的。由于焦粒电阻远大于铝液电阻,所以焦粒焙烧需采用分流器构成电流并联支路,来防止通电初期冲击电压过高,对阴极内衬造成损伤并解决短时间内难以达到全电流而给系列供电带来的影响,从而保证系列其它电解槽的正常生产。
分流器一般选用普通钢材,分流器的作用:
①分级增加输入槽内电流,减轻电流冲击。②可尽快升至全电流,减少对系列生产槽的影响。安装分流器通电后,可使部分电流通过分流器进入阴极母线,另一部分电流通过焙烧槽进入阴极母线。随着槽内温度不断上升,焦粒及阳极、阴极的导电状况逐渐改善,可分段拆除分流器。分流器的安装方式很多,但基本都是以操作简单、分流率不能过大、分流时间不能过长为原则。分流器的安装部位一般有两种,一种是在阳极与阴极间分流;另一种是在阳极母线与阴极母线间分流。
3、启动
1)启动的必要条件 ①表面60~70%部分温度达到900℃以上。
②槽内60%以上面积有10~15cm熔融电解质。
2)启动方法 焙烧槽的启动一般有干法和湿法两种,因干法启动对内衬热冲击过大,因此,生产中一般采用湿法启动。湿法启动又分为湿法效应启动和湿法无效应启动,其中湿法效应启动比较适宜,为平稳的启动方法。
①湿法效应启动 湿法效应启动是先向槽内注入一定量的电解质,并逐渐提升阳极,使之发生阳极效应,效应电压为20~30V,效应持续时间为20~30分钟,待槽内物料基本熔化后,熄灭效应,启动结束。注入电解质量一般为5吨左右,启动结束后,电解质水平为25~35厘米。
②湿法无效应启动 湿法无效应启动是分3次向槽内注入约8吨电解质,同时提升阳极,但要加以控制,使电解槽不发生阳极效应。一般电压保持8~10V,持续时间1小时左右,待槽内物料基本熔化后,降低电压到7~8V,启动结束。一般采用湿法无效应启动电解槽后,要等待一个效应,使电解槽转入正常生产。
 
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