近年来,铝电解槽焙烧启动方法的发展趋势就是加强对升温速度的控制、提高焙烧温度分布的均匀性和实现无效应启动。目的是尽可能减小对内衬的热冲击、使电解槽能尽快地转入正常生产及保护环境。采用焦床法时,为加强对升温速度的控制,各铝公司纷纷开发分流技术,并采用阳极软带连接阳极大母线和各阳极导杆。例如,法铝各型电解槽都开发了相应的标准分流器。焙烧电流一般分四步以上,在不少于24小时内逐步增大到系列全电流。软带连接也是一项非常重要的技术。
实践证明,它具有如下作用:改善了阳极和阴极的电流分布、减少了阴极表面产生“热点”的可能性、使阳极与焦层一直保持良好的接触和省去了反复松紧阳极夹具的操作等。采用燃气法时,为更好地控制升温速度和监测焙烧状况,近年来引入了计算机控制技术。通过调节燃料流量,可以按预先设定的升温曲线比较准确地控制升温速度。在监测室里可以看到各点的实际升温情况,通过调整各喷枪的流量和喷嘴的方向中,可以调整各点的升温速度。焙烧过程中的设定升温曲线、各点的实际升温曲线和异常情况都在计算机屏幕上显示出来并记录下来,便于监控、分析和改进。而这些是焦床法难以做到的。这是因为采用焦床法时,人对焙烧功率的控制手段是有限的,即焙烧功率不能按照人的意愿而方便地随时加以调节。假设焙烧功率在一段时间内保持不变,随着温度的上升,电解槽的热损失和炭素材料的比热是增加的,因而升温速度会慢慢降低。焙烧过程中焦床的电阻会大幅度减小,而分流器电阻会有所增大,故焙烧电流会增大。其增大幅度主要取决于电解槽电阻(含焦层电阻)与分流器电阻的相对变化。焙烧电压和焙烧功率也会随着电阻和电流的变化而变化。其具体变化与所选择的分流器材料、尺寸、焦床材料、焦层厚度、焦粒粒度、阴极炭块类型和温度等因素有关。所有这些变化都无法在焙烧过程中加以调控。关于分流器材料,一般选用钢、铝或镍铬合金。为提高焙烧温度分布的均匀性(即减小水平温度梯度和垂直温度梯度),除加强对升温速度的控制外,还须加强对内衬各部位温度变化的监测。为此应在阴极炭块的表层(离表面约2厘米)和阴极炭块与耐火砖之间的垫层中分别埋设不少于四支热电偶,在耐火砖层下及保温层中分别埋设不少于两支热电偶。焙烧开始后,应详细记录和分析各热电偶的温度变化和寿命,为及时调整焙烧过程及日后改进焙烧方法和分析内衬破损机理提供第一手资料。采用焦床法时,还必须加强对阳极电流分布和阴极电流分布的监测。
由于阳极效应期间电解槽排出大量强温室气体CF4和C2F6和其他有毒气体,近年来西方各铝公司都想设法减少阳极效应的次数和持续时间。实现电解槽无效应启动以减少有毒气体的排放就成为铝业界追求的目标之一。为实现无效应启动,应做到如下几点:
1、提高焙烧温度。最终焙烧温度(炭块表面)应达到920℃或更高。
降低垂直温度梯度。一般要求焙烧结束时阴极炭块底面的温度达到800℃。为达到上述两项要求,需适当延长焙烧时间。采用焦床法时,焙烧时间不应少于48小时,采用燃气法时,焙烧时间为72小时左右。
、启动时应避免内衬冷却。为此一般不清除焙烧时用的保温材料,并将极距降低至1-2厘米。
灌电解质和通电应尽可能快。应有足够量的热电解质,且电解质中不应有铝。
5、应非常缓慢地提高极距。电解槽焙烧温度提高后,电解槽运行初期的槽电压减小,槽电压的波动也减小,电解槽能较快地转入正常生产。为更好地了解焙烧过程中的温度梯度和应力分布,近年来发展了焦床焙烧法的三维暂态传热数学模型和模型的求解方法。内衬设计、内衬材料及焙烧参数(如焙烧时间、分流器组数、分流器电阻、断开各分流器组的时间、焦床厚度、焦床形状和填在阳极炭块之间的缝隙中的材料的类型及高度等)对焙烧过程的影响都能在计算机上进行模拟分析,从而有助于获得最佳的焙烧设计,同时也有助于改进内衬结构设计。