——铝电解槽的焙烧启动与非正常期管理

1、2、预焙铝电解槽的焙烧、启动及非正常期管理新建或大修后的铝电解槽在进入生产前，要经过焙烧与启动过程。而从启动结束到转入正常生产，还需要一定的过渡时期。这一时期称之为非正常期。所谓焙烧（对于预焙槽而言，又称为预热），就是利用置于铝电解槽阴、阳两极间的发热物质产生热量，使电解槽阳极、阴极（含内衬）的温度升高，实现下列目的：使阴极炭块间和槽周边的扎糊烧结焦化，与阴极炭块形成一个牢固的整体；烘干阴极内衬，并逐步将槽膛温度提高到接近电解温度（900以上），为启动电解槽做准备。所谓启动，就是使电解槽在联通了系列电流的状态下，形成发生电解反应所需具备的基本技术条件，包括形成一定高度的电解质熔体和铝液，并使铝

2、电解槽的主要技术参数（极距、槽电压、槽温、电解质成分、氧化铝浓度等）进入到电解所需的范围之内。启动后的非正常期是使铝电解槽逐渐建立正常的生产技术条件的过渡时期。在这一时期，电解槽由启动初期的高槽温、高槽电压、高电解质水平、高分子比逐渐走向正常水平，并在槽膛四周逐渐形成由-Al2O3与冰晶石组成的固态结壳，建立起规整、稳定的槽膛内形，从而建立起理想的热平衡（能量平衡）与物料平衡。电解槽的焙烧启动虽然只有短短的几天，但对电解槽启动后的工作状态产生重大影响，尤其是对电解槽的寿命产生决定性的影响。非正常期的长短视不同的槽型、运行条件与技术方案在13个月之间，该时期管理好坏也直接关系到电解槽能否顺利转入

3、正常生产，而且对电解槽寿命产生巨大影响。焙烧启动与非正常期管理不当，很容易造成阴极破损、漏槽事故，或者会使电解槽先天不足，终身病态。因此，许多学者的论述均提醒对铝电解槽的焙烧、启动与非正常期管理给予足够重视1-3。2.1 焙烧铝电解槽焙烧方法可以分为两大类，一类为电焙烧法；另一类为燃料（燃气、燃油）焙烧法（又称外加热法）。根据发热电阻物料的不同，电焙烧法又分为：铝液焙烧法，即用铝液作电阻体的电焙烧法；焦粒（或石墨粉）焙烧法，即用焦炭颗粒或石墨粉作电阻体的电焙烧法。（1）铝液焙烧法铝液焙烧法是在电解槽内灌入一定量的铝液，覆盖在阴极表面上，并且与阳极接触，构成电流回路，电解槽通电后产生热量，焙烧电

4、解槽。铝液焙烧法示意图见图1。铝液焙烧的基本程序是，焙烧之前在槽膛四周用固体电解质块砌筑堰墙，以减缓铝液对人造伸腿的直接冲击并缩小铝液的铺展面积，完成堰墙砌筑后将预焙阳极安放在离阴极表面约22.5cm远处；然后从从出铝端灌入铝液（铝液厚度约4cm），铝水布满槽底包住阳极后即可通电；接着往槽内装入冰晶石和纯碱，并将冰晶石覆盖到阳极上以加强保温并避免阳极氧化；最后通入全电流进行焙烧。由于铝液本身电阻很小，大部分热量则由阴极和阳极产生，总发热量不大，这是铝液焙烧电解槽一次通入全电流的原因。尽管通入全电流，因产生的热量较低，一般大型预焙槽的焙烧时间长达78昼夜。在焙烧初期刚通电时，冲击电压会高达6伏，

5、随后电压逐渐降低（因槽底电阻逐渐减少），在第6昼夜时，电压降低到1.5伏，因为此时发热量低而无法满足焙烧温度的要求，因此要稍稍提升阳极，使电压升高到2伏左右，然后继续焙烧。提升阳极之前，铝液的温度在很长时间内保持在600左右，但在稍稍提升阳极之后，铝液温度很快就会升高到900980。整个过程以控制铝液温度的上升速度为管理点。经过8昼夜的均匀而缓慢地焙烧之后，达到启动温度后，电解槽便可以启动了图 1 铝液焙烧示意图1 阳极母线； 2 阳极； 3 铝水； 4 阴极碳块； 5 电解质、冰晶石、保温料。（2）焦粒（石墨粉）焙烧法（a）焦粒焙烧法焦粒焙烧法是在阴、阳极之间铺上一层煅后石油焦颗粒作为电阻体

6、，电解槽通电后，焦粒层便在阴、阳极之间产生焦尔热，焙烧电解槽，同时，阴极和阳极本身的电阻也产生热量，在其内部焙烧。焦粒焙烧法示意图见图2。焦粒焙烧法的基本程序是，在焙烧开始之前，在阳极与阴极之间均匀地铺设一层粒度约13mm、厚度约1020mm的煅轧后的焦粒，作为“加热元件”，其中焦粒应选用抗氧化性能强、体积密度变化小和粒度适当的煅后焦粒，以便有利于焦粒层与阳极底掌之间的通电接触良好和发热电阻稳定；焦粒铺设好后挂上阳极并将阳极压实在焦粒层上；为了使阳极的重量全部压在焦粒上，并保证焙烧过程中槽底膨胀变形不影响阳极与焦粉的良好接触，目前一般都采用软联接器来联接阳极导杆与阳极大母线；与铝液焙烧类似，在

7、电解槽装料前在槽膛四周用固体电解质块砌筑堰墙以保护人造伸腿（但目前一些企业不再这样做，理由是电解质块在电解槽启动时及启动后很容易滑到阳极底下，妨碍阳极升降，甚至顶坏阳极升降机构的丝杠，并且电解质块溶化慢，容易导致边部形成沉淀，妨碍高质量槽膛的形成）；接下来，将冰晶石与纯碱添加到槽内和阳极上，起保温和避免阳极氧化作用；并且安装分流器，使电解槽在通电焙烧的初期阶段有一部分电流被分流，不经过焙烧槽，避免升温过快（当电解槽需要加大焙烧电流时，分阶段拆除分流器）；最后通电焙烧。大型槽一般分45级送电，在每级电流停留35分钟，在20分钟内送满全电流。焙烧过程中通过调整分流器来调整实际进入焙烧槽的电流强度。

8、电解槽通电后焙烧6070小时，槽电压从最初的4左右 (冲击电压约为6)逐步降至约2。阴极表面温度也从冷态逐步焙烧至950左右。中缝、阳极缝间的冰晶石已熔化成电解质液（高度1020cm）。至此，电解槽完成焙烧，具备启动条件。图 2 焦粒焙烧法示意图1 阳极母线；2 软连接；3 阴极内衬；4 阳极；5 焦粒； 6 电解质块、冰晶石、保温料（b）石墨粉焙烧法石墨粉焙烧法与焦粒焙烧法类似。它是采用不同粒度配比的石墨作为焙烧发热电阻体，用专门的格筛将其均匀铺满电解槽槽底，然后将阳极直接坐在铺好的石墨层上。装好炉料后即可直接送电焙烧。在电解槽通电焙烧期间，要对槽底的焙烧温度进行跟踪测量，所有极缝之间都要作

9、为跟踪测量点，当测量槽底的平均焙烧温度达到780时，就具备了启动条件。到达此温度一般只需72小时。由于石墨粉导电性好，该法不用分流片，直接采用全电流焙烧，电耗费用低。但与焦粒焙烧法相比，其工艺技术要求更加严格。在电解槽阴极表面铺设石墨层时，要求将石墨铺平、铺均、高度一致，否则将导致焙烧时导电不均匀，影响焙烧效果。由于国产石墨粉是生产石墨电极的附属产品，里面含有杂质，因此石墨的成分难以保证；阳极导杆和阳极炭块的浇铸必须垂直，表面要光滑平整，以保证阳极与石墨层充分接触；操作要一次完成。以上要求高且操作难度大，加之石墨粉价格高且熔化电解质费用太高，因此与焦粒焙烧比较优越性不大，目前少见应用。（3）燃

10、料焙烧法图3 燃料焙烧示意图该法是在阴、阳极之间用火焰来加热，因此需要可燃物质、燃烧器，同时阳极上面要加保温罩，才能使高温气体停留在槽内，并防止冷空气窜入。火焰产生在阴、阳极之间，依靠传导、对流和辐射，将热量传输到其他部位。图3是燃料焙烧示意图。燃料通常为油、天然气或煤气。待电解槽焙烧完毕后，通电、启动同时进行。美国4、挪威5等国先后对燃料焙烧进行了试验研究并获得较好的结果。我国的中国铝业股份广西分公司与重庆大学合作在国内率先进行了燃料焙烧法的工业试验研究6。使用燃油焙烧的燃料焙烧系统包括一个燃烧器，一个喷油嘴和供油系统、空气管和燃油管；一个控制装置，控制热电偶和绝热罩。调节预焙阳极为燃烧提供

11、燃烧空间，把燃烧器放在适当的位置，以保证在碳块表面上有最大的热气流循环和最小的火焰冲击。焙烧完成时，关闭燃油（空气）的供给系统，移开燃烧器和绝热罩，下降阳极，使阳极恢复到电解槽启动的位置。向电解槽内灌入熔化冰晶石的同时，通电启动电解槽。（4）三种焙烧法的优缺点比较（a）铝液焙烧法的优缺点铝液焙烧的优点比较突出，即方法简便，容易操作，不需要增加任何其他临时设施；焙烧后，电解槽内的温度分布虽然不均匀，但不会出现严重的阴极局部过热的现象；由于阴极的表面覆盖一层铝液，因此在焙烧过程中，阴极碳块不会被氧化；可以使用部分高残电极焙烧，有利于降低生产成本，启动后电解质洁净无夹杂，省工省料。虽然铝液焙烧具有上

12、述优点，但是其缺点也同样突出。首先，铝液焙烧启动法因铝液的电阻小升温慢，焙烧时间长，造成焙烧过程能耗较高，效率较低；其次，铝液首先与阴极表面接触，在焙烧过程中阴极表面产生缺陷和细小裂纹，首先由金属铝液充填，由于金属铝的热胀冷缩作用以及电解温度的变化，渗透阴极细小裂纹中的金属铝凝固和熔化的交替作用，会进一步使细小裂纹扩大，加速铝液渗透作用，造成铝液进入内衬中而导致电解槽早期破损；另外，焙烧温度低也给阴极扎缝糊和边部扎固糊造成焙烧不彻底，启动后升温剧烈，升温梯度过大，造成较大的内应力使其产生裂缝，金属铝液进入裂缝，进而破坏电解槽的热平衡，使金属铝的热胀冷缩作用以及电解温度的变化的频率加快，反过来加

13、速铝液渗透作用，造成电解槽早期破损或寿命较短；对大型电解槽，由于电解槽底的阴极表面积很大，铝液还未充满阴极表面便开始凝固，如何确保铝液在通电之前，以液态的形式充满阴极表面又成为一个难题。随着大型预焙铝电解槽的推广使用，尤其是大型预焙铝电解槽长度的增加使灌铝操作变得复杂和困难，再加上大型预焙铝电解槽单槽造价的大幅上升，追求较长电解槽寿命以降低原铝成本是现代电解铝厂的主要目标之一，因铝液焙烧法对电解槽寿命的影响比较大，故现在铝液焙烧法在大型预焙槽上被淘汰。（b）焦粒焙烧法的优缺点焦粒焙烧启动方法克服了铝液焙烧启动存在的一些缺点（尤其是铝液焙烧启动法对大型槽槽寿命的不利影响），具有时间短、效率高、对

14、电解槽寿命产生有利的影响等优点。阴极碳块由常温逐步升高，且首先与液体电解质接触，这样焙烧过程中阴极表面产生缺陷和细小裂纹将由电解质填充，加之此时电解质分子比较高，一般在2.8以上，因此，将有效的阻止正常电解过程铝液渗透，对阴极起着保护作用，也就是说对电解槽寿命产生有利的影响。我国白银有色金属公司铝厂是我国最早在大型预焙槽上开发应用“焦粒焙烧电解质湿法启动技术”的工厂7，1989年8月在从日本千叶铝厂购买的155kA预焙槽上使用该技术，十年后（1999年）通过甘肃省科技成果鉴定。其后，随着我国大型预焙铝电解槽的快速推广应用（并已将自焙铝电解槽淘汰），新型焦粒焙烧启动法迅速在全国推广应用，已取代了

15、铝液焙烧。新型焦粒焙烧启动法经过这几年大量的应用，其自身的缺点也逐步体现出来，其最大的缺点是电解槽焙烧过程中，因铺垫的炭粒不可能达到完全均匀一致等原因，难以保证电流均匀分布。虽然采用了软连接技术和分流器装置，增强了对电流分布的调整，但调整效果有限。电流分布的不均匀导致阴极表面温度不很均匀，可能产生局部过热。此外，该法对槽边部扎固糊（人造伸腿）的焙烧不良；启动后电解质碳渣多，需要清除碳渣，费工费料。（c）燃料焙烧法的优缺点燃料焙烧法可通过调节燃烧器来控制加热速度，加热速度的可控性好，并可通过移动加热器来控制温度分布，使阴极表面温度缓慢均匀上升；在焙烧过程中，由于阴极表面和阴极本体的温度梯度较小，

16、因而热应力较小，有利于防止阴极表面形成裂缝；由于焙烧时被完全密闭，所以辐射热和沥青烟的散发量减少，消除了电阻焙烧过程中的调整阳极作业，焙烧操作的环境得到显著改善；对边部扎糊的焙烧能达到其它焙烧方法无法达到的效果；与焦粒焙烧法一样，启动时首先灌入的电解质能填充阴极内衬以及边部扎固糊因焙烧而出现的裂纹；启动后电解质洁净，也不需要捞除碳渣。燃料焙烧需要专用的较复杂的燃料燃烧装置，方法复杂，操作难度大，装置维修量大，焙烧过程燃料消耗（能耗）高，并且人们对电解高温环境使用燃油、燃气（特别是燃气）的安全问题存在担心。从工艺本身而言，该法最大的缺点还是阴极氧化问题。由于高温烟气的氧含量控制以及燃烧空间的密封

17、问题难以解决，阴极表面被烟气和空气氧化的问题难以解决好，严重时阴极碳块和捣糊缝燃烧；虽然能对侧壁生糊进行焙烧，但容易产生垂直裂缝和表面剥落现象。上述阴极氧化问题成为导致电解槽早期破损的重要隐患。为了避免阴极氧化，可采用在阴极表层铺设耐热钢板，但这些装置的设置一方面阻止了燃烧的高温烟气对阴极的热传输，使燃料焙烧的优势不能充分发挥；另一方面需要大量的机械和相应的配套设备来达到控制阴极碳块及扎缝和边部扎糊的燃烧，使操作进一步复杂。中国铝业股份广西分公司与重庆大学合作开发的高温烟气焙烧技术强调使用燃料燃烧产生的高温烟气来加热铝电解槽（而不是火焰直接加热），并通过对关键装置（燃烧器和分配室）的优化设计来

18、降低高温烟气的氧含量8，以避免火焰和烟气本身对阴极的氧化，但依然不能解决因密闭不好漏入空气导致的氧化问题。目前，该方法在我国尚处于试用阶段。（d）三种焙烧法的定性比较 表1是对三种焙烧方法在大型预焙槽上应用效果的定性比较。须指出，由于各方法的成熟程度不同，同一方法在不同企业或不同条件下的实施效果也存在差异，加之各方法在某些比较项（例如温度分布均匀性）既有有利的一面，也有不利的一面，因此一些定性比较存在不确定性或存在分歧。表1 三种焙烧方法在大型预焙槽上应用效果的定性比较序号项 目铝液焙烧焦粒焙烧燃料焙烧1焙烧时间长短较短*2升温控制难较易易*3温度分布均匀性较均匀较均匀均匀*4对阴极热冲击大较

19、小小*5裂缝填充物铝电解质电解质6阴、阳极氧化少少多7对人造伸腿焙烧差差好*8送电难易较易难易*9操作难易程度易较易难10运行辅助设备无较多多11焙烧费用大小较小12能源利用率低高较高*13对启动的影响小较大大注：*表示人们所期望的定性2.2 启动铝电解槽完成焙烧后，进入启动阶段。启动方法常采用的有两种，即干法启动与湿法启动，前者通常在新电解厂开动时尚无现成的液体电解质情况下头一、二台槽上采用，在有生产槽的系列中启动多数采用湿法启动。启动的必要条件是：阴极表面6070%的面积达到了900以上；对于湿法启动，还有一个必要条件是槽内60%以上的面积有1015cm的熔融电解质。（1）干法启动干法启动

20、即是利用电解槽阴、阳极之间产生的电孤高温将固体冰晶石熔化成液体电解质，其做法是不断向焙烧好的电解槽的阴、阳极间添加冰晶石，慢慢提升阳极，阳极脱开阴极的部分便产生强烈电孤而形成高温，使冰晶石熔化，当槽内有了适当高度的液体电解质后，可引发阳极效应，加速电解质熔化。待到有足够高度的液体电解质后，便加入氧化铝熄灭阳极效应，电压保持在68V，保持一段时间后（24小时以上），灌入适量铝液，电解槽进入生产阶段，启动即告结束。对于新厂头一、二台槽启动无液体铝水时，可采用慢慢向槽内加入铝锭逐渐熔化而成，此时，槽电压高些，以补充熔化铝锭的热量。干法启动一开始两极间产生的强烈电孤，严格损伤阴、阳极表面，尤其阴极表面

21、的损伤将会殃及电解槽的使用寿命，特别是焦粒焙烧清炉后进行启动的电解槽尤为严重。铝水焙烧的电解槽在启动之前阴极表面已有一层液态铝，电弧产生在阳极和铝液表面，铝水起到了保护阴极的作用。干法启动时抬阳极必须小心谨慎，尤其一开始切不可抬之过快，以防发生强烈崩爆，破坏电解槽内衬，以及发生意外事故。通常利用槽电压的高低来监示，一般电压控制在1015V。开始电压摆动较大，这是由于阴极、阳极接触不良所致，待有一定液体电解质浸没阴、阳极后，电压渐趋稳定，方可继续慢慢升高电压，加速冰晶石熔化，直到有足够液体电解质为止。（2）湿法启动湿法启动即是向待启动的电解槽内灌入一定量的液体电解质，同时上抬阳极，逐渐引发人工效

22、应（也有不让发生人工效应的）。在人工效应期间可将阳极上用于保温的冰晶石推入槽内熔化，若电解质量不足，还需要投入冰晶石，直到液体电解质达到规定高度，便可投入一定数量的氧化铝，熄灭效应。灌入的电解质需要在生产槽上准备，一般要求电解质温度尽量高些，以保证抽取顺利和倒入启动槽时有足够的流动性。效应时间一般不超过半小时，效应电压保持在2030V，具体根据电解槽焙烧温度和槽内电解质高度而定。效应期间根据需要添加冰晶石，效应持续时间为2530分钟，当电解质高度达到2530cm后，人工熄灭效应。效应熄灭后应保持较高的槽电压，一般在68V，中、小型槽为810V，保持一段时间后（24小时以上），向槽内灌入一定量的

23、铝液作为槽内在产铝，加好阳极保温料，启动便告结束。用焦粒焙烧的电解槽，启动之前若未清除焦粒，人工效应后必须组织人力捞取碳渣，以保证电解质洁净。湿法启动与干法启动比较，有省电、操作方便、劳动强度低、安全可靠等优点，尤其不会对阴极内衬带来损伤，所以大多数电解槽的启动都采用湿法。但湿法启动需在生产槽上准备液体电解质，这样或多或少地影响生产槽的技术条件，尤其预焙阳极电解槽，在准备启动用液体电解质时需提前提高槽电压，让电解质水平升高，容易出现熔化炉膛和熔化阳极钢爪等情况，所以应特别注意。近年来有些厂家采用所谓“无效应湿法”启动，则是将电解质灌入待启动槽后抬高电压不超过10V，让其慢慢熔化固体物料，这样需

24、经过数小时乃至十几小时，才能启动完毕，启动时间较长。但该法有启动期间物料挥发损失小，环境条件较好等优点。采用该法时，应适当提高电解槽焙烧温度，以防止灌入的电解质凝固，影响启动质量。无论采用何种方法启动，都必须使投入的固体物料（边部砌筑块除外）充分熔化，电解质温度应尽量高一些，这是因为启动期间投入的固体物料若不充分熔化，将以沉淀积于槽底，当灌入铝水后炉底温度降低，便难以熔化，日久天长便在炉底结成坚硬的结壳，既影响电解槽转入正常运行，也影响阴极内衬寿命。此外，新启动槽散热损失大，内衬在启动后相当一段时间内还会吸收大量热量，若启动时电解质温度低，很容易出现电解质水平急速下降，并在炉底产生沉淀，造成炉

25、膛畸形。2.3 启动初期管理电解槽启动初期即指人工效应熄灭后到第一次出铝期间，一般为两昼夜（48小时）。时间虽短，但电解槽的各项技术条件发生了明显变化。现代大型槽在启动后至少经过24h以后才灌入铝液，理由有二：首先，电解槽虽在启动中经过半小时左右的人工效应，槽温上升到近1000，但仍有部分固体物料未完全熔化，为了使电解槽灌铝后不致产生炉底沉淀，人工效应后必须保持一定时间的高温方可灌铝，使启动中添加的副原料得以充分熔化；其次，避免过早地让阴极接触铝液，而是让阴极中的细小裂缝先被冰晶石填充满，让内衬中的底糊继续焙烧好并且体积膨胀，而不让铝液先进去。启动后经历24h以上，向槽内灌入铝水作为在产铝，使

26、铝液高度达到1418cm。灌铝后电解槽便进入了生产阶段，其标志是槽温明显下降，阳极周围的电解质沸腾正常，槽周表面开始形成电解质结壳。启动初期的重要管理工作有：（1）电解质成分管理。由于启动初期电解槽阴极吸钠处于最剧烈期，电解质分子比会下降很快，为了满足电解槽在高温与高分子比状态形成稳固的槽膛，启动后要求电解质分子比为2.8（质量比1.4）以上，氧化钙含量5%左右，故在这期间还应根据装炉原料及灌入电解质量进行估算，投入适量的苏打和氟化钙。若电解质高度不足30cm者，还需在期间添加冰晶石。（2）下料管理。电解槽在启动后即可投入自动下料，但采用定时下料的控制方式。由于启动初期电解槽并未进入正常电解过

27、程，因此必须避免供料过量，防止产生沉淀和保持12次的AE系数，但是也要防止AE重复多发。因此，在灌铝之前，下料间隔比正常加料间隔延长一倍左右；灌铝之后下料间隔仍须大于正常下料间隔（例如，为正常下料间隔的1.5倍）；AE发生后再逐渐缩短加料间隔。（3）槽电压管理。启动初期，电解槽的电压均由人工调节。在灌铝前，电压需从人工效应后的68V逐渐下降到56V，一般每隔半小时左右手动调节一次。在灌铝后槽电压需逐步下降到4.34.5V（具体值须依据电解槽的热平衡与工艺条件的设计标准而定），因此灌铝后仍需35小时一次的手动调整电压。（4）槽温管理。前面已指出，灌铝前须维持电解槽处于较高的温度。从灌铝后到第一次

28、出铝，槽温一般从近1000下降到970980。由于新启动槽热损失大，电解质水平下降快，为了减少热损失量，灌铝后必须在阳极上适当加氧化铝保温。须注意电解槽表面是否已形成封闭的结壳，除中间下料孔外，其余地方几乎没有冒火跑烟之处，若经过两天两夜电解槽仍结不上壳，证明启动温度过高，必须加快降低电压。（5）电解质高度管理。应特别注意其下降速度，到第一次出铝时电解质高度应在2630cm，不得低于25cm，若下降太快，必须加强阳极保温和放慢电压下降速度，同时添加冰晶石以补充电解质。（7）清理碳渣。对于焦粒焙烧的电解槽，启动后还要作电解质清理工作，清除浮游碳渣。在电解槽启动初期，除了技术条件发生明显变化之外，

29、阴极内衬组织也处于较大变化之中，阴极内衬的焙烧仍在继续，因此该时期的管理需特别关注与槽寿命相关的因素。前已述及，电解槽焙烧期间槽周扎糊带处于未焦化状态。电解槽启动时，为了保护边部，一般要求边部电解质块砌筑体不可被全部熔化，使之能缓冲边部免受强烈热震。电解槽启动后，虽然槽温在不断降低，但仍处于较高温度，边部电解质块逐渐熔化，尤其在灌铝前，边部熔化较快。随着边部电解质块的不断熔化，扎糊带温度逐渐升高而进入焙烧状态，碳糊逐渐焦化。为了让边部扎糊能正常焦化，要求边部温度上升不宜太快。灌铝后由于槽温下降较多，边部熔化减慢，同时液体电解质也开始在边部不断凝固，形成可逆过程，更减缓边部电解质熔化，使边部升温

30、较慢，得以使边部扎糊良好焦化，不致产生裂纹。因此，电解槽启动初期必须控制好电压和槽温，一方面能保持新开槽有足够的液体电解质量，另一方面又能使边部扎糊良好焦化，延长电解槽寿命。那种启动后电解质水平严重收缩或短时间内烧红槽壳钢板的情况，既不利于电解槽转入正常生产，也将会使槽边部内衬受到严重破坏，缩短电解槽寿命。2.4 启动后期管理电解槽启动后经过两天高温阶段，各项技术条件发生大幅度变化之后，便开始出现一个相对平缓阶段，这期间电解槽缓慢转向正常运行，虽然技术条件变化不甚激烈，但电解槽的运行却发生着质的变化。一是各项技术条件慢慢演变到正常生产的控制范围，二是电解槽沿四周逐渐形成一层规整坚固的槽帮结壳，

31、即所谓槽膛内型。当这些变化完成之后，电解槽即进入了正常运行阶段，因此，这期间的管理重点应围绕着这些“变化”来进行，时间长达23个月。（1）电解质高度控制新槽启动时，电解质高度要求较高，其目的是通过液体电解质储蓄较多热量，使电解槽在启动初期散热较大和内衬大量吸热的情况下，也具有较好的热稳定性。电解槽从启动第二天起开始顺序每天更换一块阳极。随着启动时间的延长，槽上阳极便出现高低不齐，新旧阳极同在的局面。一块阳极通过25天的工作，到更换时仅剩下18cm左右，为了使阳极尽可能充分利用并获得较好的原铝质量，电解质水平不得超过最低阳极表面，否则，液体电解质浸没阳极钢爪而造成钢爪熔化，降低原铝质量，所以，正

32、常生产期的电解质高度一般保持在2022cm，最多不能超过24cm（最低残极高度加极距）。新启动槽的电解质水平一般在前两周内仍可保持在2530cm，第三周至月内降至24cm左右，第二个月起（有部分企业从第三个月起）保持到正常生产期的要求范围。电解质高度的控制主要是通过控制槽电压，调整槽内热收入，并通过控制冰晶石添加量。电解槽启动后随着槽电压的降低，槽内热收入减少，电解温度下降，电解质便沿着四周槽壁结晶成固体槽帮，从而使电解质水平逐渐下降。（2）电解质成分控制对于新启动槽，电解质成分主要指分子比，其他添加剂有在启动后一次投入够量的，也有在正常期后逐渐添加的。前面已指出，为了有利于形成稳固的槽膛内形

33、并满足内衬吸收含钠氟化盐（NaF），新启动槽的分子比要求较高，一般在第一个月保持在2.8（质量比1.4）以上。随着运行时间的延长，阴极内衬吸收钠盐逐渐变缓，炉膛也逐渐形成和完善，电解质分子比也应逐渐降低。由于分子比对电解槽的整个技术条件起决定性的作用，因此分子比向正常范围转变的速度决定了电解槽转入正常生产期的速度，因此从尽快取得理想的电流效率指标的角度，又希望分子比能较快地降至正常范围。在制定启动后分子比的降低速度时，应该考虑电解槽所使用的阴极炭块的种类。如果采用石墨含量高或石墨化程度高的炭块或使用硼化钛涂层阴极，因抗钠膨胀性能好，分子比下降的速度可以加快，以便缩短电解槽非正常期的时间。目前我

34、国大型预焙槽普遍使用半石墨质炭块，一般在启动后的第二个月下降到2.42.6，第三个月降至正常生产期的要求范围。分子比配制是启动后按投入的冰晶石和灌入的电解质量估算而投入苏打或氟化钠，灌铝前取电解质分析，根据分析值再进行调整。以后每隔四天作一次电解质成分分析，根据分析值并结合电解槽热平衡变化情况按要求进行调整。氟化钙浓度按5%一次配制，分析后不足逐渐添加。如果添加其他氟化盐（如氟化镁、氟化锂），则按企业的技术标准添加。（3）铝水高度控制新槽启动6小时后需灌入足量的铝水。以200kA槽为例，灌入10t铝水，由于新启动槽炉膛较大，因此铝水高度仍然不高，一般在1617cm。之后由于槽电压逐渐降低，槽帮

35、逐渐形成，炉膛容积逐渐变小，铝水高度会增加。若铝水高度出现20cm以上情形，则在其后的连续几日内适当增大出铝量，同时放慢电压下降速度，消除槽底沉淀物等。若到第一次出铝时铝水高度不足15cm，必须推迟吸出时间。启动当月铝水高度一般保持在17cm左右，启动后第二个月起（有的企业从第三个月起），铝水高度保持正常值即19cm左右。（4）电压管理大型预焙槽启动后，槽（工作）电压一般在48小时内下降到4.34.5V，72小时内下降到4.14.2V。这对于目前采用低分子比（2.22.4）生产工艺的电解槽，已经与正常生产期的槽电压相近。但目前启动后期的电压管理有如下两种做法：l 一种做法是，启动后期的槽电压保

36、持在4.054.1V（具体值根据分子比的高低而定）。开始转入正常生产期时，随着分子比的降低再开始升高槽电压，例如分子比降低到2.2，工作电压升高到4.164.2V。这种做法所基于的观点是，槽电压的高低应该与分子比的高低相对应。由于启动后期需要保持较长时间的高分子比（譬如第一个月2.8，第二个月2.7，第三个月2.6），而高分子比下电解质的电导率较高，因此无需高电压也能保持正常极距。l 另一种做法是，启动后期的槽电压降低到与正常生产期的槽电压接近或稍高，例如某厂的规程为：第一个月4.204.25V（分子比2.72.8），第二个月4.154.20V（分子比2.42.6），第三个月后降至正常生产期的

37、范围2.122.18V（2.22.4）。这种做法所基于的观点是，电解槽启动后的一段时间内（尤其是头一个月内），槽膛还未完全形成，尤其启动后的前半月，边部槽帮很小，散热量很大，另外这期间阴极内衬仍处于吸热阶段，也需大量热量，因此电压还需保持较高。 以上两种做法似乎有重大区别，但如果采用第一种做法需要保持较高的效应系数，而第二种做法采用较低的效应系数，那么两种做法下的槽平均电压也许并无太大区别，也就是说两种做法下输入电解槽的平均能量接近，只是第二种做法比第一种做法的能量输入要均匀些。（5）效应系数管理由于新启动槽前期四周无电解质结壳所构成的炉膛保温，散热量很大，而且前期内衬吸热，电解槽热支出较大，

38、再加上电解质分子比高，其初晶温度也高，虽然前期有较高电压维持热收入，但炉底仍然容易出现过冷现象，致使电解质在炉底析出，久而久之形成炉底结壳。槽电压的保持采用上述第一种做法时，更应防止此种情形。而这种情形一旦出现，很容易导致形成畸形炉膛，严重影响电解槽转入正常生产期，此外，对阴极内衬会带来裂纹、爆坡、起坑等危害，导致电解槽早期破损。因此，新启动槽前期必须保持足够的炉底温度，其作法是采用适当增大效应系数，通过效应产生的高热量使炉底沉淀及时被熔化掉，保持炉底干净。我国大型预焙槽目前在正常生产期控制的效应系数为0.3次/日，而新槽第一个月一般保持在0.81.5次/日（若槽电压保持较高，则效应系数便应该

39、低一些）。随着运行时间延长，炉膛逐渐形成，已建立起了稳定的炉底热平衡，若再过多输入热量，将无益于炉膛的建立，因此，从第二个月开始，效应系数下降为0.51次/日，第三个月下降到正常生产期的范围。（6）槽膛内型的建立电解槽进入正常生产阶段的重要标志，一是各项技术条件达到正常生产的范围，二是沿槽四周内壁建立起了规整稳定的槽膛内型。因此，新启动槽非正常期生产管理的重要任务是让电解槽建立稳定规整的槽膛内型。 图4绘示出了三种不同槽膛内型，（a）为过冷槽，边部伸腿长得肥大而长，延伸到阳极之下，炉底冷而易起沉淀，电解质温度太低而发粘，氧化铝溶解性能差，时间长了炉底便长成结壳，使电解槽难以管理，为了维持生产，

40、不得不升高槽工作电压。（b）为热槽，它的边部伸腿瘦薄而短，甚至无边部伸腿，铝液、电解质液摊得很开，直接与边部内衬接触。这种槽一是铝损失量大；二是易出现边部漏电，大幅度降低电流效率；三是易烧穿边部，引起侧部漏槽。（c）是正常槽。正常槽的边部伸腿均匀分布在阳极正投影的边缘，铝液被挤在槽中央部位，电流从阳极到阴极成垂直直线通过。具有这种槽膛内型的电解槽技术条件稳定，电解槽容易管理，电流效率很高。因此，在新槽炉膛建立过程中，必须避免形成过冷或热槽炉膛。目前我国预焙槽均为中心自动下料预焙槽，边部除了换阳极时扎一小部分外，其余时间原则上不动，电解槽四周大面被槽盖板严密封闭，炉膛全靠通过控制槽温和边部自然散

41、热而使电解质自身结晶形成，这一过程属于自然形成炉膛。自然形成炉膛的速度较慢，而且形成过程中各项技术条件要求严格，但这样形成的炉膛具有较高的热稳定性，这正适应了中心下料槽不作边部加工，仍可保持有稳定的槽膛内型的要求。我国一些预焙槽的生产实践表明，电解槽启动后，随着各项技术条件的演变，进入第三月炉膛才能建立完善。为了使建立起的炉膛热稳定性好：l 首先启动的第一个月必须采用高分子比的电解质成分。因为低分子比成分的电解质初晶温底低，形成的炉膛热稳定性差，很易熔化而使炉膛遭致破坏。随着炉膛的逐渐完善，分子比也应逐渐降低，向正常生产期的范围靠拢。l 其二是必须控制好电解温度的下降速度，温度下降过快，虽然可

42、以加速电解质结晶，促进炉膛快速形成，但这样形成的槽膛结晶不完善，稳定性差，同时结晶速度过快，容易出现伸腿生长不一，形成局部突出或跑偏（一边大，一边大）的畸型炉膛，但电解温度下降过慢，不利于边部伸腿的结晶生长，长时期建不起炉膛，使边部内衬长期浸没在液体电解质中，严重侵蚀边部内衬，影响电解槽寿命。一般在启动后的前3天，要求槽温下降快些，使其尽快在槽四周内壁结晶一层较薄的电解质槽帮，先将边部内衬保护起来，之后槽温下降适当放慢，目的是利用较长时间的平缓下降温度让结晶晶格完善，建立的炉膛坚实、稳固。电解温度的控制，主要是通过电压来控制的，因此，电压管理曲线也应与炉膛形成过程相适应。l 此外，为了不出现畸

43、型炉膛，在炉膛形成关键的第一月采用增加效应系数之方法，规范炉膛的形成，因为阳极效应能在短时间内于阴、阳极间产生高热量，可有效地熔化炉底沉淀和边部伸腿局部突出部分，保证炉膛均匀规整。l 在炉膛形成过程中，除了严格控制好各项技术条件外，还应利用各种机会检查炉膛形成情况，如利用换阳极时触摸边部伸腿状况，发现异常苗头，及时调整技术条件使之纠正，否则，畸型炉膛一旦形成，再纠正十分困难，甚至会造成电解槽长期不能进入正常运行状态。近年来有借鉴边部加料槽炉膛建立的方法于中心下料槽上，即新槽启动后采取人工边部投入电解质块，用天车扎边部而快速形成炉膛，此法虽能使炉膛形成较快，而且容易规整，但这样形成的炉膛热稳定性

44、极差，很易熔化，这可能是导致有些槽长期建不起炉膛而必须经常用天车扎大面的原因之一，所以应慎重采用。2.5 大型预焙槽焦粒焙烧湿法启动过程简介（1）焙烧前的准备工作按设计图纸和技术要求全面检测试车验收：对母线回路的检查（包括阳极母线与铝导杆接触面是否平整光滑，短路片安装位置是否没有破伤，阴极钢棒是否全部焊接好，母线装置上的异物是否全部清理，阳极大母线位置是否调整好且阳极夹具是否准备齐全等）；阳极升降机构检查（包括传动部件的润滑，提升电机电流测试，升降操作方向及相关指示灯检查，装极负荷试车等）；阳极回转计调试（不转时检查软轴）及阳极上下限位测试；打壳下料装置的检测（包括槽上料箱检查，打壳与下料动作

45、程序及相应指示灯检查，下料量标定等）；槽控机检查（包括各种手动操作与显示信号的正确性与可靠性检查，槽电压表标定等）；筑炉外观质量测试并做好记录归档；槽子各部分绝缘情况检查（电阻大于0.5M）；多功能机组、天车及空气压缩系统测试，确保满足生产要求。测试仪器仪表和工器具准备：风包1个（带风管5根）；分流片足量（用于制作分流器）；铝框或条框1套或者1218mm竖直钢筋2根（用于铺焦粒，直径根据焦粒层厚度确定）；铝合金直尺或托板2把（用于铺焦粒）；热电偶保护套管2根；阴、阳极电流分布的测量工具1套；短路口绝缘板4对；扳手2把；小盒卡具N套（N=阳极组数）；铁锹6把；扫帚2把；效应棒足量；其他（如记录本

46、等）。物料准备：准备足量的阳极、焦粒、冰晶石、纯碱及氟化钙等氟化盐。其中阳极块要求组装符合规范，炭块无裂纹缺角，铝导杆、钢爪与炭块底掌要垂直中正，磷生铁浇注良好；焦粒要求粒度在13mm，不得有1mm以下粉状焦；冰晶石要采用高分子比型；电解质块也要求高分子比、低氧化铝含量。由于目前各厂在装炉期间氟化盐用量及方式上存在分歧（例如，有的企业使用电解质块，而有的企业不用；有的企业装炉时使用氟化钙、氟化镁，而有的企业均不用），因此即使是同样的槽型与容量，用料量也存在较大差异。表1是某厂200kA预焙槽单槽焦粒焙烧启动物料用量。表1 某厂200kA预焙槽单槽焙烧启动用料原材料冰晶石（t）氟化钙（t）氟化镁

47、（t）纯碱（t）阳极（组）焦粒（t）电解质(t)装炉用料80.80.63挂满0.51.52.0（固）焙烧用料12启动用料5（液）合计200.80.630.58分流器制作：根据选用的分流方式（详见后面所述的分流器安装），制作分流器。软联接器制作：根据阳极组数准备足量的软联接器（详见后面所述的软联接器安装）。 （2）装炉操作铺焦粒、挂阳极：调整好阳极母线高度 (将阳极大母线停放在最低限位或其上5060mm处 )，将槽上部和槽底灰尘吹干净，然后铺焦粒。铺焦粒及挂极从电解槽的一端开始至另一端结束。在每块阳极投影的正下方放上条框或钢筋栅格，然后往栅格上倒焦粉料，用直尺或托板抹平，轻轻拿走栅格，将阳极轻轻

48、放置在焦粉层上，检查阳极导杆与大母线是否紧贴（间隙不得大于6mm），检查阳极是否倾斜（是否有2/3的阳极底掌压实在焦垫上），如果不符合要求，上提阳极后调整阳极位置直至符合要求。清扫出阳极周围多余的焦粒。重复以上步骤，直到电解槽全部阳极铺焦粒与挂极作业完成。电解槽通电后焙烧6070小时，槽电压从最初的4左右 (冲击电压约为6)逐步降至约2。阴极表面温度也从冷态逐步焙烧至950左右。中缝、阳极缝间的冰晶石已熔化成电解质液。至此，电解槽完成焙烧，具备启动条件。软联接器安装：有的工厂为图简便不使用软联接器。若不使用软联接器，则在阳极安放好后用手拧小盒卡具，通过调整卡具松紧度来保证既能利用阳极自重压实焦

49、粒，又能使导杆与阳极大母线有较好的接触（接触处的缝隙小于1mm，阳极导杆应处在挂钩中间，不与挂钩接触）。但使用软联接器，对焙烧过程会更有利些，因为可使阳极重量全部压在焦粒上，保证阳极与焦粉良好接触；另外，焙烧过程中，阴极内衬会发生热膨胀，采用软连接可以使阴、阳极对焦粒的压力保持一致，避免焦粒层局部电阻变化而导致的温度分布不均 （焦粒层的电阻随着其所受的压力增大而减小）。对于使用软联接器的情况，在阳极安放好后，放下卡具（不紧），装软连接器。软联接器的数量为每组阳极配备1个，安装示意见图5。软联接器与导杆和母线的压接面一般先用甲醛溶液（或其它同类性质的物质）或电动钢刷清洗干净，连接螺栓必须拧紧。软

50、联接器一般使用厚度1mm、宽度115125mm的铝带或退火铜带，两头焊接在铝质（使用铝带时）或铜质（使用铜带时）压板上。阳极中缝与立缝隔离：在阳极上安装盖版，将盖板从出铝端依次放好在阳极中缝，盖板防止物料进入阳极中缝，以免灌电解质时电解质不流通。另一种做法是直接用石棉等材料把大面阳极立缝和阳极中缝塞好，焙烧期间不去掉，一方面阻止物料进入，另一方面加强保温。堆砌电解质块（隔墙）：除少数企业外，目前多数企业的操作规程还堆砌电解质隔墙，基本做法是，在人造伸腿斜坡上均匀撒上氟化钙（有的企业撒上氟化钙、氟化镁、冰晶石混合物，但有的企业不在装料阶段使用氟化钙，也不使用氟化镁，认为这些矿化剂过早入槽容易导致

51、难溶沉淀生成，因此改在电解槽启动两三天后添加）；然后在靠侧部炭块处堆砌由高分子比电解质块构成的隔墙（如图6所示），其中大块靠阳极,小块靠侧部炭块。隔墙与阳极炭块间预留一定的空隙（如1020mm）。图6 堆砌电解质块（隔墙）示意图安放热电偶：分别在出铝端、烟道端，和、面中间的阳极间隙处放置好热电偶供焙烧测温用。以某厂大型槽为例，热电偶安装位置如图7所示。图7 热电偶安装位置示意图装料：将冰晶石与纯碱添加到槽内和阳极上，起保温和避免阳极氧化作用。目前，有两种装料方式，一种是将冰晶石与纯碱均匀混合后添加；另一种是用这两种物料分层添加，例如某些企业的操作规程是，先加10cm左右的冰晶石，后加5cm的纯

52、碱，然后再装冰晶石，直到把阳极轻微覆盖（有的规程要求覆盖阳极钢爪三分之二）。装料过程要保证物料整形，尽量使其分布均匀，装完毕后清扫槽沿及槽四周卫生，盖好槽盖板。（3）安装分流器安装分流器的目的是使电解槽通电焙烧时初期阶段，有一部分电流被分流，不经过焙烧槽，避免升温过快。当电解槽需要加大焙烧电流时，分阶段拆除分流器。目前有三种类型的分流器，因而也对应不同的安装方式： （a）“阳极钢爪阴极钢棒”连接分流型，即将分流器一端焊接在阳极钢爪梁，另一端焊接在阴极棒上。采用此种分流方式时，每组阳极配备一个分流器，每个分流器一般由25片薄钢板构成，长度按照钢爪上缘至阴极棒距离选取，具体的安装程序是，将B面的风

53、格板全部揭开；在每个阳极钢爪梁对应的阴极钢棒上焊接规定片数的分流片；将分流片穿过槽壳与风格板之间的间隙到达与其对应的阳极钢爪梁；调整分流片的位置使其不与槽壳、风格板接触，并且各分流片也不互相接触；将分流片焊接在阳极钢爪梁上；将B面的风格板按原来位置安装好；检查确认分流片不与槽壳、风格板接触，并且两片分流片也不互相接触。由于要保证分流片彼此不接触，因此同一个分流器中各分流片的长度是有区别的，例如某大型槽上使用的4片分分流器的长度依次是：2400m，2550mm，2700mm，2850mm。（b）“阳极大母线立母线”或“阳极大母线（本槽）阳极大母线（下台槽）”连接分流型，即一端用螺杆与压板固定在焙

54、烧槽阳极大母线上，另一端用压板或U型夹固定在下一台槽立母线上（称为型，如图8所示），或者固定在下一台槽的阳极大母线上（称为型，如图9所示）。安装前先使用甲醛或类似性质溶液或使用电动钢刷将接触面清洗干净。须指出，由于末端槽没有下一槽或与下一槽的距离较远，无法采用压接分流的方法来分流，只有采用焊接分流法来分流。图8 “阳极大母线立母线”连接分流型（型）分流器安装示意图图9 “阳极大母线（本槽）立母线（下台槽）”连接分流型（型）分流器安装示意图（c）短路口连接分流型，即通过在电解槽的四个短路口并联接入一定数量的分流片起到分流作用。例如，200kA预焙槽的四个短路口各有12个螺栓孔，利用这些螺栓孔压接

55、一定数量的分流片可实现分流，并通过调整分流片的数量可调整分流量。（4）通电焙烧作业准备：检查装炉等各项工作准确无误，并检查使用的工具；与计算机站联系，把通电槽的有关控制软件，程序接通，保证信息通道畅通、置于“预热”状态；把槽控机中手动与自动阳极升降功能均置于“断开”状态，防止意外的乱抬阳极；在槽控机面板上贴上警告注意事项。确认停电：现场电话（或手机、对讲机）联系整流所开始停电；确认系列全部停电。短路口操作：用风动扳手或大板手松开短路口的全部紧固螺杆；把旧的绝缘保护套取出，用风吹尽短路口处粉尘，重新换上新的绝缘保护套；重新放回紧固螺杆，呈松开状态；用木棍或长铁条撬开短路片，插入绝缘板，注意放到位

56、；用风动扳手紧固螺杆，注意拧紧过程，铁垫片要放正位，使绝缘板被紧夹住，不易松动而滑出；对每一根紧固螺杆的绝缘情况用兆欧表进行测定，不符合要求的，必须找出原因并处理；对短路片软带与立柱母线之间的距离进行检查，保证两者存在1cm以上的缝隙，有铁屑杂物，必须及时取出。整个短路口操作一般要求在5分钟内完成。通电指令发布：确认短路口操作完毕，绝缘情况正常；用现场电话（手机、对讲机）通知整流所可以开始送电。送电过程：大型槽一般分45级送电（例如，某厂200kA槽分80kA、120kA、160kA、200kA四级；某厂320kA槽分80kA、160kA、240kA、280kA、320kA五级），电流从一级提

57、升到上一级的过程可以快速进行，然后在每级电流停留35分钟，一般在20分钟内送满全电流。但若在某级电流时电压超过6伏，则暂停继续升电流直至电压下降至5.5伏再继续升电流。送电过程中要对每级的槽电压、电流、分流片温度和等距离压降等作测量和记录。分流片的管理与拆除：通电后检查分流器的导电情况及阳极电流分布情况，阳极电流分布相差过大时，松紧软连接螺栓进行分流。分流片的拆除一般分若干次进行。第一次的条件是通电6小时以后，且电压降至一定幅度（如3.5伏）以下。每拆一次分流器均等到电压降低到一定幅度下，再进行下一次的拆除。拆分流片的时候记录拆前、拆后的电压。拆除期间电压上升一般不允许超过0.5V，若电压急剧上升应停止拆除工作，并检查阳极电流分布，若有异常及时调整，电压稳定后再继续拆除。拆除过程中防止打火，全部拆除后槽电压不允许超过4.5V。焙烧过程数据采集：记录电压 (1次 /2)；利用预埋的热电偶进行温度测定 (1次/ 4)；阳极电流分布测定 (1次 / 8)；根据实际情况测量电解槽槽壳各部温度。焙烧异常的处置：通电后如果发现分流片有