大型预焙铝电解槽的混合料焙烧新工艺实践

摘要：电解槽启动前的焙烧预热效果对电解槽的槽寿命至关重要。本文重点论述混合料焙烧法在200kA预焙铝电解槽进行焙烧实践的过程，跟焦粒焙烧相比，可改善阳极电流分布、降低冲击电压、减小电解槽在焙烧过程中的横向温度梯度，节约焙烧电耗，为延长槽寿命提供了充分的理论依据，具有推广价值。关键词：混合料焙烧工艺实践目前，国内大型预焙铝电解槽焙烧方法有四种：铝液焙烧法；焦粒焙烧法；石墨粉焙烧法；燃气焙烧法。由于焦粒焙烧是一种成熟的、正在大力推广的技术，已成为大型预焙铝电解槽焙烧方法的主流。但是，焦粒焙烧过程中存在着冲击电压高，焙烧能耗高、阳极电流分布不均等问题。我公司在8.5万吨160台电解槽中前40台的焙烧启动采用了焦粒和混合料(即改变煅后石油焦和石墨碎的配比)做了大量的工业试验研究，最终选择出了混合料中焦粒-石墨碎的最佳配比为7:3,为8.5万吨剩余电解槽的焙烧启动大大节省了能耗和为延长槽寿命奠定了基础。1焙烧前的准备工作1.1电解槽的验收检查为使电解槽在焙烧期间和启动后期正常生产运行，电解槽焙烧启动前的检查验收准备工作是不可缺少的。必须要做到如下工作：(1)上部结构：转动结构运行正常，两根横梁大母线水平，打壳、下料定容及槽控机控制运行正常；(2)绝缘测试：对电解槽各部位绝缘情况进行测试，要求达到2MΩ的设计要求；(3))短路试验：检测电解车间母线系统在通电状态下，母线各部位压接点的压接压降，检查施工质量，压降大的要及时处理；(4)耐压试验：在系列绝缘测试合格的情况下，对系列进行带电试验，测试电解系列整体绝缘情况，打通系列母线，系列带负荷24h,检查各部位的压降及温度，并做好记录。1.2混合料的铺设我公司试验成功的混合料焙烧是采用抗氧化性能强、体积密度变化小、粒度为1～4mm的煅后石油焦和比电阻比煅后石油焦约低22?MΩ的石墨碎，按比例均匀混合以20mm±2mm的厚度均匀平铺在阴极炭块表面。如果混合料铺设不均匀，将导致焙烧时导电不均匀，影响焙烧效果。混合料的铺设必须做到如下要求：(1)混合料铺设前要将电解槽阴极炭块表面清扫干净；(2)将棚栏框架平整的放在阳极正投影区域，然后将筛分混合均匀的煅后石油焦-石墨碎倒入框内，用平板尺刮平，确保混合料无凹陷部位，之后小心取走棚栏框。1.3挂极及软连接器的连接挂极前对阳极的要进行严格的挑选：阳极导杆与阳极炭块的浇灌必须要垂直，阳极底掌必须要平整，确保阳极与混合料充分接触。挂极要求准、稳、轻放，整个工作要一步到位。为了保证阳极与焦粒始终保持良好的接触，能够避免因电流不均造成的局部过热现象，还能消除焙烧过程中相关部位热变形的影响。软连接的安装要求阳极导杆及横梁大母线接触各部位清扫、打磨干净，各部位螺栓必须紧固，以防止接触不良而发生打火现象。软连接形状如图1中3所示。1.4分流器的制作及安装：选择尺寸为2000mm×200mm×2mm的6片或9片软钢带作为分流器片，两头用钢板将分流片固定在一起制作成分流器。分流是在四端进电的四个立柱上进行，将准备好的分流器(分流器片为6片的8组/槽；分流器片为8片的4组/槽)一端压接在横梁大母线上，另一端压在进电立柱母线上，要求压接前对该部位打磨干净。2通电焙烧及数据分析2.1通电焙烧2.1.1电流梯度为确保焙烧槽的焙烧温度均匀平稳上升，减少对电解槽的热冲击，当电流送至120kA、160kA、180kA时持续5min之后继续升电流，冲击电压不得超过5.5V,若冲击电压超过5.5V,则必须立即降低电流强度和调整送电持续时间。2.1.2分流率通电焙烧时，分流器的分流量不是固定不变的，在通电初期槽电压较高，分流器本身温度低，电阻率低，因而分流量大。随着焙烧的进行，槽温升高，槽体电阻下降，分流器温度升高，其电阻率升高，分流量减小，即焙烧槽的电流升高。2.1.3阳极电流分布在8.5万吨后120台电解槽焙烧过程中，就当电流送至200kA后焙烧槽的电流分布做了统计，分析表明分流量+阳极电流分布之和=200kA,即刚通电焙烧的电解槽因分流器分流一部分而阳极导电都偏小，但是从统计的电流分布数据来看，电流分布的较为均匀，也没有出现因电流分布不均而在焙烧过程中渗漏电解质的现象，说明混合料焙烧电解槽，从根本上解决了阳极电流分布紊乱。当分流器拆除后，电解槽在全负荷焙烧期间，电流分布应在200kA÷28=7.14kA左右，电流分布一般不能超过9.64KA,若超过9.64kA,要采取措施及时分流，以防在焙烧期间电解槽局部受热造成电解质渗漏和脱极。2.2分流器的拆除2.2.1分流器拆除时间焙烧达到9h后開始拆除分流器，首先拆除第一套分流器，6h后其余三套分流器同时拆除。2.2.2拆除分流器时分流率及电压变化情况随着分流器温度的升高，分流器的电阻率增大，分流量减小，焙烧9h以后，分流器的分流率一般降至20%以下，再焙烧6个小时后，拆除其它三组分流器的过程中，分流率逐渐下降。拆除分流器时，每拆除一套，拆除期间电压上升不允许超过0.5V。若拆除时电压有异常应停止拆除工作，及时检2.3焙烧温度的变化混合料焙烧期间焙烧温度平均以10℃/h左右的速度逐渐上升。跟焦粒焙烧相比，减缓了温度的上升速度，有效的防止了阴极和捣固糊的急剧膨胀和收缩，大大减少了阴极掉块，起层和裂纹的产生，有效的防止了电解槽的阴极炭块的早期破损。2.3.1横向温度梯度启动前焙烧温度最大值与最小值之差，混合料焙烧槽的最大最大值和最小值之差最大为310℃,混合料焙烧温度的横向梯度小于焦粒焙烧槽的横向温度梯度，表明混合料焙烧预热均匀，对阴极炭块和侧炭及炭块之间捣固糊