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大型預焙鋁電解槽焙燒啟動的過程控制與方法
發布日期:2019-01-03  來源:互聯網  瀏覽次數:697
核心提示:?大型預焙鋁電解槽兩種焙燒啟動的技術方法特點及控制過程,談到了兩種焙燒方法中的優缺點和具體操作步驟,干法啟動及濕法啟動的
 ?大型預焙鋁電解槽兩種焙燒啟動的技術方法特點及控制過程,談到了兩種焙燒方法中的優缺點和具體操作步驟,干法啟動及濕法啟動的工藝技術對比,分析了焙燒預熱啟動時影響鋁電解槽壽命的諸多因素,在焙燒預熱啟動過程中所采取的預焙鋁電解槽早期破損的措施。

1 概述

現代大型預焙鋁電解槽的焙燒啟動,國內近幾年新建電解鋁廠大多采用鋁液焙燒啟動和焦粒焙燒啟動兩種方法,尤其是焦粒焙燒啟動,目前更是各新建電解鋁廠廣泛使用的焙燒預熱工藝技術,它較鋁液焙燒啟動預熱時間短、溫度梯度不大,可彌補槽內襯及材料質量問題的缺陷等優點,但是,也有它的不足之處,那就是較鋁液焙燒啟動操作復雜,技術條件要求高,陰極電流分布不均勻,電解質含碳量過高,能耗增加。還有兩種焙燒啟動方法就是石墨粉焙燒啟動技術方法和氣體焙燒啟動技術方法。前者價格太高,造成費用增加,操作復雜(此法國內僅丹**鋁廠在114.5kA鋁電解槽的啟動中使用過),后者易氧化碳塊,用于啟動的設備復雜,操作難度大,所以,這兩種方法很少被鋁電解生產廠家采用。

鋁電解槽的預熱焙燒啟動是影響槽壽命的重要因素之-,而槽壽命又直接影響到鋁電解的生產成本的穩定,尤其是對大型預焙鋁電解槽的焙燒啟動。但是,無論采用那種技術方法,幾乎都難以避免使陰極碳塊及內襯產生裂紋或孔隙,可是,不讓鋁液浸入裂紋和孔隙是可以避免的,焦粒焙燒啟動方法就具有這種優點,在白銀鋁廠應用較早,近年來才在國內新建鋁廠及自培槽改造的預預焙槽廠家陸續廣泛采用。

2 鋁電解槽焙燒啟動技術

如何延長大型預焙鋁電解槽的內襯壽命,是國內鋁業界研究的重要課題,國內當前預焙鋁電解槽內襯壽命比國外預焙鋁電解槽內襯壽命要短2——3年,影響電解槽內襯壽命的因素很多,可分為設計、筑爐、材料、焙燒啟動、生產管理五個方面,而其中焙燒方法的選擇可以說是影響鋁電解槽壽命的關鍵環節。特別是焙燒預熱啟動,雖然這一過程僅僅幾天,但對鋁電解槽的使用壽命起著決定性的影響。

2. 1 幾種焙燒啟動電解槽技術比較

國內、外大型預焙鋁電解槽焙燒啟動廣泛采用的是槽內襯預熱焙燒啟動方法,具體方法有鋁液焙燒啟動、焦粒焙燒啟動、石墨焙燒啟動、氣體焙燒啟動四種技術方法。

90年代末,國內預焙槽焙燒啟動投產較為普遍采用的是傳統的鋁液焙燒技術方法,其zui大優點是操作簡單,后期溫度上升均勻,控制方便。近幾年,隨著國內第三次鋁電解的建設高.潮,并且向電解槽大型化(200kA至300kA)發展。目前國內各廠家幾乎全是采用焦粒焙燒預熱啟動。據了解貴陽鋁鎂沒計院和貴州鋁廠共同研究開發出了一種新的焙燒啟動方法,這種方法已在貴鋁230kA槽上應用,各項技術指標大大好于上述四種方法,其具體技術方法是使用一種混合料。目前該技術正在申報專利。

2. 2 預焙鋁電解槽預熱焙燒的三個升溫階段的控制

2. 1. 1 低溫預熱階段

槽內襯平均溫度控制約在200'C范圍以下,這段時間控制溫度的主要目的是排除槽內襯材料中的水分,同時緩解焙燒啟動初期陰極碳塊、扎糊、陰極鋼棒、槽殼之間的熱膨脹變形速度,減少由于各種材料熱膨脹系數的不同,它所造成的內襯熱應力的破損作用,尤其是在200℃溫度以下,陰極鋼棒的可朔性很小,而熱膨脹系數大約是陰極碳塊的3——4倍,控制好溫度的上升速度,將會避免造成陰極碳塊的早期裂紋,在這段時間中升溫速度一般應控制在每小時5℃左右較好。

2. 2. 2 中溫焙燒階段

在這期間溫度控制約在200℃——600℃范圍之間,其目的是排出內襯材料中的揮發分和結晶水,此時陰極鋼棒已由熱膨脹變形轉變為蠕動變形(鋼的屈服點為200℃),可朔性增大,這段時間的主要任務是焙燒陰極間縫和槽周邊縫的扎固的糊料,從而提高扎固糊料與陰極碳塊的粘結性能,在這段時間中升溫速度可達到每小時10——20℃。

2. 2.3 高溫焦化階段

溫度在600℃左右范圍,這段時間為高溫焙燒側部內襯,其溫度控制的目的是使陰極碳塊與扎固糊料充分粘結和焦化為一個整休,達到正常生產的條件,在這段時間需要注意的是在溫度達到500℃以后,扎固糊料由于焦化使其自由膨脹變形而轉化為收縮變形,這時陰極碳塊仍保持在膨脹變形之中,因此,槽周邊扎固糊自身將會產生一定的收縮裂紋,所以,要及時控制好升溫速度。

3 鋁液焙燒啟動鋁電解槽的技術方法

采用鋁液作電阻體的叫做鋁液焙燒啟動(也叫鋁液預熱法),在準備投產的電解槽內注入一定量的液體鋁,使其覆蓋在陰極表面,并與陽極接觸,使其構成電流回路,產生熱量預熱電解槽,由于鋁液本身電阻小,大部分熱量則由陰極和陽極產生,對于大型預焙陽極電解槽,陽極通過高溫焙燒后,電阻值很小,如陰極采用半石墨化碳塊,電阻值也很小,所以總發熱量不太大,這樣,鋁液焙燒啟動電解槽即可一次通入全電流,一次將陽極緊緊固定在陽極母線上,不用增加中間導體。較焦粒焙燒啟動,簡便了操作程序,溫度分布均勻,電解槽不會出現局部過熱現象。可減少陰極碳塊受熱量的分布不均而產生的膨脹變型應力而發生斷裂。

由于鋁液焙燒啟動方法總發熱量不大,故陽極上必須加強保溫。一般用冰晶石覆蓋陽極以及填充陽極之間縫隙,為了增加熱量以達到預熱效果,啟動到一定時間內可緩慢上提陽極,增大極距,從而達到提高溫度的目的。

3. 1 鋁液培燒啟動的技術特點

不使用軟連接,分流器。技術方法簡便、易操作、不用增加任何臨時設施,槽內溫度分布均勻,不會出現局部過熱現象,能較好地減少陰極碳塊的裂紋,能完全避免陽極的氧化,投產后的電解質純凈、無雜質、省工省料。

3. 2 鋁液焙燒啟動的技術缺點

a.在灌入高溫鋁液(約800——900℃)的時候,能造成陰極碳塊受到強烈的熱量沖擊,從而影響陰極碳塊及內襯壽命。

b.碳糊質量不好可使鋁液滲透從而引起鋁電解槽早期破損。

c.由于鋁液電阻較小,預熱溫度上升緩慢。

4 焦粒焙燒啟動鋁電解槽的技術方法

焦粒焙燒啟動(也叫焦粒預熱法),所使用的焦粒是抗氧化性能強,體積密度變化小的煅后焦粒,是在陰極、陽極之間鋪設上一層鍛后焦炭顆粒,其粒度約在2——3mm,嚴格控制使用1mm以下焦粉,鋪設厚度在10——20mm左右。焦粒層作為電阻導體在陰極、陽極之間產生熱量,預熱電解槽,同時,陰極和陽極自身的電阻也在產生熱量,在其內部預熱,陽極導桿與陽極母線之間用臨時導電軟連接母線聯接,以便陽極的全部重量壓在焦粒上,保證陽極與焦粒良好的接觸,在啟動投產之前將陽極導桿緊緊固定在陽極母線上,拆除臨時軟連接母線。

據考察了解和資料信息,目前,國內各大型預焙鋁電解槽生產廠家,其通電焙燒的電流均不統一,多數廠家是根據現場的實際情況來定。

4. 1 預熱電解槽

在槽四周用電解質和冰晶石砌筑,并用隔板將冰晶石與焦粒分開,使邊部碳塊和四周扎糊在預熱過程中受到保護避免氧化,預熱開始通入部分電流,逐漸加大電流,一般情況下24小時左右達到全電流,但是電流的增加速度可依據槽預熱速度來定,電流滿負荷后應繼續預熱電解槽一定的時間(視槽溫情況而定),從而使陰極表面溫度達到900——950℃,方可開始啟動。

4. 2 焦粒焙燒方法技術特點

可使陰極碳塊、陽極碳塊從常溫下逐漸升高,避免了強烈的熱沖擊,焦粒層保護了陰極表面,在使用分流器的情況下,可使電解槽升溫速度得以控制,陰極本身產生的熱量,可使陰極碳塊從內部開始烘干,從而避免了扎糊縫隙的裂紋滲鋁現象。

4. 3 焦粒焙燒方法技術的缺點

陰極表面會產生局部溫度過高現象,操作復雜、增加了操作難度,且容易造成槽四周扎固糊預熱不良現象,易造成裂紋或出現縫隙。啟動投產后電解質中含碳量過高,增加了人工撈取碳渣的工作量。

5 大型鋁電解槽的啟動生產

在鋁電解槽焙燒預熱達到900——950℃后,便可開始啟動生產。其主要工作是使電解槽內熔化足夠量的液體電解質,在啟動生產的方法技術,目前國內通常采用干法和濕法兩種進行鋁電解槽的啟動生產

5. 1 干法啟動

干法啟動通常是新建鋁電解廠所采用的技術方法,因在啟動生產時無現成的液體電解質,但是,大大增加了電能的消耗,一般情況下均在前一至二臺電解槽上采用。

干法啟動就是利用陰極、陽極之間產生電弧高溫將固體冰晶石熔化成液體,并不斷的逐步向電解槽內添加冰晶石,緩慢提升陽極,使其產生強烈的電弧而形成高溫,當電解槽內有適當高度的液體后,便可引發陽極效應,從而加快了冰晶石的熔化,當電解槽內液體電解質達到15——17cm后,便可加入Al2O3熄滅效應,注入液體鋁水,使鋁電解槽步入正常的生產。

干法啟動在開始時由于兩極產生強烈的電弧,將會損傷陰極碳塊和陽極碳塊表面,嚴重時將會影響電解槽壽命,在抬升陽極時必須加以謹慎,緩慢進行提升,以防發生蹦爆,破壞槽內襯,其做法通常是采用槽電壓的高低來監視,一般槽電壓應控制在10——15V左右。

5. 2濕法效應啟動

濕法效應啟動就是向待生產電解槽注入一定量的液體電解質,并逐漸抬升陽極,引發人工效應,槽效應電壓應控制在20V左右,待液體電解質達到15——17cm后,加入Al2O3,熄滅效應,這時應保持較高的槽電壓,槽電壓應在6——8V為宜,并向槽內注入一定量的液體鋁水來作為在產侶,加好陽極保慍料,使鋁電解槽進入正常的生產。

濕法啟動較干法啟動省電,操作簡單,勞動強度低,安全可靠,不會對陰極碳塊和內襯形成損傷,但容易出現化爐膛、化陽極鋼爪現象。

5. 3 濕法無效應啟動

近年來有些鋁電解生產廠家還采用了無效應濕法啟動,這種方法主要是將液體電解質注入待啟動的電解槽,然后升高電壓在10V左右,并緩慢融化固體物料,但啟動時間較長,其優點是在啟動期間物料揮發損失小,工作場地環境條件較好,采用此法啟動應比其他啟動方法電解槽預熱適當提高50℃左右,來防止注入的電解質產生凝固。

6 結語

在大型預焙鋁電解槽的焙燒啟動工作中,無論采用何種技術方法,均必須使投入的固體物料充分熔化,其電解質溫度應稍高寸于正常生產中的電解質溫度,這是因為在啟動初期投入的固體物料若不充分熔化,將沉淀于電解槽底部,當注入液體鋁水后造成爐底溫度的降低,使其難于熔化造成凝固,長時間便在電解槽底部結成堅硬的塊狀物體,即影響了電解槽的正常生產,增加了電能消耗,又影響了陰極和槽內襯的壽命。此外,在新啟動的電解槽上散熱損失過大,槽內襯在啟動后相當一段時間還會吸收大量的熱能,若啟動時電解質溫度過低,很容易出現電解質急速下降,并在電解槽底部產生沉淀,造成電解槽爐底畸形。

縱觀整個焙燒預熱啟動過程,只要電解槽筑爐,扎固質量合格,內襯材料質量符合要求,在焙燒啟動中嚴格按規程操作,其電解槽壽命將會達到或超過設計值,電解槽的啟動投產將會順利地轉入到正常的生產中,并取得最佳技術經濟指標。

國家發展改革委、工業和信息化部將會同中國有色金屬工業協會等有關方面按照本通知的要求,對氧化鋁建設項目采取函詢、調研、抽查等多種形式進行檢查。對發現的有關問題,將按照相關規定嚴肅處理。

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