大型预焙铝电解槽二次启动探讨

　  项目背景

　　山西华圣铝业有限公司电解铝工程采用的是沈阳铝镁设计研究院设计的SY300KA电解槽，系列设计年产能22万吨。公司共有300KA电解槽276台，分6个区，每区46台槽。其中2003年11月24日曾对1、4区电解槽6台电解槽通电焙烧，至同年12月31日系列停电，期间电解槽没有启动，后又于2004年10月16日开始对1、4区第二次通电投产，92台电解槽全部启动，后因氧化铝和电力问题于11月30日全部停槽。

　　这批电解槽要进行二次焙烧启动所面临的现状是：92台启动后停运的电解槽，其中有61台槽阳极坐入铝液中，31台槽停槽时阳极拉起、铝液基本抽干；92台电解槽每台槽阳极上部覆盖有20余吨冰晶石保温料；多数电解槽各部位绝缘不良，槽上部机构和其他附属设备存在较多问题。

　　针对这比电解槽的实际情况，我们制定了合理的清槽、补槽和焙烧启动方案。在总体思路上把握以成功启动为前提，以安全节能环保为原则，结合其放置时间长，且大部分槽有20吨固体铝的情况，采取保护性清炉、低成本补槽，低电压焦粒焙烧启动法和低效应、低氧化铝浓度控制策略。

　　清理电解槽

　　在确定清槽方案时，以保护阴极及上部结构为原则，采用核心技术将铝块分割后取出，并采取阴极表面防氧化措施保护阴极。主要考虑了以下几点：

　　1、由于停槽加冰晶石覆盖料时，阳极上有一定量的氧化铝，因此在清理极上料时，要将冰晶石与氧化铝尽量分开盛装，以备将来物料更好的利用。

　　2、在清理槽膛四周的结壳时，要避免碰伤侧部碳块。

　　3、槽膛内的铝块是一个大整体，厚度在10cm以上，重量达10余吨，而铝块的边部紧贴电解槽侧部，清理时各种工具很难施展，因此在清理时一定要谨慎，严禁碰坏侧部、拉伤阴极碳块。

　　修补电解槽

　　电解槽覆盖料、结壳、阳极和铝块被清出后，电解槽侧部和阴极部分破损比较严重，主要表现在：人造伸腿断裂、起层、渗铝严重；侧部碳块断裂、被浸蚀氧化、掉块；阴极碳块风化、断裂、起层、掉块；阴极碳块间缝开裂、渗铝等。鉴于以上情况的普遍存在，为保证电解槽的顺利启动，电解槽在清槽后必须经过修补才能进行投产。

　　在确定修补方案时，主要以阻止形成铝液通道为原则，采用热捣糊扎固需修补的炭间缝及人造伸腿，扎固时糊料温度控制在90℃－120℃、阴极表面温度加热到80℃-100℃，侧块基本不更换。针对电解槽不同的破损情况，我们采取了针对性的修补方法：

　　1、针对人造伸腿出现裂缝、起层、剥落、渗铝的现象，要求对人造伸腿清除掉2-4层并重新进行扎固。

　　2、针对阴极碳块间缝开裂、渗铝的现象，要求将碳块间的糊料挖开10cm，渗铝部位最多20cm，重新进行扎固。

　　3、对阴极碳块起层、掉块的地方，要经过清理后用糊料进行填补扎固。

　　4、对阴极碳块本体所有可见缝隙，要求从缝隙处凿开1cm-2cm左右宽，用糊料进行填补。

　　5、对于有裂缝的侧块，要求用砂轮片将缝隙扩大，然后用糊料填抹修补。

　　电解槽的二次焙烧启动

　　1、焙烧启动方法的选择。考虑到本批二次启动槽运行时间短，炉底表面比较平整，我们采用焦粒焙烧法，可以在灌入铝液之前用高分子比电解质液体堵塞因焙烧形成的裂缝及通道。启动时采取低电压、低阳极效应系数，高分子比环保性启动方法，达到保护阴极、延长槽寿命、减少环境污染的目的。为了防止对槽边部和角部强烈的热冲击，造成槽边部和角部出现裂缝，采用湿法无效应启动。焙烧时间我们确定为96小时。二次焙烧送电很关键，电流上升梯度我们以120KA 、180KA、240KA、300KA为基准，电流送至240KA测量电流分布，确认无异常且冲击电压不大于5V后，再送下一个级别，停送电时间控制在30分钟内。

　　2、装炉操作及软连接的安装。由于电解槽启动后要求电解质分子比在2.8以上，如果装槽时使用普通的酸性冰晶石，就需要投入大量的纯碱来提高分子比，因此装炉时选用高分子比冰晶石，从而使纯碱的使用量大大减少。并在装炉时加入一定量的氟化镁来保护伸腿。为了加强电电解槽焙烧时槽中间的热对流，使焙烧温度分布均匀，防止中缝阴极表面氧化，同时启动前槽内有少量的液体电解质，我们采取中空装炉法。通电前在阳极导杆与阳极大母线之间安装软带连接母线。软连接与阳极导杆及阳极大母线接触的各部位安装前要打磨、清洗干净，各部位螺栓紧固好，确保软连接有足够的弯度，以防止接触不良发生打火现象或焙烧时阳极上升把软连接母线拉断。

　　3、安装的拆除分流器。由于1、4区电解槽阴极不平整度和焦粒厚度增加，电解槽通电时的冲击电压将上升，对电解槽的热冲击加剧。为了减小这种不利，我们采取在原分流器的基础上加焊分流片的方法，来增加分流量，原电解槽分流器为5套/槽，每套分2组，每组8片，即在每组8片的基础上加焊1到9片。送全电流6小时后电压在3V以下先拆除第一组分流器和第五组分流器，12小时后拆除剩余分流器，若电压急剧上升应停止拆除工作，电压稳定后再继续拆除。

　　4、启动及启动后期管理。焙烧96小时以后，确认具备启动条件时，可进行电解槽启动；启动前必须同时具备下列条件：

　　（1）中缝冰晶石大部分化开，温度高于900℃。

　　（2）槽四周局部开始融化，TAP端及DE端温度在750℃以上。

　　（3）中缝液体电解质不小于15cm。电解槽启动灌铝后24小时内电压由计算机控制从4.8V均匀降至4.5V以下；48小时内电压由计算机控制均匀降至4.3V以下；72小时内电压由计算机控制均匀降至4.2V以下；96小时内电压由计算机控制均匀降至4.18V以下；120小时电压保持4.16V以下进入后期管理。电解槽启动初期，氧化铝的添加是定时自动加工，半个月以后，自动转入模糊控制加料即正常生产加料。因此，启动初期的NB加工间隔为110-130秒，伴随槽温等工艺技术条件的正常，逐渐缩短NB间隔。在电解槽二次启动初期，修补后的人造伸腿等边部扎糊还未充分焦化，为了使边部扎糊良好焦化烧结为一体、防止修补后的扎糊层分层剥离，要求边部温度上升不宜太快。电解槽启动初期，灌铝后槽温下降较多，边部物料熔化减慢，同时液体电解质在边部不断凝固，形成可逆过程。在此过程中控制好各项工艺技术条件，减缓边部电解质的熔化，使边部升温缓慢，得以使边部扎糊良好焦化，不至造成人造伸腿扎糊层分层剥离和侧炭早期裂纹、破损、且有助于形成规整的炉膛内型。

　　5、实施效果。目前这批电解槽已启动7个多月，运行状况良好，技术条件稳定，槽电压稳定在4.12V，效应系数达0.3次/槽日以下，电流效率达93%，和其它正常槽没有差距。

　　6、结语。通过保护性低成本的清槽和补槽工作，选择低电压环保性的焙烧启动方法，以及在启动后期低氧化铝浓度和低效应的管理措施，不但节约了50%的焙烧启动电量，而且解决了300KA大型预焙槽侧部用75mm厚的碳化硅大面积发红的技术难题，大大减少了启动期间的环境污染和工人的劳动强度，启动后各项经济技术指标达到了很好的启动效果，节约焙烧启动耗电量10万度/槽；铝液质量达到AL99.70以上平均时间为16槽日；在全国同行业大面积二次启动电解槽史上可以说是一个奇迹，为我国铝行业大型预焙槽二次启动探索出了宝贵经验，具有现实的指导意义和应用价值。