精鋁槽與普鋁槽焙燒啟動工藝的對比分析

寧建文

（山西關鋁股份有限公司，山西運城044001）

精鋁槽與普鋁槽焙燒啟動工藝的對比分析

寧建文

（山西關鋁股份有限公司，山西運城044001）

結合精鋁槽與普鋁槽的差異，對普鋁槽焙燒啟動工藝進行比較和分析，提出適合精鋁槽焙燒啟動的具體工藝。

普鋁槽精鋁槽鋁液焦粒電阻絲加熱焙燒啟動

三層液鋁電解精煉的主要設備——精鋁槽在投入生產之前，需要經過設計、制造、安裝、檢查、驗收、焙燒、啟動等幾個關鍵環節［1］。而精鋁槽的設計是由設計部門完成，制造、安裝是安裝部門的工作，檢查、驗收、焙燒、啟動以及后期正常生產維護是生產部門的職責，特別是精鋁槽的焙燒、啟動受到所選用工藝、作業人員的水平等人為性的影響較大。

精鋁槽在驗收合格后，焙燒啟動的質量一方面關系到精鋁槽在正常生產階段能否高效生產，另一方面關系到精鋁槽的使用壽命，因而生產企業在此階段投入的人力、財力、物力都比較大，也是精鋁生產技術人員長期攻克的難題。

精鋁槽焙燒啟動的目的與普鋁槽一樣，都是通過一定時間的緩慢加熱，使槽內襯得以烘干，使槽底炭塊間和槽周邊的扎糊燒結成一個整體，防止在后續的啟動階段發生“熱震”及槽底炭塊出現破損和漏槽，同時使槽內整體溫度接近正常生產溫度，順利實現啟動。

精鋁槽的啟動就是使槽內具備足夠多的液體電解質和液體合金，在生產中，槽內各層液體不發生波動，能滿足精鋁正常生產的要求。

1 精鋁槽與普鋁槽的區別

圖1和圖2分別是普鋁槽和精鋁槽的內襯示意圖。從中可以明顯看出它們的槽底內襯結構相似，只是精鋁槽的側部內襯要比普鋁槽復雜得多。普鋁槽的側部內襯最里面的是一層側部炭塊，側部炭塊與槽殼之間有一層氧化鋁作為填充物，側部炭塊與底部炭塊之間連接的人造伸腿比較粗大。而精鋁槽的側部內襯從內向外先是一層鎂磚，依次為耐火磚、保溫磚、氧化鋁填充物，底部炭塊與側部炭塊間的縫隙同樣是用糊料扎固而成的人造伸腿，只是凸起比較小［2］。另外精鋁槽的小頭一側或兩側均設有加料室，加料室為石墨制品，主要用于生產中添加普鋁錠。精鋁槽槽膛比普鋁槽槽膛要深將近100mm。

圖2 精鋁槽內襯

在槽上部結構方面，普鋁槽又比精鋁槽復雜，除了他們共有的母線提升機構外，普鋁槽上部結構主要增加了陽極效應報警裝置、自動打殼下料裝置及其附屬的空氣管路等等。

綜上所述，不考慮槽上部結構，精鋁槽與普鋁槽相比，槽底部基本一樣，主要區別是：精鋁槽側部內襯較厚，不利于焙燒過程中水分的排出；側部最里面是一層鎂磚，導熱性差，急冷急熱性差，材質易破損；精鋁槽槽膛較深，側部內襯最上面難以取得較好的焙燒效果。

2 精鋁槽與普鋁槽焙燒工藝的對比分析

現代普鋁槽普遍采用的焙燒工藝有：鋁液焙燒、焦粒焙燒和燃料焙燒等，鋁液焙燒和焦粒焙燒屬于內加熱方式，而燃料焙燒屬于外加熱方式［3］。由于精鋁槽內襯側部為鎂磚，而且較厚，爐膛比較深，再加上精鋁槽正常生產溫度比普鋁槽低將近200℃，因而精鋁槽的焙燒不能簡單地采用普鋁槽的方法，必須加以局部改進。

2.1 鋁液焙燒工藝

鋁液焙燒是在精鋁槽內注入高溫鋁液，再通以直流電，利用鋁液和陰、陽極炭塊在通以直流電狀態下產生的焦耳熱來達到焙燒的目的。

精鋁槽焙燒與普鋁槽焙燒一樣，焙燒前都需要事先在槽膛側部內襯處堆放電解質塊料或混合電解質粉料，以防往槽內注入高溫鋁液對側部內襯造成熱沖擊。考慮到側部內襯為鎂磚，鎂磚導熱性不好，如果焙燒注入的鋁液來自普鋁槽，則鋁液的溫度不會低于850℃，雖然精鋁槽的側部內襯處堆有電解質塊用以隔離高溫鋁液對側部鎂磚的接觸，但還會有部分高溫鋁液與鎂磚接觸，此時的鎂磚極有可能出現破損；又由于鎂磚與炭素制品的膨脹系數相差較大，側部與底部相連處的人造伸腿同樣極易受到熱沖擊而出現裂縫，特別是料室口極容易發生漏槽現象。

如果用正常生產精鋁槽的精鋁液作為焙燒加熱體的話，成本太高，經過焙燒后的精鋁液肯定變成普鋁液，經濟損失太大；再則，如果從精鋁槽內吸取合金作為焙燒加熱體雖然可行，但在實際生產中不易操作，因為從正常生產槽中抽取大量合金，其一會破壞正常生產槽的技術條件，其二會也會對最上層的精鋁液造成污染。

2.2 焦粒焙燒工藝

焦粒焙燒是在精鋁槽底的陽極炭塊上預先鋪設一層焦粒，再座上石墨陰極，通以直流電，靠焦粒電阻本身產生的焦耳熱來達到焙燒精鋁槽的目的。

焦粒焙燒是精鋁槽普遍采用的一種比較成熟的焙燒工藝，在具體操作過程中，需要在槽底預埋熱電偶，石墨陰極周圍需要堆放電解質塊料或電解質混合粉料。對于精鋁槽而言，由于焦粒本身的電阻比較大，在剛通電時，焦粒之間的間隙較大，此時焦粒瞬間產生的焦耳熱會對精鋁槽側部內襯的鎂磚造成很大的熱沖擊，輕則出現鎂磚、人造伸腿裂縫，重則鎂磚掉角，在啟動階段出現漏槽等現象。

但焦粒焙燒特別適合新建廠房沒有液體電解質時前幾臺槽的焙燒，此時可以起到造電解質的目的。

2.3 燃料焙燒工藝

燃料焙燒是利用燃料系統和溫度控制系統的配合，按事先設置好的升溫曲線要求，通過燃油或天然氣等來加熱焙燒電解槽。

由于燃料焙燒屬于外加熱方式，升溫速度能人為控制，對于精鋁槽和普鋁槽而言，它是一種極好的焙燒工藝，但由于其操作復雜等原因，在實際生產中并沒有得到普遍采用。在用于精鋁槽的焙燒過程中，如果高溫火焰對準側部鎂磚的話，鎂磚會因為自身特性而出現裂縫、掉角，會大大縮短精鋁槽的使用壽命。

2.4 外電阻加熱焙燒工藝

外電阻加熱焙燒雖然已在其他工業爐體得到廣泛應用，但應用于電解槽上的焙燒是近幾年才開始的。馮乃祥教授在其主編的《鋁電解》一書中明確提到電解槽外電阻加熱的焙燒原理［4］。是用一個低電壓、電阻較大的加熱體（如電阻帶或電阻絲）對電解槽內襯進行加熱烘烤，待槽內襯底部炭塊溫度達到500℃左右、底部炭塊燒結成一體、內襯沒有水分排出時，即標志著電解槽焙燒過程結束，具備啟動條件。

對于精鋁槽而言，考慮到側部內襯是鎂磚，在具體焙燒過程中，要求剛開始的24h之內，升溫速度一定要慢，以使側部內襯中的水分排出，同時也不會引起側部鎂磚裂縫、掉塊等現象的發生。另外為了保證升溫到500℃左右，避免底部炭塊的氧化現象發生，與普鋁槽一樣需事先在槽底鋪設一層冰晶石，與側部連接處的四周要適當厚點，以防鎂磚過快受熱，引起裂縫等。在具體焙燒過程中可以根據精鋁槽的焙燒升溫要求，利用控溫系統按預先設置好的焙燒曲線要求自動加熱焙燒。

與燃料焙燒相比，這種焙燒方式更易于控制，在具體操作中，技術人員可以隨時觀察精鋁槽的整體焙燒效果并及時做出調整，可以說這是目前最適宜精鋁槽的一種焙燒工藝。

3 精鋁槽與普鋁槽啟動工藝的對比分析

精鋁槽啟動的目的與普鋁槽相同，都是在槽內熔化足量多的液體電解質，以滿足正常電解生產要求，啟動方法依舊可以分為干法啟動和濕法啟動。

3.1 干法啟動

干法啟動就是利用電解槽陰、陽極之間產生的高溫電弧將電解質粉料熔化成液體電解質。具體操作就是不斷向電解槽陰、陽極間添加電解質粉料，并及時緩慢提升電極，在陰、陽極之間產生強烈的電弧，利用電弧快速產生的熱量熔化電解質粉料。

由于精鋁槽的側部為鎂磚，而鎂磚的特性決定了干法啟動工藝對精鋁槽的使用壽命影響加大,因而在實際生產中盡量減少使用干法啟動。

3.2 濕法啟動

濕法啟動就是向待啟動的槽內注入一定量液體電解質，若電解質量不夠，可向槽內添加電解質粉料逐漸熔化補充，待液體電解質的高度達到生產要求時，則標志著啟動過程的結束，對于普鋁槽而言則進入正常生產過程；而對于精鋁槽，還得往槽內添加固體合金或液體合金和普鋁液，精鋁槽必須經過電化學凈化過程，電化學凈化后換鋁過程的結束，才標志著精鋁槽進入正常生產過程。

由上述啟動工藝的具體操作可以看出，干法啟動靠電弧產生的熱能熔化電解質，當然消耗的電能較高，電解質揮發量大，環境污染嚴重，而且高溫電弧對設備和人員都存在一定的安全隱患，同時也不適用于精鋁槽的啟動。與之相比，濕法啟動在節能、環境保護、安全等方面的優勢就比較明顯，是精鋁槽目前采用的普遍方式。

4 結語

在新建廠房有普鋁液的前提下，首選“外電阻加熱+鋁液焙燒”相結合的工藝比較理想。就是在外電阻加熱焙燒結束后，往槽內注入不少于40mm高的普鋁液，然后下降陰極石墨組，通以直流電，接下來往槽內添加電解質混合粉料，逐步熔化電解質，提高電解質高度，達到造電解質的目的，完成焙燒啟動過程。為防止注入高溫鋁液對槽內襯側部鎂磚造成強烈的熱沖擊，需要事先在槽周圍鋪設電解質混合粉料。

在新建廠房無液體電解質和普鋁液的前提下，采用焦粒焙燒是目前最經濟的一種工藝，雖然在焙燒過程中有可能對內襯側部的鎂磚造成傷害，但可以起到造電解質使精鋁槽順利啟動目的。

在有部分精鋁槽生產的前提下，外電阻加熱焙燒則是最易于操作、最切實際的一種焙燒工藝。

考慮到精鋁槽的側部內襯為鎂磚，濕法啟動是精鋁槽啟動的唯一選擇。

［1］青鋁人.現代大型預焙槽生產技術［M］.沈陽：東北大學出版社，1995.

［2］邱竹賢.鋁電解原理與應用［M］.北京：中國礦業大學出版社，1998.

［3］田應甫.大型預焙鋁電解槽生產實踐［M］.長沙：中南工業大學出版社，1997.

［4］馮乃祥.鋁電解［M］.北京：化學工業出版社，2006.

（編輯：胡玉香）

Analysis and Com paring on Baking Star-up Process of Refined Alum inum Pot and Primary Alum inum Pot

NING Jianwen
（ShanxiGuan Aluminum Group Co.,Ltd.,Yuncheng 044001,China）

By means of analysis and comparing about primary aluminum pot baking star-up, combining the difference of refined aluminum pot and primary aluminum pot,this paper puts forward specific processes that havemeet refined aluminum pot baking star-up.

primary aluminum pot,refined aluminum pot,liquid-Al,coke,resistance wire heating, baking,tar-up

book=54,ebook=87

TF802.67

A

2010-

寧建文（1974-），男，在山西關鋁股份有限公司精鋁分廠從事精鋁生產工藝、技術和質量等管理工作，工程師。Tel:15934976508，E-mail：jianwenn2003@yahoo.com.cn

1672-1152（2010）02-0031-03