大型預焙陽極電解槽啟動期間技術參數的控制

靳宏臣

（撫順鋁業有限公司,遼寧 撫順 113001）

大型預焙陽極電解槽啟動期間技術參數的控制

靳宏臣

（撫順鋁業有限公司,遼寧 撫順 113001）

電解槽啟動期間技術參數的控制十分關鍵,通過控制好槽工作電壓、極距、電解質溫度、電解質成分、電解質數量等技術參數,能使電解槽順利啟動,并且為電解槽以后高效平穩生產和延長槽壽命打下堅實基礎.

電解槽能否正常啟動,是電解槽是否能轉入正常生產的關鍵,在某種程度上決定著該槽整個運行狀況的好壞.尤其在新建廠啟動大量電解槽時,啟動期間管理是否到位,有可能關系到一個工廠相當長時間內的工作成敗,整個系列電解槽壽命的長短.電解槽啟動期間以下幾個技術參數十分關鍵,槽工作電壓、極距、電解質溫度、電解質成分、電解質數量等.控制好這些技術參數,為以后電解槽能在長期穩定的狀態下獲得高電流效率和低能量消耗,打下堅實的基礎.現在大型預焙陽極電解槽啟動方式普遍采用焦粒焙燒濕法無效應啟動,下面重點分析一下采用這種方法啟動的電解槽,在啟動期間的技術參數的控制.

1 槽工作電壓

槽工作電壓的組成是由陽極壓降、電解質壓降、陰極壓降、極化電壓和母線壓降組成,其中陽極壓降、電解質壓降、陰極壓降是維持電解質溫度的熱量來源.在電解槽啟動期間,工作電壓的高低主要由電解質壓降來決定,電解質壓降是指電流從陽極通過電解質到達陰極鋁液鏡面,由于電解質電阻而產生的電壓降.

控制好槽工作電壓,是控制電解槽熱平衡的關鍵.在電解槽啟動期間槽電壓的保持變化比較大,并且變化快,其電壓的保持范圍要比正常生產槽大得多,這就需要操作人員在現場根據實際判斷,不能由槽控系統根據設定值判斷控制.影響槽工作電壓保持的因素很多,主要有電解槽焙燒溫度、灌入電解質的數量和溫度、啟動期間添加物料情況、控制物料溶化的時間以及電解質溫度控制要求等.如果槽工作電壓控制不好,會造成電解質溫度和物料熔化失控,使電解槽受到損害和浪費能源.

2 極 距

極距既是電解過程電化學反應區域,又是維持電解質溫度熱源中心.極距在電解槽啟動期間是反應電解質導電性的關鍵參數,在大型預焙槽上,每縮短極距 1 cm大約可降低電壓 300～330 mV[1],當極距和槽工作電壓不匹配時,說明電解質導電性有問題,及時查找原因,及時采取措施清潔電解質,避免電解質過熱和含炭的發生.極距過低時會造成陰、陽極電流分布不均和影響陽極底掌下炭粒的排出.

3 電解質溫度

在電解槽啟動期間,控制好電解質溫度十分重要.啟動時合理抬高陽極,保持好電壓,把電解質溫度控制在 980～1 000℃.要避免溫度過高,降低對槽下部結構的熱負荷影響,嚴格控制陽極效應發生的頻率和時間,減少對內襯的熱沖擊,這樣槽殼變形小、恢復快.現在大型預焙陽極電解槽內襯的設計,都是側部散熱,底部保溫,側塊緊貼槽殼鋼板,槽底則有多層保溫材料.電解槽啟動時,槽殼上部溫度很高,槽底溫度不高,會造成槽殼上拱,某廠 300 kA電解槽啟動后槽殼上拱計算值為 4.6 cm[2].啟動期間電解質溫度越高,槽殼上拱的情況越嚴重,越大型的槽子越應該注意這個問題.圖 1是某廠電解槽啟動后槽殼上拱情況.另外,控制好電解質溫度,側部鋼板發紅現象少,槽殼變形小.

圖 1 電解槽啟動后槽殼上拱情況

一般人造伸腿都是用炭素周圍糊扎固而成.受糊料成分以及糊料軟化點、加熱溫度、以及扎固壓力、扎固溫度與方法等的影響,這種人造伸腿密實度不均勻,極不容易焙燒好.由于它升溫慢,在槽底焙燒時它升溫滯后,與槽內相差很大,在電解槽啟動時它還沒有焦化.啟動時電解質溫度高達1 000℃左右,高溫電解質使其焦化速度驟然加快,導致最終的焙燒效果不理想,出現較多的裂紋、起層剝離等,嚴重的造成電解槽側部早期破損,影響電解槽的槽壽命.另外這種扎固的人造伸腿結構較疏松,在啟動后選擇性吸鈉強,極易造成人造伸腿損壞,不僅破壞了電解槽側下部的熱平衡,不利于爐幫伸腿有規則的形成,不利于爐膛內形的規整,更是存在重大的安全隱患,極易造成漏爐事故.為了保護邊部,要求邊部電解質塊的砌筑體不可被快速熔化,使邊部免受熱烈熱震.隨著邊部電解質塊地不斷溶化,扎糊帶溫度逐漸升高而進入焙燒狀態,炭糊逐漸焦化.

電解槽啟動期間控制溫度的均勻性也十分關鍵,電解槽抬起陽極啟動后,槽內有大量的物料需要熔化,并且要添加一些物料,容易造成電解質溫度分布不均.如果不均,極易造成局部溫度高,如果控制不好,容易造成局部過熱和含炭,使局部陰極溫度分布不均,造成對陰極的破壞,引發事故和影響以后電解槽的正常生產.局部溫度過低,會使該處物料熔化慢或產生沉淀.所以要勤觀察電解槽內電解質溫度是否均勻,對溫度低的地方不加物料,對溫度高的地方及時添加物料降溫,并且及時測量陽極電流分布,對偏差過大的進行調整,使電解槽內各處溫度均勻.

4 電解質成分

電解質主要是由熔融的冰晶石和溶解在其中的氧化鋁和添加劑組成.在電解槽啟動期間,其中最關鍵的兩項是氧化鋁濃度和分子比的控制.

4.1 氧化鋁濃度

采用焦粒焙燒技術啟動電解槽時,電解質混有大量的炭粒,這時要求電解質對炭粒濕潤性差,有利于炭粒從電解質中分離.電解槽啟動期間溫度高,如果氧化鋁濃度過高,不利于炭渣的分離.采用低氧化鋁濃度,有利于炭渣的分離,有利于穩定槽況.由于新啟動電解槽槽溫高,相對來說,電解槽不易來效應,因為一般情況下,溫度升高則臨界電流密度增大[3].并且電解槽在來效應前,槽電阻有一個上升過程,現場操作人員能夠根據電阻曲線或現場觀察槽電壓,發現電解槽將要引發陽極效應,通過及時補充一些氧化鋁,可以避免效應發生,不會因為采用低氧化鋁濃度而使電解槽效應頻發.采用低氧化鋁濃度,槽內不易形成沉淀,避免了槽內溫度降低后爐底產生結殼.

4.2 分子比

高分子比電解質所具有的特性——熔點較高,在電解槽啟動期間,槽內電解質分子比高,能在啟動后的電解質溫度降低期間,在內襯縫隙內形成具有較高熔化溫度 （初晶點）的電解質,有效堵塞侵蝕通道,有效彌補了陰極內襯缺陷,阻止電解槽內襯早期破損產生,為進一步延長槽內襯使用壽命創造了條件.此外,啟動時采用高分子比電解質,可免除前幾個星期內電解槽發生熱平衡的驟然變化,讓電解槽形成穩定規整的高分子比爐幫,以及提高氧化鋁的溶解度.另外注意啟動期間加入純堿時不要集中在某一處大量添加,避免造成堿局部集中,使該部分陰極大量吸鈉,該處鈉膨脹應力集中,從而引起陰極炭塊的膨脹和分裂.

5 電解質數量

電解槽濕法啟動為焙燒溫度達到指定的目標后,向電解槽內灌入一定數量的電解質,隨著電解質的灌入,提高極距,以便盡快地讓電解質填充到電解槽的各個部分,但極距也不要提得太快,以防極間斷路,對電解槽上部結構產生震動性破壞,對此要格外小心[4].電解槽啟動期間,槽內有足夠量的電解質,有利于各項技術參數的穩定控制,避免事故發生,為以后正常生產打下良好基礎.

6 結 語

電解槽啟動期間的管理對以后正常生產和延長槽壽命至關重要,啟動期間要嚴格執行操作規程,細化管理,控制好各項參數.

A

1671-6620（2010）S1-0128-02