180kA新式陰極鋼棒電解槽焙燒技術研究

祝可武

（中國鋁業青海分公司，青海 西寧 810108）

近幾年隨著鋁電解行業井噴式發展,加之今年受疫情影響，鋁消耗量大幅下降，導致原鋁價格大幅下跌,大多數電解鋁企業處于虧損狀態,凸顯出節能減排對企業降本增效的重要性。

中國鋁業鄭州研究院成功開發出了新型結構導流槽技術，主要目的是降低鋁液流速和波動,實現鋁電解槽金屬鋁液面穩定,從而提高電流效率并降低極距。在160kA電解槽應用試驗表明,槽工作電壓可穩定在3.74V，比系列降低300mV-400mV,電流效率94.1%左右，噸鋁可節電1200kWh，經濟效益和環境效益顯著。東北大學馮乃祥教授開發了異形陰極技術，在168kA預焙電解槽上進行試驗，試驗結果表明，槽電壓比降低了0.3V，電流效率平均提高1.36%；直流電耗降低到12281kWh/t-Al，節能效果十分顯著。在電解槽生產周期中，電解槽的焙燒是電解槽后續高效平穩運行的基礎，研究如何控制焙燒過程，達到焙燒目的是電解生產中的一個關鍵。

1 焙燒前準備工作

焙燒前電解槽必須滿足《180kA中間下料預焙鋁電解槽內襯大修檢查標準》的要求，提前一天做好裝爐工作、分流器安裝準備工作和槽控機調試工作。

（1）焦粒焙燒技術。焦粒焙燒技術是利用焦粒的發熱，逐步提高電解內襯的溫度，使電解內襯燒結為一個整體，與傳統鋁液焙燒相比可避免鋁液對槽陰極內襯材料的沖擊，同時電解質的提前進入也阻擋了鋁液從爐底及側部縫隙向外滲透，對延長槽壽命有利。

（2）鋪設焦粒與掛陽極的要求。180kA新式陰極鋼棒電解槽對于焦粒的鋪設有嚴格的要求，鋪設料成分為石墨碎+煅后焦，焦粒粒度為2mm～4mm，通常先將400kg～450kg石墨碎+煅后焦按照4:6的比例混合攪拌均勻后裝入架子車待用。再將陽極母線降至下限（以母線下沿與水平罩之間高度15cm為宜），回轉計調為380。然后用隔離式焦粒鋪設床（如圖1所示）開始鋪設。要求焦粒鋪設床漏網平整擺放在陽極投影區內。然后將待用混合好的焦粒倒入鋪設床內，用板尺刮平保證每個網眼小洞填滿焦粒之后，將焦粒鋪設床網板上多余的焦粒全部清掃干凈，移走焦粒鋪設床。掛極時，按A12、B12、A11、B11…順序依次交叉作業，指揮天車一次到位，不允許有晃動。要保證陽極底掌與鋪設的焦粒平面完全接觸并壓實焦粒，并不是刻意追求陽極導桿與水平母線緊密接觸。這樣才能保證在后期焙燒過程中導電均勻，避免出現升溫不均、陽極紅鋼爪、沖擊電壓高等不利情況。

圖1 隔離式焦粒鋪設床

隔離式焦粒鋪設床的優點是當陽極坐放在焦粒層上時，由于陽極底面高低不平一般相差5mm～10mm,一方面利用小而密集的圓錐焦粒體填充找平陽極底面；同時使陽極底掌其余部分與其它圓錐焦粒體充分接觸，有效增加陽極底面與焦粒層接觸面積，從而達到陽極與焦粒層充分接觸的目的。

（3）裝爐。用廢舊的氟鹽塑料袋或牛皮紙封堵陽極間縫隙。 在 A1B1、A12B12、A4A5、A8A9、A10A11、B2B3、B6B7、B9B10陽極的中間各架一根熱電偶測溫管并固定好，測溫管安裝時角度以便于測溫為宜，避免過于垂直。熱電偶測溫管要裝在伸腿和陽極之間的物料中，不能安裝在陽極與陽極的縫隙之間。在人造伸腿及陽極周圍均勻撒一層冰晶石，然后在大面和小頭靠側部炭塊處堆砌破碎電解質塊，由外到里形成一個斜坡。電解質塊砌墻高度以達到爐膛深度約3/4處為宜，出鋁口預留灌電解質的通道。將曹達2.0噸均勻添加到陽極四周。用鐵皮將陽極中縫蓋住，用電解質破碎料及冰晶石將陽極中縫鐵皮位置蓋實、蓋嚴，加強保溫。在陽極上添加碎電解質破碎料，高度以剛好蓋住炭環為宜，最后在陽極及陽極四周添加冰晶石，加破碎料和冰晶石的目的是在焙燒期間一方面防止陽極氧化，另一方面加強保溫，減少熱損失。

（4）安裝軟連接與分流片。分流器在通電前按要求進行安裝,分流器采用短路口下分流方式。用不停電裝置進行通電時，分流器前后各一組，每組8片（1200×180×2）mm；停電通槽時前后各兩組，每組7片（1200×180×2）mm，分流器必須滿足新型結構電解槽分流量的要求。安裝時分流器與母線的接觸面要進行除銹并打磨干凈，對槽下分流器壓接母線也要進行處理，確保壓接面上無凸點后進行安裝，螺栓必須緊固，做好絕緣措施，保證安全。

2 焙燒要點分析

2.1 通電焙燒過程中陽極炭塊電流分布測量及管理

圖2 送電過程電壓和分流器電壓及溫度

圖3 焙燒槽陽極電流分布測定值

通電以40kA、80kA、120kA、160kA、180kA以每隔40kA為基準，送完一個級別無異常后再送下一個級別。記錄電流升至40kA、80kA、120kA、160kA、180kA時電壓和通全電流瞬間最高電壓（如圖2所示）。通常情況下開始階段陽極電流分布比較均勻，原因是通電初期，陽極上各炭塊通過的電流大小主要由陽極炭塊與焦粒電阻大小決定，因為各陽極下鋪設的焦料厚度一致，采用的炭塊也同樣，所以其電阻值基本相當，通電初期電流均勻分布有利于電解槽均勻升溫。隨著焙燒時間延長部分冰晶石和固體電解質逐漸熔化，液體電解質導電性增強，同樣電壓情況下電流就越大，發熱量就多，冰晶石的熔化速度會加快，該部位電阻降低，形成不良循環，這是焦粒焙燒隨著焙燒時間增加陽極電流分布變得不均勻的原因。隨著焙燒時間的延長電流分布不均勻現象有逐步加劇趨勢。為避免陽極電流過大造成的磷生鐵熔化和局部過熱造成的陰極炭塊裂縫和陽極脫極現象發生，焙燒后期必須要注意測量陽極電流分布。具體做法是通電2小時后測一次，以后每4小時測一次，并做好記錄，電流分布偏大（＞3.0mv）的用鐵工具搭接在陽極鋼梁與槽殼鋼板處進行分流處理，使陽極電流分布趨于均勻，如圖3所示，防止因局部溫度過高燒損陰極凸臺。通電后每4小時測量一次電解槽溫度，做好記錄，最后繪制升溫曲線圖存檔如圖4所示。

圖4 焙燒槽升溫曲線圖

2.2 通電焙燒槽電壓變化

電解槽通電后其工作電壓不斷變化，全電流后沖擊后電壓一般在4.0V～4.5V之間，不能高于5.0V，焙燒過程中電壓變化情況如表1。

表1 焙燒電壓變化情況

可以看出隨著通電時間的延長槽電壓有下降趨勢，原因是陽極炭塊、焦粒層、陰極炭塊電阻在焙燒過程中隨溫度升高有下降趨勢，在通過電解槽電流不變的情況下，槽電壓隨著槽電阻的減小而下降。前期電壓下降快而后期電壓下降慢，主要原因是槽電阻初期下降比較明顯，后期陰極碳塊與陽極碳塊電阻基本穩定。

2.3 分流器拆除注意事項

通電24小時且電壓低于3.5V并保持平穩后，根據電解槽焙燒溫度及陽極電流分布情況，電解槽具備拆除分流器的條件時，方可拆除分流器。首先拆除兩組分流器，拆除期間電壓上升不超過1.0V，如果電壓急劇上升，應停止拆除，并檢查各陽極電流分布，有異常應應及時調整，等電壓穩定后再拆除，分流器全部拆除完畢后電解槽電壓不超過4.5V。

3 結束語

通過對180kA新式陰極鋼棒電解槽整個焙燒過程進行分析，電解槽焙燒應嚴格把控升溫速度、陰極表面的溫度分布、陽極電流分布和陰極電流分布等關鍵工序，確保每道工序都達到焙燒標準，才能實現良好的焙燒質量，為后期電解槽穩定高效運行打下基礎。