400kA電解槽燃氣焙燒二次啟動中的問題剖析與預(yù)防

高寶堂，田建明，程 斌，高 印，曹永峰

（1.包頭鋁業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 包頭 014000；2.中鋁鄭州有色金屬研究院有限公司，河南 鄭州 450041）

2020年初面對突如其來的疫情，鋁價順勢下跌，突破4年來的新低，鋁廠紛紛限產(chǎn)，包頭某鋁廠也采取多項控虧增盈措施。分廠對完成電壓高、爐幫薄、經(jīng)常性鋼窗口發(fā)紅的電解槽進行停槽，清理陰極表面物料后對電解槽的破損情況分析評判，以提高二次啟動槽啟動成功率和延長槽壽命為前提，以建立穩(wěn)定的爐幫、取得良好的經(jīng)濟指標(biāo)為目標(biāo)，實施碳化鋁打磨修補、更換側(cè)塊等措施后快速裝爐二次啟動。

1 電解槽二次啟動過程控制管理

1.1 電解槽停槽前的狀況及停槽后的清理修補

A#槽發(fā)生滾鋁，考慮到槽齡短，實施坐槽再啟動方案，在抽出鋁液后下降陽極，電壓保持在1.7V左右，坐槽8個小時后再次灌入高溫電解質(zhì)啟動，此時陽極電流偏流，局部電解質(zhì)旋轉(zhuǎn)劇烈，槽溫980℃，電壓4.8V，高頻噪聲230納歐。為了盡快穩(wěn)定，灌鋁20噸后，發(fā)現(xiàn)煙道端開始滾鋁，最終被迫停槽。通過研究爐底狀況和局部側(cè)塊的侵蝕情況，更換側(cè)磚6塊，用糊料扎固爐底沖蝕坑兩處及個別局部人造伸腿低的部位，具備了裝爐條件。

B#槽因長期出現(xiàn)多點紅爐幫現(xiàn)象，多次在線更換局部側(cè)磚后仍有高溫點，如果繼續(xù)維持不但耗費更多的維護精力，而且存在漏爐風(fēng)險，給系列安全埋下隱患。該槽爐底壓降低、槽齡短，實施中修二次啟動。考慮到停槽后直接拔極清理造成電解槽散熱溫度梯度大，增加了陰極炭塊基體或鋼棒與陰極扎固糊之間裂縫的幾率，會加劇槽殼變形，爐底隆起，內(nèi)襯開裂。為克服停槽負面影響，提出了在降溫過程中放緩槽體散熱速度，使槽殼和陰極內(nèi)襯應(yīng)力緩慢釋放，減小電解槽破損機會的“保護性停槽”[1]。B#槽清理采用刨出澆注料全部更換側(cè)磚再扎固的方案，使用拋光機打磨露出陰極表面。為避免由于鋼棒多處斷裂造成陰極電流偏流的發(fā)生，刨出陰極澆注眉毛圈檢查陰極鋼棒的侵蝕情況并處理，重新整體砌筑氮化硅結(jié)合碳化硅磚，扎固周圍糊焊接槽壓板。

1.2 燃氣焙燒技術(shù)[2]裝爐與啟動

A#槽裝爐物料主要是破碎料10噸、預(yù)制覆蓋板1噸（預(yù)制覆蓋板采用破碎料跟水玻璃混捏而成）、工業(yè)純堿5噸。焙燒采用時間108h溫升曲線，溫度達到930℃后，灌入電解質(zhì)液啟動。灌入電解質(zhì)20噸，工作電壓7.0V～7.6V，噪聲300納歐。

在物料熔化的過程中B5、B6陽極電流分布偏高，并呈現(xiàn)中間陽極電流分布高兩端偏低的現(xiàn)象，隨著溫度升高電壓擺動劇烈，即使工作電壓在6.5V時仍有壓槽狀況。在撈出的碳渣中發(fā)現(xiàn)有爐底深坑處加補的扎固糊、有伸腿扎固糊起層脫落。分析原因可能是在物料熔化的過程中預(yù)制覆蓋板被直接推入槽內(nèi)熔化，未充分溶解的破碎料顆粒包裹在電解質(zhì)中，污染了電解質(zhì)，增加了電解質(zhì)粘度，降低其電導(dǎo)率，增加電解質(zhì)壓降，有的物料會直接沉入爐底形成沉淀并在角部或某些部位聚集，引起陰極電流偏流[3]。

B#槽裝爐物料主要是電解質(zhì)粉10噸、冰晶石6噸、工業(yè)純堿3噸，焙燒采用時間96h溫升曲線[4]，溫度達到930℃灌入電解質(zhì)液啟動，沖擊電壓為2.55V，灌入電解質(zhì)總重量為20.3噸，電壓穩(wěn)定。本次采用電解質(zhì)粉而非破碎料預(yù)制板，減少了槽內(nèi)氧化鋁量，降低了電解質(zhì)電導(dǎo)率；裝爐時要一次性裝純堿3噸，后期不補充，為的是形成堅實的高溫爐幫。A#槽升曲線在930℃控制區(qū)間保溫時間過長，發(fā)生陽極氧化，爐底過燒，容易發(fā)生爆塊，B#槽放緩初期焙燒升溫速度，縮短后期焙燒保溫時間，采用96小時焙燒方案。

1.3 二次啟動槽的后期管理

A#槽在啟動6小時后采取槽控機+人工停控的方式加料，未效應(yīng)等待潔凈電解質(zhì)，啟動后20小時發(fā)現(xiàn)電解質(zhì)內(nèi)出現(xiàn)大量的鱗狀陽極剝離層，現(xiàn)場作業(yè)人員重點對雙陽極間縫中的堆積物（陽極側(cè)面掉落的鱗片狀炭塊）清理。在碳渣清理徹底后，逐漸控制電壓5.5V～6.0V，噪聲16納歐。現(xiàn)場測量電解質(zhì)溫度990℃，加電解質(zhì)塊物料降溫，物料沉入爐底，引起反熱，溫度快速升高至1010℃，灌鋁18噸，電壓波動加劇，煙道端出現(xiàn)滾鋁現(xiàn)象，噪聲200納歐，隨著鋁液的攪動電解質(zhì)發(fā)粘，調(diào)整成分未果被迫停槽大修。

B#槽在啟動后10-12小時發(fā)現(xiàn)排出的陽極氣體中夾雜著細粉碳末，在翻滾的電解質(zhì)中能夠看到有黑色的氣泡沫溢出，說明電解質(zhì)含碳，盡管陽極電流分布均勻，避免有爆塊或扎固糊脫落進一步污染電解質(zhì)。車間安排檢查陽極底掌，此時局部陽極底掌有長包跡象，經(jīng)過3小時連續(xù)拔極檢查，電解質(zhì)流動性有明顯改善。

B#槽在物料熔化期間，對溫度、效應(yīng)、下料量（NB間隔）規(guī)范管控。嚴禁過早添加氧化鋁，過早加入氧化鋁雖然可以降低電解質(zhì)表面溫度抑制效應(yīng)，必然降低電解質(zhì)電導(dǎo)率，會引起爐底反熱，發(fā)生爆塊。在啟動20小時后分兩次灌鋁23噸，5.5V的電壓基本穩(wěn)定，實測極距4.2cm，測量爐底壓降680mV。加強人為控制，如果此時連機自動控制，設(shè)定電壓5V就會出現(xiàn)電壓下滑、火苗發(fā)黃等壓槽現(xiàn)象。經(jīng)過一周的爐底清理和電解質(zhì)成分調(diào)整，電壓保持在4.80V～4.85V。經(jīng)過20余天的努力，該槽工作電壓降到4.2V以下，爐底壓降450mV，分子比2.7，電解溫度950℃，趨于穩(wěn)定。

B#槽采用新的后期管理方案[5]，對電壓保持、效應(yīng)管理以及其它操作進行規(guī)范。后期重點跟蹤槽底的變化，測量陰極電流分布、建立爐膛為首要任務(wù)。目前該二次啟動槽已進入正常期，爐底壓降680mV降到450mV，工作電壓4.00V，爐幫厚度12cm。

1.4 對比分析

綜上所述，通過兩臺典型電解槽燃氣焙燒二次啟動實踐，對停槽、清爐、修補及裝爐、啟動與灌鋁等環(huán)節(jié)比對，重點體現(xiàn)在停槽方式不同、清理及裝爐物料不同、焙燒溫升曲線不同、啟動中的操作及溫度控制管理的不同，最后是灌鋁量的不同等，具體如表1所示。

表1 A#、B#槽不同階段的實施差異分析

2 結(jié)論與建議

燃氣焙燒二次啟動槽采取保護性冷卻防變形停槽的方法，清理槽內(nèi)的電解質(zhì)、固體鋁、陰極表面的碳化鋁，整體更換側(cè)磚，整體扎固人造伸腿，采用全冰晶石或電解質(zhì)粉裝爐，嚴格控制加堿量，啟動時嚴格執(zhí)行不同時間節(jié)點對應(yīng)的標(biāo)準操作方案，避免電解質(zhì)含碳后壓槽、爐底反熱發(fā)生爆塊，在灌鋁前跟蹤測量陽極電流分布，通過調(diào)整陽極高度彌補因陰極隆起造成的局部低極距，降低電解噪聲等都是提高啟動成功率的重要措施。

采用兩次灌鋁的辦法可避免溫度快速降低，增加必要的效應(yīng)以潔凈爐底，可為后期形成堅實的高溫爐幫、延長電解槽壽命打下良好的基礎(chǔ)。