400kA電解槽燃氣焙燒二次啟動中的問題剖析與預防

高寶堂，田建明，程 斌，高 印，曹永峰

（1.包頭鋁業有限公司，內蒙古 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，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、經常性鋼窗口發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，以建立穩定的爐幫、取得良好的經濟指標為目標，實施碳化鋁打磨修補、更換側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啟動，此時陽極電流偏流，局部電解質旋轉劇烈，槽溫980℃，電壓4.8V，高頻噪聲230納歐。為了盡快穩定，灌鋁20噸后，發現煙道端開始滾鋁，最終被迫停槽。通過研究爐底狀況和局部側塊的侵蝕情況，更換側磚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#槽因長期出現多點紅爐幫現象，多次在線更換局部側磚后仍有高溫點，如果繼續維持不但耗費更多的維護精力，而且存在漏爐風險，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，使槽殼和陰極內襯應力緩慢釋放，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合碳化硅磚，扎固周圍糊焊接槽壓板。

1.2 燃氣焙燒技術[2]裝爐與啟動

A#槽裝爐物料主要是破碎料10噸、預制覆蓋板1噸（預制覆蓋板采用破碎料跟水玻璃混捏而成）、工業純堿5噸。焙燒采用時間108h溫升曲線，溫度達到930℃后，灌入電解質液啟動。灌入電解質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，并呈現中間陽極電流分布高兩端偏低的現象，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。在撈出的碳渣中發現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制覆蓋板被直接推入槽內熔化，未充分溶解的破碎料顆粒包裹在電解質中，污染了電解質，增加了電解質粘度，降低其電導率，增加電解質壓降，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粉10噸、冰晶石6噸、工業純堿3噸，焙燒采用時間96h溫升曲線[4]，溫度達到930℃灌入電解質液啟動，沖擊電壓為2.55V，灌入電解質總重量為20.3噸，電壓穩定。本次采用電解質粉而非破碎料預制板，減少了槽內氧化鋁量，降低了電解質電導率；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℃控制區間保溫時間過長，發生陽極氧化，爐底過燒，容易發生爆塊，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，未效應等待潔凈電解質，啟動后20小時發現電解質內出現大量的鱗狀陽極剝離層，現場作業人員重點對雙陽極間縫中的堆積物（陽極側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。現場測量電解質溫度990℃，加電解質塊物料降溫，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，煙道端出現滾鋁現象，噪聲200納歐，隨著鋁液的攪動電解質發粘，調整成分未果被迫停槽大修。

B#槽在啟動后10-12小時發現排出的陽極氣體中夾雜著細粉碳末，在翻滾的電解質中能夠看到有黑色的氣泡沫溢出，說明電解質含碳，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。車間安排檢查陽極底掌，此時局部陽極底掌有長包跡象，經過3小時連續拔極檢查，電解質流動性有明顯改善。

B#槽在物料熔化期間，對溫度、效應、下料量（NB間隔）規范管控。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表面溫度抑制效應，必然降低電解質電導率，會引起爐底反熱，發生爆塊。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，設定電壓5V就會出現電壓下滑、火苗發黃等壓槽現象。經過一周的爐底清理和電解質成分調整，電壓保持在4.80V～4.85V。經過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℃，趨于穩定。

B#槽采用新的后期管理方案[5]，對電壓保持、效應管理以及其它操作進行規范。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。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、啟動與灌鋁等環節比對，重點體現在停槽方式不同、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，清理槽內的電解質、固體鋁、陰極表面的碳化鋁，整體更換側磚，整體扎固人造伸腿，采用全冰晶石或電解質粉裝爐，嚴格控制加堿量，啟動時嚴格執行不同時間節點對應的標準操作方案，避免電解質含碳后壓槽、爐底反熱發生爆塊，在灌鋁前跟蹤測量陽極電流分布，通過調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。