大型預焙鋁電解槽二次啟動探討?

　　山西華圣鋁業有限公司電解鋁工程采用的是沈陽鋁鎂設計研究院設計的SY300KA電解槽，系列設計年產能22萬噸。公司共有300KA電解槽276臺，分6個區，每區46臺槽。其中2003年11月24日曾對1、4區電解槽6臺電解槽通電焙燒，至同年12月31日系列停電，期間電解槽沒有啟動，后又于2004年10月16日開始對1、4區第二次通電投產，92臺電解槽全部啟動，后因氧化鋁和電力問題于11月30日全部停槽。

　　這批電解槽要進行二次焙燒啟動所面臨的現狀是：92臺啟動后停運的電解槽，其中有61臺槽陽極坐入鋁液中，31臺槽停槽時陽極拉起、鋁液基本抽干；92臺電解槽每臺槽陽極上部覆蓋有20余噸冰晶石保溫料；多數電解槽各部位絕緣不良，槽上部機構和其他附屬設備存在較多問題。

　　針對這比電解槽的實際情況，我們制定了合理的清槽、補槽和焙燒啟動方案。在總體思路上把握以成功啟動為前提，以安全節能環保為原則，結合其放置時間長，且大部分槽有20噸固體鋁的情況，采取保護性清爐、低成本補槽，低電壓焦粒焙燒啟動法和低效應、低氧化鋁濃度控制策略。

　　清理電解槽

　　在確定清槽方案時，以保護陰極及上部結構為原則，采用核心技術將鋁塊分割后取出，并采取陰極表面防氧化措施保護陰極。主要考慮了以下幾點：

　　1、由于停槽加冰晶石覆蓋料時，陽極上有一定量的氧化鋁，因此在清理極上料時，要將冰晶石與氧化鋁盡量分開盛裝，以備將來物料更好的利用。

　　2、在清理槽膛四周的結殼時，要避免碰傷側部碳塊。

　　3、槽膛內的鋁塊是一個大整體，厚度在10cm以上，重量達10余噸，而鋁塊的邊部緊貼電解槽側部，清理時各種工具很難施展，因此在清理時一定要謹慎，嚴禁碰壞側部、拉傷陰極碳塊。

　　修補電解槽

　　電解槽覆蓋料、結殼、陽極和鋁塊被清出后，電解槽側部和陰極部分破損比較嚴重，主要表現在：人造伸腿斷裂、起層、滲鋁嚴重；側部碳塊斷裂、被浸蝕氧化、掉塊；陰極碳塊風化、斷裂、起層、掉塊；陰極碳塊間縫開裂、滲鋁等。鑒于以上情況的普遍存在，為保證電解槽的順利啟動，電解槽在清槽后必須經過修補才能進行投產。

　　在確定修補方案時，主要以阻止形成鋁液通道為原則，采用熱搗糊扎固需修補的炭間縫及人造伸腿，扎固時糊料溫度控制在90℃－120℃、陰極表面溫度加熱到80℃-100℃，側塊基本不更換。針對電解槽不同的破損情況，我們采取了針對性的修補方法：

　　1、針對人造伸腿出現裂縫、起層、剝落、滲鋁的現象，要求對人造伸腿清除掉2-4層并重新進行扎固。

　　2、針對陰極碳塊間縫開裂、滲鋁的現象，要求將碳塊間的糊料挖開10cm，滲鋁部位最多20cm，重新進行扎固。

　　3、對陰極碳塊起層、掉塊的地方，要經過清理后用糊料進行填補扎固。

　　4、對陰極碳塊本體所有可見縫隙，要求從縫隙處鑿開1cm-2cm左右寬，用糊料進行填補。

　　5、對于有裂縫的側塊，要求用砂輪片將縫隙擴大，然后用糊料填抹修補。

　　電解槽的二次焙燒啟動

　　1、焙燒啟動方法的選擇。考慮到本批二次啟動槽運行時間短，爐底表面比較平整，我們采用焦粒焙燒法，可以在灌入鋁液之前用高分子比電解質液體堵塞因焙燒形成的裂縫及通道。啟動時采取低電壓、低陽極效應系數，高分子比環保性啟動方法，達到保護陰極、延長槽壽命、減少環境污染的目的。為了防止對槽邊部和角部強烈的熱沖擊，造成槽邊部和角部出現裂縫，采用濕法無效應啟動。焙燒時間我們確定為96小時。二次焙燒送電很關鍵，電流上升梯度我們以120KA 、180KA、240KA、300KA為基準，電流送至240KA測量電流分布，確認無異常且沖擊電壓不大于5V后，再送下一個級別，停送電時間控制在30分鐘內。

　　2、裝爐操作及軟連接的安裝。由于電解槽啟動后要求電解質分子比在2.8以上，如果裝槽時使用普通的酸性冰晶石，就需要投入大量的純堿來提高分子比，因此裝爐時選用高分子比冰晶石，從而使純堿的使用量大大減少。并在裝爐時加入一定量的氟化鎂來保護伸腿。為了加強電電解槽焙燒時槽中間的熱對流，使焙燒溫度分布均勻，防止中縫陰極表面氧化，同時啟動前槽內有少量的液體電解質，我們采取中空裝爐法。通電前在陽極導桿與陽極大母線之間安裝軟帶連接母線。軟連接與陽極導桿及陽極大母線接觸的各部位安裝前要打磨、清洗干凈，各部位螺栓緊固好，確保軟連接有足夠的彎度，以防止接觸不良發生打火現象或焙燒時陽極上升把軟連接母線拉斷。

　　3、安裝的拆除分流器。由于1、4區電解槽陰極不平整度和焦粒厚度增加，電解槽通電時的沖擊電壓將上升，對電解槽的熱沖擊加劇。為了減小這種不利，我們采取在原分流器的基礎上加焊分流片的方法，來增加分流量，原電解槽分流器為5套/槽，每套分2組，每組8片，即在每組8片的基礎上加焊1到9片。送全電流6小時后電壓在3V以下先拆除第一組分流器和第五組分流器，12小時后拆除剩余分流器，若電壓急劇上升應停止拆除工作，電壓穩定后再繼續拆除。

　　4、 啟動及啟動后期管理。焙燒96小時以后，確認具備啟動條件時，可進行電解槽啟動；啟動前必須同時具備下列條件：

　　（1）中縫冰晶石大部分化開，溫度高于900℃。

　　（2）槽四周局部開始融化，TAP端及DE端溫度在750℃以上。

　　（3）中縫液體電解質不小于15cm。電解槽啟動灌鋁后24小時內電壓由計算機控制從4.8V均勻降至4.5V以下；48小時內電壓由計算機控制均勻降至4.3V以下；72小時內電壓由計算機控制均勻降至4.2V以下；96小時內電壓由計算機控制均勻降至4.18V以下；120小時電壓保持4.16V以下進入后期管理。電解槽啟動初期，氧化鋁的添加是定時自動加工，半個月以后，自動轉入模糊控制加料即正常生產加料。因此，啟動初期的NB加工間隔為110-130秒，伴隨槽溫等工藝技術條件的正常，逐漸縮短NB間隔。在電解槽二次啟動初期，修補后的人造伸腿等邊部扎糊還未充分焦化，為了使邊部扎糊良好焦化燒結為一體、防止修補后的扎糊層分層剝離，要求邊部溫度上升不宜太快。電解槽啟動初期，灌鋁后槽溫下降較多，邊部物料熔化減慢，同時液體電解質在邊部不斷凝固，形成可逆過程。在此過程中控制好各項工藝技術條件，減緩邊部電解質的熔化，使邊部升溫緩慢，得以使邊部扎糊良好焦化，不至造成人造伸腿扎糊層分層剝離和側炭早期裂紋、破損、且有助于形成規整的爐膛內型。

　　5、實施效果。目前這批電解槽已啟動7個多月，運行狀況良好，技術條件穩定，槽電壓穩定在4.12V，效應系數達0.3次/槽日以下，電流效率達93%，和其它正常槽沒有差距。

　　6、結語。通過保護性低成本的清槽和補槽工作，選擇低電壓環保性的焙燒啟動方法，以及在啟動后期低氧化鋁濃度和低效應的管理措施，不但節約了50%的焙燒啟動電量，而且解決了300KA大型預焙槽側部用75mm厚的碳化硅大面積發紅的技術難題，大大減少了啟動期間的環境污染和工人的勞動強度，啟動后各項經濟技術指標達到了很好的啟動效果，節約焙燒啟動耗電量10萬度/槽；鋁液質量達到AL99.70以上平均時間為16槽日；在全國同行業大面積二次啟動電解槽史上可以說是一個奇跡，為我國鋁行業大型預焙槽二次啟動探索出了寶貴經驗，具有現實的指導意義和應用價值。