CN101724859A - 一种异形结构阴极铝电解槽焙烧方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种异形结构阴极铝电解槽焙烧方法，将异形结构阴极表面的凹处用铝粉或与凹处对应形状的铝块进行填充，使得填充后的表面与异形阴极凸起面在同一水平面上，再在阴极平面上铺设一层焦粒，挂上阳极通电焙烧，直到阴极表面60～70％的面积达到或超过900℃，且槽内60％以上面积有10cm厚的熔融电解质后，再灌入电解质进行湿法启动或采用干法启动。这种铝块/铝粉-焦粒复合焙烧技术有利于阴极表面的电流和温度分布均匀，减小热震，既避免了铝液焙烧法对阴极内衬的热冲击，又解决了异形阴极结构铝电解槽单独采用焦粒焙烧时因焦粒厚度差异较大而导致的阴极电流分布不均等问题，提高了阴极内衬的焙烧质量。

Description

一种异形结构阴极铝电解槽焙烧方法

技术领域

本发明属于铝电解技术领域，涉及高温熔盐铝电解槽的焙烧方法，特别涉及一种异形结构阴极铝电解槽焙烧方法。

技术背景

现行铝电解槽工作温度高达960℃左右，而新建或大修后铝电解槽均在室温下筑成，因此，新建或大修后铝电解槽在进入电解工作前，要经过焙烧启动过程。电解槽的焙烧启动虽然只有短短的几天，但焙烧质量对电解槽启动后的工作状态产生重大影响，尤其是对电解槽寿命产生决定性影响。

当前，铝电解槽的焙烧方法主要有三种：铝液焙烧法(如US4181583)，焦粒焙烧法(如JP55006965)和燃料焙烧法(CN1284572)。上述三种方法在焙烧过程中均存在各自优缺点，铝液焙烧法尽管操作方便，但是由于高温液体金属(800℃～900℃)的直接加入，导致阴极表面和扎糊的温度上升过快，在热应力的作用下，很容易使阴极内衬产生裂纹，给电解槽漏炉带来隐患，从而降低了铝电解槽使用寿命。燃料焙烧法可通过调节燃烧器来控制加热速度，加热速度可控性好，并可通过移动加热器来控制温度分布，阴极表面温度分布较为均匀。但燃料焙烧需要专用复杂的燃料焙烧装置，操作难度大，在电解高温环境使用燃油、燃气的安全措施必须到位。从工艺的角度，该法最大的缺点是阴极表面氧化问题。由于高温烟气的氧含量控制以及燃烧空间的密封问题难以解决，阴极表面被烟气和空气氧化无法避免，严重时阴极炭块和扎糊燃烧，尽管采取了一切可能的防氧化措施，但阴极氧化问题一直是电解槽破损的重要隐患和燃料焙烧法推广应用的主要障碍。焦粒焙烧法避免了铝液焙烧法在焙烧初期阴极断面温度梯度大和燃料焙烧法工艺复杂、成本高及阴极表面氧化严重等缺陷，被作为现行大型预焙铝电解槽焙烧的主要方法，该方法成熟度较高，也是我国现行铝电解工业焙烧启动的最常用方法。但焦粒焙烧过程中，如操作不当，阴、阳极电流分布不均匀，局部电流过度集中，容易出现个别阳极钢爪发红或阳极脱落等现象，随着焙烧的进行，表面温度梯度逐渐增大，其局部最高温度可达1600℃，最低温度为500℃，最大温差高达1100℃，阴极表面热应力不均匀，从而导致阴极内衬出现裂纹。

针对曲面阴极、网状阴极及开沟(凸起)阴极等异形阴极结构铝电解槽，焙烧启动质量的好坏直接决定着异形阴极结构铝电解槽使用寿命的长短。由于异形阴极结构铝电解槽的阴极与现行普通铝电解槽阴极水平表面结构不同，其焙烧方法无法直接采用现行普通平面阴极铝电解槽的焙烧方法。从上述的焙烧方法来看，铝液焙烧法和燃料焙烧法固有的缺点在异形阴极结构铝电解槽上仍无法克服，且由于阴极表面呈非水平式，采用焦粒进行焙烧时，阴极表面上各处的焦粒厚度不一，导致通电焙烧时，焦粒厚处的电流比焦粒薄处的电流少，电流局部集中，产生的热应力容易引起阴极开裂，降低槽寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种异形结构阴极铝电解槽焙烧方法，以解决采用传统焙烧方法的异形阴极表面铺设焦粒后阴极电流分布不均的问题。

本发明的技术解决方案如下：

一种异形结构阴极铝电解槽焙烧方法，所述的异形结构阴极包括曲面阴极、网状阴极凸起阴极和开沟阴极，其特征在于，包括以下步骤：将异形结构阴极表面的凹处用铝粉或与凹处对应形状的铝块进行填充，使得填充后的表面与异形阴极凸起面在同一水平面上，形成一个阴极平面，在阴极平面上铺设一层焦粒，挂上阳极通电焙烧，直到阴极表面60～70％的面积达到或超过900℃，且槽内60％以上面积有8～10cm厚的熔融电解质后，再灌入电解质进行湿法启动或采用干法启动。

针对所述的异形结构阴极，采用各种对应形状和尺寸的铝块，或粒度为0.1～5mm的铝粉，或铝粉与铝块的复合，用于填充异形阴极凹处，以平整异形阴极上表面。

针对所述的异形结构阴极，用铝粉填充异形阴极凹处，以平整异形阴极上表面，铝粉粒度范围为0.1～5mm。

在铝块与阴极表面间接触处撒上一层石墨粉或金属铝粉，其粒度为0.1～2mm，厚度为0.5～1cm，以增强铝块与阴极表面接触处的导电性能。

在填平后的阴极表面上所铺设焦粒的粒度为0.1～3mm，厚度为1～3cm。

有益效果：

本发明采用一种铝块(铝粉)-焦粒复合焙烧技术。针对不同异形阴极结构的需要，可将铝液各种对应形状和规定尺寸的铝块，或采用粒度为0.1～5mm的铝粉，或采用铝粉与铝块的复合，用于填充异形阴极凹处，以平整异形阴极表面。同时，为了防止铝块与阴极界面接触不好而出现电弧现象，可在铝块与阴极间界面处撒上一层厚度为0.5～1cm的石墨粉或金属铝粉，其粒度为0.1～2mm，以增强接触处的导电性能。本发明的铝块(铝粉)-焦粒焙烧技术，主要基于金属铝(电阻率为0.029μ·Ωm)具有良好导电能力的特性，且远远优于炭素阴极的导电性能(电阻率20～50μ·Ωm)，当异形阴极凹凸处存在高度差时，铝块填充在异形阴极凹处，铝块起着导电的桥梁，有效地增大了异形阴极凹处炭块的电流强度，提高异形阴极焙烧时电流分布的均匀性。如果在异形阴极凹处填充焦粒，因焦粒的电阻率远远大于炭素阴极块，以致异形阴极凹处没有电流流过，造成异形阴极凹凸部分电流分布不均。针对异形阴极结构表面非水平式，将凹处填充着导电性良好的铝块，大大降低了异形阴极凸凹处电阻差，解决了异形阴极表面铺设焦粒后阴极电流分布不均的问题。

本发明的优点在于：

1、采用铝块(铝粉)-焦粒复合焙烧技术，既避免了铝液焙烧法焙烧初期对阴极内衬的热冲击，又解决了异形阴极结构铝电解槽单独采用焦粒焙烧时因焦粒厚度差异较大而导致的阴极电流分布不均等问题。

2、该技术中由于采用铝块(铝粉)进行焙烧，当焙烧温度高于铝的熔点(660℃)时，铝块熔化成液体，在异形阴极凹处的液体铝逐渐连成一片，因铝液既是电的良导体又是热的良导体，这样有利于阴极表面的电流和温度分布均匀，克服了普通铝电解槽上采用焦粒焙烧时焙烧后期出现的电流局部集中和阴极表面温度分布不均等缺点，提高了阴极内衬的焙烧质量。

这种铝块(铝粉)-焦粒复合焙烧技术有利于阴极表面的电流和温度分布均匀，减小热震，既避免了铝液焙烧法对阴极内衬的热冲击，又解决了异形阴极结构铝电解槽单独采用焦粒焙烧时因焦粒厚度差异较大而导致的阴极电流分布不均等问题，提高了阴极内衬的焙烧质量。

附图说明

图1为曲面阴极铝电解装炉示意图。曲面阴极5凹处采用对应形状的铝块3填平，并在铝块与阴极界面处撒上石墨粉或金属铝粉4，以增强铝块与曲面阴极表面的接触。最后铺上一层焦粒2(即石油焦粉末)，阳极1直接压在焦粒上。

图2为网状阴极铝电解装炉示意图。在网状阴极6凹处采用对应形状的铝块3填平，再在其表面铺上一层焦粒2，阳极1直接压在焦粒上。

图3为开沟(凸起)阴极铝电解装炉示意图。在开沟(凸起)阴极8凹处采用铝粉7填平，再在其表面铺上一层焦粒2，阳极1直接压在焦粒上。

具体实施方式

通过实例和附图对本发明的铝块(铝粉)-焦粒焙烧技术进一步说明：

实施例1

以300kA曲面阴极和网状阴极预焙铝电解槽为例，针对曲面阴极5(如图1)和网状阴极6(如图2)，铝块形状与曲面或网状阴极上表面相吻合如图1和2中铝块3所示，铺放铝块3之前，可在曲面阴极表面上撒上一层厚度为0.5～1cm石墨粉或金属铝粉4(如图1)，也可直接将铝块铺在阴极凹处，使阴极上表面在同一水平面上，再在铝块填充后的阴极水平表面上铺设一层厚度1～3cm的焦粒2(焦粉粒度为0.1～3mm)，挂上阳极1，安装分流片，阳极导杆与阳极母线间采用软母线进行连接，按预定位置安放热电偶，堆砌电解质块装炉，通电后焙烧65～75h，槽电压从最初的4.0～4.2V(冲击电压为5.0～5.2V)逐步降至2.0～2.2V，待中缝、阳极缝间的冰晶石熔化成一定高度(10～15cm)的电解质液，阴极表面温度从室温焙烧逐步升至900～950℃时，至此，电解槽焙烧完成，可开始启动，大修槽可采用从其他生产槽中抽取电解质灌入启动电解槽中，进行湿法启动。新建铝厂第一台槽可采用干法启动。

实施例2

以300kA开沟(凸起)阴极预焙铝电解槽为例，针对开沟(凸起)阴极8(如图3)，采用铝粉7(粒度为0.1～5mm)填充在阴极凹处，使阴极上表面在同一水平面上，再在阴极水平表面上铺设一层厚度1～3cm的焦粒2(焦粉粒度约为1～3mm)，挂上阳极1，安装分流片，阳极导杆与阳极母线间采用软母线进行连接，按预定位置安放热电偶，堆砌电解质块装炉，通电后焙烧60～70h，槽电压从最初的4.0～4.2V(冲击电压约为5.1～5.3V)逐步降至2.1～2.3V，待中缝、阳极缝间的冰晶石熔化成一定高度(10～15cm)的电解质液，阴极表面温度从室温焙烧逐步升至900～950℃时，至此，电解槽焙烧完成，可开始启动，大修槽可采用从其他生产槽中抽取电解质灌入启动电解槽中，进行湿法启动。新建铝厂第一台槽可采用干法启动。

Claims (5)

1.一种异形结构阴极铝电解槽焙烧方法，所述的异形结构阴极包括曲面阴极、网状阴极凸起阴极和开沟阴极，其特征在于，包括以下步骤：将异形结构阴极表面的凹处用铝粉或与凹处对应形状的铝块进行填充，使得填充后的表面与异形阴极凸起面在同一水平面上，形成一个阴极平面，在阴极平面上铺设一层焦粒，挂上阳极通电焙烧，直到阴极表面60～70％的面积达到或超过900℃，且槽内60％以上面积有8～10cm厚的熔融电解质后，再灌入电解质进行湿法启动或采用干法启动。

2.根据权利要求1所述的异形结构阴极铝电解槽焙烧方法，其特征在于：针对所述的异形结构阴极，采用各种对应形状和尺寸的铝块，或粒度为0.1～5mm的铝粉，或铝粉与铝块的复合，用于填充异形阴极凹处，以平整异形阴极上表面。

3.根据权利要求1所述的异形结构阴极铝电解槽焙烧方法，其特征在于：针对所述的异形结构阴极，用铝粉填充异形阴极凹处，以平整异形阴极上表面，铝粉粒度范围为0.1～5mm。

4.根据权利要求1所述的异形结构阴极铝电解槽焙烧方法，其特征在于，在铝块与阴极表面间接触处撒上一层石墨粉或金属铝粉，其粒度为0.1～2mm，厚度为0.5～1cm，以增强铝块与阴极表面接触处的导电性能。

5.根据权利要求1～4任一项所述的异形结构阴极铝电解槽焙烧方法，其特征在于，在填平后的阴极表面上所铺设焦粒的粒度为0.1～3mm，厚度为1～3cm。

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