CN102234819B - 一种铝电解槽的预热启动方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铝电解槽的预热启动方法，其预热启动过程为：（1）在炭素或石墨电极上表面钻孔，将加热元件预埋在电极中。（2）使用加热组件按照焙烧曲线对炉膛进行加热。（3）待达到目标温度后，加入固态或液态电解质直至所需电解质水平，然后调整加热组件功率，初步建立电解槽需要的热量平衡和炉膛内型。（4）通直流电，预热电极电解。（5）逐一用正常运行电极，将载有加热元件的预热电极换下。本发明方法加热均匀，预热过程中阳极与母线之间不需要软连接，可有效预热阴极为异型结构的传统槽，还可有效预热启动惰性电极铝电解槽，建立稳定的电解环境，提高电流效率，增长电极寿命。预热电极可重复使用，降低电解槽启动成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝电解槽的预热启动方法。
背景技术
新建或大修后的铝电解槽在进入生产前，要经过焙烧与启动过程。传统槽的焙烧启动过程主要是利用置于铝电解槽阴、阳两极间的发热物质产生热量，使电解槽阳极、阴极（含内衬）的温度升高。铝液焙烧法、焦粒焙烧法对阴极都有不同程度的损坏，对人造伸腿的焙烧较差，进而对槽寿命产生不利的影响。
电解槽启动，就是使电解槽在联通了系列电流的状态下，形成发生电解反应所需具备的基本技术条件，并使铝电解槽的主要技术参数（极距、槽电压、槽温、电解质成分、氧化铝浓度等）进入到电解所需的范围之内。在焙烧启动后都需要通过一段时间较长的后期管理来逐步建立能量平衡和物料平衡。
传统电解槽的焙烧启动方法容易出现电流偏流，造成阴极局部过热；铝液焙烧由于自身特点不适用大型预备槽的焙烧启动；焦粒焙烧对人造伸腿焙烧不良，启动后电解质炭渣多，需要清除炭渣，费工费料。
在目前所能看到的专利文献中，大部分焙烧启动方法都还是沿用传统方法，只是在有些方面做了小的改进，并未克服传统焙烧启动方法的主要缺点。对于惰性电极铝电解槽，预热启动的思路也基本上沿用了传统方法。
专利200510031315.3中，将惰性阳极用罐体承装，罐体采用石墨或炭素制品，承装后的电极如同炭阳极一样，可以在焙烧启动中或换极时使用，以避免热、电和热腐蚀性气体冲击。通电后罐体会消耗掉，当露出惰性电极时，电极自然过渡到工作状态。
专利01820302.7中所述，采用的是垂直电流惰性电解槽，先用炭阳极焙烧启动电解槽，待电解槽稳定运行后，再用惰性电极组进行替换。
专利200910043018.9提供一种陶瓷基惰性阳极铝电解槽的焦粒焙烧启动方法，首先在阳极表面镀覆金属化层，电解槽启动操作时，在阳极和槽底炭块之间铺设石墨粉或冶金焦与煅后石油焦的混合料作为发热层；电解槽的预热焙烧控制在48-96小时。
专利200910243383.4提供了一种惰性阳极铝电解槽的预热启动方法，主要是采用在炉膛铺设与电极组数相一致的电加热组件，在炉膛内装满电解质，通过加热至熔化电解质，继续添加电解质至所需水平。之后，降低加热组件功率，模拟正常运行时电解槽发热量，待各项技术参数稳定后，逐步用惰性电极更换加热电阻。
US6,537,438中所述，在预热启动电解槽时，将阴极外涂保护层。保护层中最里层接触炭阴极的为硼化钛层，中间层为金属铝或合金，最外层为炭。采用气体焙烧的方法，阳极为金属陶瓷阳极。阳极的保护层来源于焙烧过程中的氧化作用使其表层氧化。
对于采用惰性电极的铝电解槽来说，传统电解槽的焙烧启动方法已经完全不适用。因为惰性阳极抗扰动性能差，焙烧过程中显然不能使用惰性电极发热来加热电解质。这就必须在电解槽启动前为惰性电极提供稳定的电解环境，以便将电极放入电解槽内可以立即进入正常生产。
发明内容
本发明的目的就是针对上述已有技术存在的不足，提供一种能够有效、均匀加热电解质，有利于对阴极的保护，增加槽寿命，缩短后期管理时间，为惰性电极正常运行前，提供稳定的电解环境的铝电解槽的预热启动方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种铝电解槽的预热启动方法，其特征在于其预热启动步骤包括：
（1）将炭素或石墨电极块从表面向下钻孔，再将加热元件预埋入炭素或石墨电极的钻孔中制成电解槽预热电极；
（2）将装有加热元件的预热电极放置在电解槽中，用夹具将预热电极固定于电解槽大母线上；将炉膛内填满固态电解质，先对加热组件通交流电，使用加热组件按照焙烧曲线对炉膛进行加热；
（3）待达到目标温度后，再加入固态或液态电解质直至所需电解质水平，然后调整加热组件功率，直至电解槽正常运行时的能量输入，建立电解槽需要的热量平衡和炉膛内型；
（4）当电解槽达到预期的热平衡状态和炉膛内型时，对电解槽通直流电，预热电极开始电解；调整加热元件功率或停止交流电加热状态，稳定电解质温度在目标温度；
（5）在槽电压和电解温度稳定后，逐一用正常运行电极将载有加热元件的预热电极换下，完成电解槽预热启动。
本发明的一种铝电解槽预热启动方法，其特征在于步骤（1）中，对于传统铝电解槽，采用铝电解槽用炭阳极来制作预热电极。
本发明的一种铝电解槽预热启动方法，其特征在于步骤（1）中，采用炭素或石墨电极块为竖式惰性电极铝电解槽用预热电极，包括预热阳极和预热阴极。
本发明的一种铝电解槽预热启动方法，其特征在于所述的预热电极由加热元件、炭素或石墨电极、耐蚀材料保护层、极板母线和导杆构成；电极加热组件露出石墨电极部分和导杆由耐蚀材料保护层包裹；耐蚀材料保护层为高铝瓷，刚玉，耐蚀浇注料，氮化硼，碳化硅的一种。
本发明的一种铝电解槽的预热启动方法，其预热启动过程为：（1）在炭素或石墨电极上表面钻孔，将一定数量和功率的加热元件预埋在电极中。（2）在预热阶段，用夹具将预热电极固定于铝母线上。先对加热组件通交流电，使用加热组件按照焙烧曲线对炉膛进行加热。（3）待达到目标温度后，加入固态或液态电解质直至所需电解质水平，然后调整加热组件功率，直至电解槽正常运行时的能量输入，初步建立电解槽需要的热量平衡和炉膛内型。（4）通直流电，预热电极电解。通过控制系统，调整加热元件功率或停止交流电加热状态，使电解温度稳定在目标温度，电解槽逐步进入电解、自热状态。（5）逐一用正常运行电极，将载有加热元件的预热电极换下，电解槽预热启动顺利结束。
本发明的方法，可以解决传统铝电解焙烧启动的主要缺点，加热均匀，预热过程中阳极与母线之间不需要软连接，可有效预热阴极为异型结构的传统槽，提高传统铝电解槽寿命；还可有效预热启动惰性电极铝电解槽（垂直电流电解槽或水平电流电解槽），为惰性电极工作前建立稳定的电解环境，提高电流效率，增长电极寿命。预热电极可重复使用，降低电解槽启动成本。
附图说明
图1 本发明的方法用于传统铝电解槽预热启动用的预热电极结构示意图；
图2 本发明的方法用于竖式惰性电极铝电解槽的用预热阳极结构示意图。
具体实施方式
一种铝电解槽的预热启动方法，预热启动步骤为：
（1）电解槽预热电极是在炭素或石墨电极上表面钻孔，将加热元件预埋在电极中，加热元件的数量和功率可根据电解槽大小及所需加热功率确定。预热电极的数量与电解槽正常运行电极数量相同，结构尺寸相似，能够与正常运行电极一样连接到电解槽大母线上。
（2）在预热阶段，将装有加热组件的预热电极放置在电解槽中，用夹具将预热电极固定于电解槽大母线上。将炉膛内填满固态电解质，先对加热组件通交流电，使用加热组件按照焙烧曲线对炉膛进行加热。
（3）待达到目标温度后，再加入固态或液态电解质直至所需电解质水平，然后调整加热组件功率，直至电解槽正常运行时的能量输入，初步建立电解槽需要的热量平衡和炉膛内型。
（4）当电解槽达到预期的热平衡状态和炉膛内型时，对电解槽通直流电，预热电极开始电解。通过控制系统，调整加热元件功率或停止交流电加热状态，以稳定电解质温度在目标温度。
（5）在槽电压和电解温度稳定后，逐一用正常运行电极（传统电解槽使用炭阳极，惰性电解槽使用惰性电极）将载有加热元件的预热电极换下，电解槽预热启动顺利结束。
本发明的一种铝电解槽预热启动方法，对于传统铝电解槽，预热电极可以采用生产用炭阳极；对于竖式惰性电极铝电解槽，预热电极包括预热阳极和预热阴极，采用与惰性电极（包括惰性阳极、惰性阴极）外形一样或相近的炭素、石墨电极；对于垂直电流惰性电极铝电解槽，预热电极可以采用与惰性阳极外形一样或相近的碳素、石墨电极。
本发明的一种铝电解槽预热启动方法，放入预热电极前，炉膛内填固体电解质或不填固体电解质；预热电极的极距与正常电极极距相同或不同。竖式惰性电极铝电解槽预热电极，其特征在于由炭素或石墨质电极、加热元件、耐蚀材料保护层、极板母线和导杆构成。电极加热组件露出石墨电极部分和导杆由耐蚀材料保护层包裹。耐蚀材料保护层为高铝瓷，刚玉，耐蚀浇注料，氮化硼，碳化硅的一种。
本发明的一种铝电解槽预热启动方法，通电启动前，炉膛灌入铝水或不灌入铝水；预热阴极中有加热元件或没有加热元件。
实施例1
传统300KA铝电解槽，用炭阳极来制作预热电极。在炭阳极（1）上表面钻孔，放入加热元件（2），阳极不需要用软连接与母线连接，用夹具将预热电极母线（3）固定于铝母线上，预热电极数目与正常生产时阳极数目一致。炉膛内装满固态电解质，将冰晶石与纯碱添加到槽内和阳极上，起保温和避免阳极氧化作用。对加热组件通交流，按照升温制度开始加热。当炉膛温度加热至950℃时，继续添加固态电解质，直至电解质水平为25cm，加入氟盐，调整电解质成分，调整加热组件功率模拟电解状态热量输入，当电解槽达到预期的热平衡状态和炉膛内型时，断开交流电，通入直流电，使预热电极进入电解状态。此时，电解槽停止加热组件加热状态，进入电解、自热状态，通过调整极距，使槽电压和电解温度稳定在3.8V，935℃。在随后48小时内，使用正常生产用炭阳极逐一更换预热电极，预热启动顺利结束。
实施例2
传统400KA铝电解槽，阴极为异型，具有导流结构。在炭阳极（1）上表面钻孔，放入加热组件（2），阳极不需要用软连接与母线连接，用夹具将预热电极母线（3）固定于铝母线上，预热电极数目与正常生产时阳极数目一致。炉膛内装满固态电解质，对加热组件通交流电，按照升温制度开始加热。当炉膛温度加热至960℃时，添加液态电解质，直至电解质水平为23cm，灌入铝水10cm，加入氟盐，调整电解质成分，调整加热组件功率模拟电解状态热量输入，当电解槽达到预期的热平衡状态和炉膛内型时，断开交流电，通入直流电，使预热电极进入电解状态。此时，电解槽停止加热组件加热状态，进入电解、自热状态，通过调整极距，使槽电压和电解温度稳定在3.82V，937℃。在随后72小时内，使用正常生产用炭阳极逐一更换预热电极，预热启动顺利结束。
实施例3
竖式惰性电极铝电解槽，“预热阳极”包括石墨质电极（4），加热组件（5），耐蚀材料保护层（6），极板母线（7），导杆（8）。在石墨质电极（4）上表面钻孔，放入加热组件（5）；预热电极加热组件在露出石墨电极部分和导杆（4）有耐蚀材料保护层（6）。石墨电极（4）通过导杆（8）和极板母线（7）连接。“预热阴极”也是用石墨电极制成，结构与“预热阳极”一样，但不钻孔，没有加热组件。将预热电极和预热阴极以“—阴—阳—阴—”的方式固定于电解槽中，共有2个电解池，每个电解池包含9块预热阳极，10块预热阴极。预热电极与铝母线连接，预热电极极距小于正常运行电极极距。炉膛内装满固态电解质，对加热组件通交流电，按照升温制度开始加热。当炉膛温度加热至800℃时，继续添加固态电解质，直至电解质水平为40cm，加入氟盐，调整电解质成分，灌入铝水2cm，调整加热组件功率模拟电解状态热量输入，当电解槽达到预期的热平衡状态和炉膛内型时，断开交流电，通入直流电，使预热电极进入电解状态。此时，电解槽停止加热组件加热状态，进入电解、自热状态，通过调整极距，使槽电压和电解温度稳定在3.65V，800℃。在随后24小时内，使用惰性阳极，惰性阴极逐一更换预热阳极和预热阴极，预热启动顺利结束。
实施例4
竖式惰性电极铝电解槽，“预热阳极”包括石墨质电极（4），加热组件（5），耐蚀材料保护层（6），极板母线（7），导杆（8）。在石墨质电极（4）上表面钻孔，放入加热组件（5）；预热电极加热组件在露出石墨电极部分和导杆有耐蚀材料保护层（6）。石墨电极（4）通过导杆（8）和极板母线（7）连接。“预热阴极”也是用石墨制成，与“预热阳极”结构一样，“预热阴极”中也钻有孔，放入加热组件；将预热电极和预热阴极以“—阴—阳—阴—”的方式固定于电解槽中，共有4个电解池，每个电解池包含12块预热阳极，13块预热阴极。预热电极与铝母线连接，预热电极极距与正常运行电极极距相同。炉膛内装满固态电解质，对加热组件通交流，按照升温制度开始加热。当炉膛温度加热至800℃时，继续添加液态电解质，直至电解质水平为38cm，加入氟盐，调整电解质成分，调整加热组件功率模拟电解状态热量输入，当电解槽达到预期的热平衡状态和炉膛内型时，通直流电，预热电极电解。通过控制系统，调整加热元件功率，使电解温度稳定在800℃。在随后36小时内，使用惰性阳极和惰性阴极逐一更换预热阳极和预热阴极，预热启动顺利结束。
实施例5
垂直电流式惰性电极电解槽，预热电极采用炭阳极，在炭阳极中钻孔，放入加热元件，用夹具将预热电极固定于铝母线上，预热电极数目与正常生产时阳极数目一致，极距略小于正常运行电极极距。炉膛内装满固态电解质，对加热组件通交流，按照升温制度开始加热。当炉膛温度加热至850℃时，添加液态电解质，直至电解质水平为25cm，加入氟盐，调整电解质成分，调整加热组件功率模拟电解状态热量输入，当电解槽达到预期的热平衡状态和炉膛内型时，通直流电，预热电极电解。通过控制系统，调整加热元件功率，使电解温度稳定在800℃。在随后24小时内，使用陶瓷基或金属基惰性阳极逐一更换预热电极，预热启动顺利结束。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种铝电解槽的预热启动方法，其特征在于其预热启动步骤包括：
（1）将炭素或石墨电极块从表面向下钻孔，再将加热元件预埋入炭素或石墨电极的钻孔中制成电解槽预热电极；
（2）将装有加热元件的预热电极放置在电解槽中，用夹具将预热电极固定于电解槽大母线上；将炉膛内填满固态电解质，先对加热元件通交流电，使用加热元件按照焙烧曲线对炉膛进行加热；
（3）待达到目标温度后，再加入固态或液态电解质直至所需电解质水平，然后调整加热元件功率，直至电解槽正常运行时的能量输入，建立电解槽需要的热量平衡和炉膛内型；
（4）当电解槽达到预期的热平衡状态和炉膛内型时，对电解槽通直流电，预热电极开始电解；调整加热元件功率或停止交流电加热状态，稳定电解质温度在目标温度；
（5）在槽电压和电解温度稳定后，逐一用正常运行电极将载有加热元件的预热电极换下，完成电解槽预热启动。
2.根据权利要求1所述的一种铝电解槽预热启动方法，其特征在于步骤（1）中，采用炭素或石墨电极块为竖式惰性电极铝电解槽用预热电极，包括预热阳极和预热阴极。
3.根据权利要求1所述的一种铝电解槽预热启动方法，特征在于所述的预热电极由加热元件、炭素或石墨电极、耐蚀材料保护层、极板母线和导杆组成；电极加热元件露出石墨电极部分和导杆由耐蚀材料保护层包裹；耐蚀材料保护层为高铝瓷，刚玉，耐蚀浇注料，氮化硼，碳化硅的一种。
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