CN103046078B - 一种柱形凸起阴极铝电解槽焙烧启动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开柱形凸起阴极铝电解槽焙烧启动方法，步骤：(1)将焦粒铺设框放置在凸台周围，然后在凸台上表面及周围铺设一层焦粒，此层焦粒在焦粒铺设框内并与焦粒铺设框齐平；(2)在焦粒铺设框周围铺设一层电解质层，再在电解质层上铺设一层焦粒层，同时，在阴极上表面未填满铺平的空间用焦粒压实铺平；(3)铺设完毕后，将阳极平放在凸台上的焦粒层上表面；(4)安装好阳极，在阳极间缝中设置测温点，然后在阳极中缝处用冰晶石粉填充11~20cm，再用电解质块填充满阳极中缝；阳极周围用电解质块覆盖，并在中间极钢爪上焊取双层分流片；(5)焙烧启动。本发明具有安全系数高、焙烧质量好、劳动强度小、减小焦粒用量等优点。

Description

一种柱形凸起阴极铝电解槽焙烧启动方法

技术领域

本发明属于电解铝技术领域，具体涉及一种柱形凸起阴极铝电解槽焙烧启动方法。

背景技术

铝电解槽焙烧启动的结构及原理：

铝电解槽是一种由碳素材料砌筑成的熔炉，电解铝生产就是在这种碳素材料炉里进行电化学反应，由于生产运行温度高达950度以上，需要将常温状态下的碳素材料熔炉经过温度逐步上升继而进行焙烧，到达一定温度700-850度以上后，需要将焙烧好的熔炉迅速转入启动，开始剧烈电化学反应进程。

目前，铝行业有三种焙烧启动方法，分别是铝液焙烧启动法、焦粒焙烧启动法和燃气-铝液法。各自的优缺点如下：

1.       铝液法：适用于100KA以下的小型电解槽，是早期的铝电解槽焙烧启动工艺，由于该方法无法解决阴极材料因热应力作用产生裂纹后导致的漏炉概率较高，现已逐步淘汰。

2.       焦粒焙烧启动法：80年代参考了国外的做法，专利CN1250113公开了该方法的一种形式。该法是在阴极表面铺上一层约15mm的煅后石油焦，然后进行加热升温的一种焙烧启动法，也是目前应用最广的一种焙烧方法。

3.       燃气-铝液法：进入2008年，铝行业有一种异形阴极节能型电解槽开始流行，其特点是阴极呈由高低不平状。该焙烧法做法是：首先利用天然气或液化气（也有用电阻丝）对阴极加热至一定温度，再灌入高温铝水焙烧启动。虽然解决了异形阴极的因为表面高低不平问题，但是其缺点是：规模较小，投资大，需要消耗大量燃气，温度控制难度大。而且，由于仍然采用灌入铝液的方式启动，漏炉的概率也比较高。

    石墨化柱形凸起阴极电解槽的阴极表面排部大量半径10cm，高度11cm的柱状凸起结构。如果简单采用已有的焙烧方式会花费大量的人力、物力、财力，且可能会造成阴极的早期破损，甚至出现危险状况，对电解槽的寿命和节能效果都会产生较大的影响。

关于铝电解槽焙烧启动方法，我们查到以下相关文献：

1.       申请号：200910066115.X，发明名称：铝电解槽双层焦粒节能焙烧启动的方法，摘要：本发明公开了一种铝电解槽双层焦粒节能焙烧启动的方法，它是在现有焦粒焙烧技术的基础上，铺设两层焦粒，通过调整焦粒的层数和厚度，弥补电解槽阴极的不平，保证阳极和阴极之间的密切接触，保证电解槽在通电后电流的 顺利通过，并保证各个阳极之间电流分布均匀化，确保焙烧过程的安全稳定过 渡；双层焦粒焙烧启动方法，有效解决了二次启动电解槽的阴极不平整问题，同时也有效解决了新的异型阴极的不平整问题，彻底解决了二次启动电解槽焙 烧和新的异型阴极焙烧中电流分布不均匀现象，确保了在焙烧期间整体炉膛温度的均匀升高，提高了电解槽的使用寿命，仅单台电解槽就可节约电能约1.12万度电以上，降低了生产运行成本。其不足之处在于：焦粒使用量大，增大了捞碳渣的工作量，成本高。

2.       申请号：200910114518.7，发明名称：大型异形阴极铝电解槽焙烧启动方法，摘要：本发明公开了一种大型异形阴极铝电解槽焙烧启动方法，它充分利用了异形电解槽阴极，其特征在于包括以下步骤：焙烧材料的选择、异形阴极电解槽的装炉和异形阴极电解槽的焙烧启动。该方法节能和启动电解槽安全，无需用到天然气或液化气，有效避免了灌铝，从根本上阻断铝液渗漏通道，启动电解槽安全性能大大提高。操作简单，无需各种电气控制台，成本低廉，采用湿法电解质启动，成功率很高。适用于大型异形阴极铝电解槽焙烧的启动。其不足之处在于：所用焦粒量太大。

3.       申请号：200910248876.7，发明名称：一种阴极具有凸起结构的铝电解槽的焙烧启动方法，摘要：一种阴极具有凸起结构的铝电解槽的焙烧启动方法，在阴极碳块凸起的上表面铺设一层焦粒，或铺设一层焦粒再铺设一层焦粒和粘结剂混合的糊料；将碳阳极平放在焦粒或糊料的上表面上。实施电解槽的焦粒电阻焙烧到500～800℃时，通过出铝口灌入铝水，继续通电焙烧达到950℃时，打开出铝口，灌入液体电解质，抬高阳极，实施电解槽的湿法启动；或者实施焦粒电阻焙烧持续到960～980℃，从出铝口灌入液体电解质，同时提高阳极，提高槽电压，直接用湿法启动电解槽。本发明方法所应用的焦粒量较少，阴极碳块表面电流和温度分布均匀，可防止由于局部过热导致阴极碳块表面发生断裂。其不足之处在于：焦粒用量大且焙烧质量差易造成电解槽早期泻漏。

申请号：200910226630.X，发明名称：一种异形结构阴极铝电解槽焙烧方法，摘要：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。其不足之处在于：阴极的早期破损通道被铝液填满，启动后易造成电解槽早期泻漏。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种柱形凸起阴极铝电解槽焙烧启动方法，具有安全系数高、焙烧质量好、劳动强度小、减小焦粒用量等优点。

为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种柱形凸起阴极铝电解槽焙烧启动方法，包括如下步骤：

(1) 将焦粒铺设框放置在凸台周围，然后在凸台上表面及周围铺设一层焦粒，此层焦粒在焦粒铺设框内并与焦粒铺设框齐平；

(2) 在焦粒铺设框外周围铺设一层电解质层，再在电解质层上铺设一层焦粒层，同时，在阴极上表面未填满铺平的空间用焦粒压实铺平；

(3) 铺设完毕后，将阳极平放在凸台上的焦粒层上表面，阳极底部与焦粒层的接触面积为90%以上；

(4) 按照常规方法安装好阳极，在阳极间缝中设置测温点，然后在阳极中缝处用冰晶石粉填充11~20cm，再用电解质块填充满阳极中缝；阳极周围用电解质块覆盖，并在中间极钢爪上焊取双层分流片，双层分流片另一端与阴极钢棒连接；

(5) 焙烧启动，步骤如下：

a．采用湿法启动，打开电解槽端头，掏空两端头阳极之间的阳极中缝部位，架设导流槽，用真空抬包从相邻电解槽抽取高温液体电解质灌入，抬电压保持在8~10V；

b．待电解槽周围物料大部分熔化后开始打捞碳渣，电解槽启动完成。

以上所述焦粒铺设框由铁皮或铝合金所制，为两个以上的方形框错开排列组成，每个方形框边长为28~32cm，框高高于凸台0~2cm。本发明的焦粒铺设框是根据阴极焙烧初期所要达到的导电导电面积按凸台形状和铺设高度进行设计的。

以上所述电解质层的铺设厚度为10~12cm。

以上所述电解质块的粒度为3~10mm。

以上所述焦粒层的铺设厚度为1~2cm。

以上所述焦粒是由煅烧后的石油焦或冶金焦与石墨按照重量比1~5∶1的比例混合组成。石墨、煅后石油焦和冶金焦属碳素材料是电的良好导体，当电能通过碳素材料时会根据电阻变化而产生热量，本发明旨在充分利用电解槽自身的碳素材料和调节添加碳素材料电阻在通电情况下产生足够热量来完成高温焙烧启动的。经过本发明人不断优选材料和配比，无需使用其它燃气或电阻丝等发热介质，只使用常用的碳素材料就能完成焙烧启动。

以上所述焦粒的粒度为1~3mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.       安全系数高。本发明特制的焦粒铺设框增加了焙烧初期阴极的导电面积，采用焦粒作为焙烧介质消除了“火焰”的不安全性，消除了“火焰”焙烧易爆炸的危险性，克服了单纯的“双层介质”焙烧导电面积不足的安全隐患。

2.       焙烧质量好。本发明采用焦粒介质焙烧质量好，消除了“铝液”焙烧易于损害阴极表面的缺点 ，可以达到“纯焦粒”焙烧的效果。

减少劳动强度、降低焙烧成本。本发明用电解质碎块或/和冰晶石粉压实后形成固体填充料层，电解质碎块和冰晶石粉易于熔化且熔化后可作为铝电解所需的熔剂电解质，大大减少了焦粒使用量，减少了启动灌电解质量，减少了捞碳渣的工作量。

附图说明

图1为本发明阴极铝电解槽放置焦粒铺设框的结构示意图；

图2为图1完成铺设后的A-A剖视图；

图3为铝电解槽的结构示意图。

附图标记：

1-焦粒层，2-电解质层，3-阴极凸台，4-焦粒铺设框，5-阴极，6-阳极，7-中间极钢爪，8-双层分流片。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式并不局限于实施例表示的范围。

实施例1：

一种柱形凸起阴极的240KA铝电解槽焙烧启动方法，包括如下步骤：

(1) 在大修砌筑完成之后，将槽膛清理干净，将焦粒铺设框4放置在凸台3周围，然后在凸台3上表面及周围铺设一层焦粒，此层焦粒在焦粒铺设框4内并与焦粒铺设框4齐平；焦粒铺设框4由铁皮所制，为四个方形框错开排列组成，每个方形框边长为28cm，框高与凸台3 同高；此处焦粒铺设量为710kg；

(2) 在焦粒铺设框4周围铺设一层10cm厚的电解质层2，所用电解质块的粒度为3~5mm，总共铺设量为2.8吨，再在电解质层2上铺设一层1.5cm厚的焦粒层1，同时，在阴极5上表面未填满铺平的空间用焦粒压实铺平，此处焦粒铺设量为750kg；焦粒是由煅烧后的石油焦与石墨按照重量比1∶1的比例混合组成，焦粒的粒度为1~2mm。

(3) 铺设完毕后，将阳极6平放在凸台3上的焦粒层1上表面，阳极6底部与焦粒层1的接触面积为90%以上；

(4) 按照常规方法安装好阳极6，本发明是铺设完一组阳极面积就安装好一组阳极6；在阳极6间缝中设置测温点，然后在阳极中缝处用冰晶石粉填充11cm，再用电解质块填充满阳极中缝；阳极6周围用电解质块覆盖，并在中间极钢爪7上焊取双层分流片8，双层分流片8另一端与阴极钢棒连接；电解质块的粒度为3~5mm；

(5) 焙烧启动，步骤如下：

a．采用湿法启动，打开电解槽端头，掏空两端头阳极（6）之间的阳极中缝部位，架设导流槽，用真空抬包从相邻电解槽抽取高温液体电解质灌入，抬电压保持在8~9V；

b．待电解槽周围物料大部分熔化后开始打捞碳渣，电解槽启动完成。

实施例2：

一种柱形凸起阴极的240KA铝电解槽焙烧启动方法，包括如下步骤：

(1) 在大修砌筑完成之后，将槽膛清理干净，将焦粒铺设框4放置在凸台3周围，然后在凸台3上表面及周围铺设一层焦粒，此层焦粒在焦粒铺设框4内并与焦粒铺设框4齐平；焦粒铺设框4由铁皮所制，为四个方形框错开排列组成，每个方形框边长为30cm，框高高于凸台3  1cm；此处焦粒铺设量为750kg；

(2) 在焦粒铺设框4周围铺设一层11cm厚的电解质层2，所用电解质块的粒度为5~8mm，总共铺设量为2.9吨，再在电解质层2上铺设一层1cm厚的焦粒层1，同时，在阴极5上表面未填满铺平的空间用焦粒压实铺平，此处焦粒铺设量为720kg；焦粒是由煅烧后的石油焦与石墨按照重量比3∶1的比例混合组成，焦粒的粒度为1~3mm。

(3) 铺设完毕后，将阳极6平放在凸台3上的焦粒层1上表面，阳极6底部与焦粒层1的接触面积为90%以上；

(4) 按照常规方法安装好阳极6，本发明是铺设完一组阳极面积就安装好一组阳极6；在阳极6间缝中设置测温点，然后在阳极中缝处用冰晶石粉填充18cm，再用电解质块填充满阳极中缝；阳极6周围用电解质块覆盖，并在中间极钢爪7上焊取双层分流片8，双层分流片8另一端与阴极钢棒连接；电解质块的粒度为5~8mm；

(5) 焙烧启动，步骤如下：

a．采用湿法启动，打开电解槽端头，掏空两端头阳极6之间的阳极中缝部位，架设导流槽，用真空抬包从相邻电解槽抽取高温液体电解质灌入，抬电压保持在9~10V；

b．待电解槽周围物料大部分熔化后开始打捞碳渣，电解槽启动完成。

实施例3：

一种柱形凸起阴极的240KA铝电解槽焙烧启动方法，包括如下步骤：

(1) 在大修砌筑完成之后，将槽膛清理干净，将焦粒铺设框4放置在凸台3周围，然后在凸台3上表面及周围铺设一层焦粒，此层焦粒在焦粒铺设框4内并与焦粒铺设框4齐平；焦粒铺设框4由铁皮所制，为四个方形框错开排列组成，每个方形框边长为32cm，框高高于凸台2cm；此处焦粒铺设量为780kg；

(2) 在焦粒铺设框4周围铺设一层12cm厚的电解质层2，所用电解质块的粒度为5~8mm，总共铺设量为3.0吨，再在电解质层2上铺设一层2cm厚的焦粒层1，同时，在阴极5上表面未填满铺平的空间用焦粒压实铺平，此处焦粒铺设量为770kg；焦粒是由煅烧后的石油焦与石墨按照重量比5∶1的比例混合组成，焦粒的粒度为2~3mm。

(3) 铺设完毕后，将阳极6平放在凸台3上的焦粒层1上表面，阳极6底部与焦粒层1的接触面积为90%以上；

(4) 按照常规方法安装好阳极6，本发明是铺设完一组阳极面积就安装好一组阳极6；在阳极6间缝中设置测温点，然后在阳极中缝处用冰晶石粉填充20cm，再用电解质块填充满阳极中缝；阳极6周围用电解质块覆盖，并在中间极钢爪7上焊取双层分流片8，双层分流片8另一端与阴极钢棒连接；电解质块的粒度为8~10mm；

(5) 焙烧启动，步骤如下：

a．采用湿法启动，打开电解槽端头，掏空两端头阳极6之间的阳极中缝部位，架设导流槽，用真空抬包从相邻电解槽抽取高温液体电解质灌入，抬电压保持在8~10V；

b．待电解槽周围物料大部分熔化后开始打捞碳渣，电解槽启动完成。

本发明相对于阴极结构相同的电解槽原有的焦粒焙烧方法，在基本相同的焙烧时间，不影响其焙烧效果的情况下，有以下优点：一、较同类电解槽少用煅后焦2300kg左右，降低焙烧成本；二、由于预先加入2.8~3.0吨的电解质混合料，减少了启动灌入液体电解质量，降低了熔化电解质费用；三、由于焦粒用量的减少，降低了启动后捞碳渣的劳动强度，同时减少了捞碳渣时带出的电解质；相对于相同阴极结构的双层介质焙烧技术，由于增加了焙烧过程中阴极的导电面积安全系数更高；相对于“铝液焙烧”和“铝液-火焰”二段焙烧，减少了对阴极的热冲击和氧气和阴极的接触其焙烧质量大大提高。

Claims (6)

1.一种柱形凸起阴极铝电解槽焙烧启动方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1) 将焦粒铺设框（4）放置在凸台（3）周围，然后在凸台（3）上表面及周围铺设一层焦粒，此层焦粒在焦粒铺设框（4）内并与焦粒铺设框（4）齐平；

(2) 在焦粒铺设框（4）周围铺设一层电解质层（2），再在电解质层（2）上铺设一层焦粒层（1），同时，在阴极（5）上表面未填满铺平的空间用焦粒压实铺平；

(3) 铺设完毕后，将阳极（6）平放在凸台（3）上的焦粒层（1）上表面，阳极（6）底部与焦粒层（1）的接触面积为90%以上；

(4) 安装好阳极（6），在阳极（6）间缝中设置测温点，然后在阳极中缝处用冰晶石粉填充11~20cm，再用电解质块填充满阳极中缝；阳极（6）周围用电解质块覆盖，并在中间极钢爪（7）上焊取双层分流片（8）；

(5) 焙烧启动，步骤如下：

a．打开电解槽端头，掏空两端头阳极（6）之间的阳极中缝部位，架设导流槽，用真空抬包从相邻电解槽抽取高温液体电解质灌入，灌完电解质后电压保持在8~10V；

b．待电解槽周围物料大部分熔化后开始打捞碳渣，电解槽启动完成；

所述焦粒铺设框（4）由铁皮或铝合金所制，为两个以上的方形框错开排列组成，每个方形框边长为28~32cm，框高高于凸台（3）0~2cm。

2.根据权利要求1所述的柱形凸起阴极铝电解槽焙烧启动方法，其特征在于：所述电解质层（2）的铺设厚度为10~12cm。

3.根据权利要求2所述的柱形凸起阴极铝电解槽焙烧启动方法，其特征在于：所述电解质块的粒度为3~10mm。

4.根据权利要求2所述的柱形凸起阴极铝电解槽焙烧启动方法，其特征在于：所述焦粒层（1）的铺设厚度为1~2cm。

5.根据权利要求1和3~4中任一项所述的柱形凸起阴极铝电解槽焙烧启动方法，其特征在于：所述焦粒是由煅烧后的石油焦或冶金焦与石墨按照重量比1~5∶1的比例混合组成。

6.根据权利要求5所述的柱形凸起阴极铝电解槽焙烧启动方法，其特征在于：所述焦粒的粒度为1~3mm。