CN1085745C - 预焙阳极铝电解槽焦粒焙烧启动方法 - Google Patents
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Abstract
一种预焙阳极铝电解槽焦粒焙烧启动方法，包括软连接技术、分流控制技术、铺焦挂极技术、造电解质启动技术及其配套装置。通过综合采用这些技术和装置，使铝电解槽在焙烧启动过程中阴极受热均匀，焦化质量好，焙烧终了所不可避免产生的缺陷能够得到修补封闭，延长槽子寿命，并且由于焙烧周期短、减少了电耗，增加了有效生产时间，增加了产量。
Description
本发明涉及铝电解行业中预焙阳极电解槽的焙烧启动方法，特别是采用焦粒作为介质的焙烧启动方法。
现有大型预焙阳极铝电解槽的焙烧启动方法有两种，一种是采用铝液作为通电介质进行焙烧启动，另一种是采用焦粒作为介质的焙烧启动方法。铝液焙烧方法是沿用四十年代苏联BAMA和七十年代日本轻金属技术，此法简单易行，但存在如下弊端：(1)950℃以上的铝液直接倒入常温的的电解槽内，对阴极炭块有强烈冲击的不良影响；(2)焙烧周期长、电耗大，以160KA电解槽为例，焙烧周期为192小时，耗电9-11万千瓦时(直流电)；(3)铝液首先渗入焙烧终了的槽内衬缺陷中，破坏了槽底的保温性能与阳极钢棒窗口形成通道，从而缩短槽子寿命。用此类方法焙烧的槽子寿命一般不超过1500天，为了确保电解槽应有的设计热特性，延长电解槽寿命，国内外同行一致认为在槽内衬焙烧终了不能见铝液，因此，铝液焙烧方法将逐渐被淘汰。
焦粒焙烧方法在国外已有采用，但其技术方案和具体操作方法均未见报导。国内仅有一家铝厂使用焦粒焙烧，是沿用日本昭和电工技术。此方法(我们称之为旧式焦粒焙烧方法)虽能克服铝液焙烧的弊端，但该方法仍然存在较严重的缺陷：(1)阳极电流分布严重不均；(2)焙烧期阴极表面温度严重不均，最高达1800℃，最低只有500℃，造成炭块内部应力集中；(3)焙烧周期长，一般为144小时；(4)开始焙烧时，由于电流分流钢片焊接在阳极钢爪和阴极钢棒之间，操作麻烦，又无法盖上槽罩，造成烟气污染大气(5)槽侧部周边糊扎固区焙烧过快，生产后破损较多，槽寿命依然平均小于1500天。由于(1)(2)两项缺陷存在，使众多希望放弃铝液焙烧的厂家望而却步，这就是国外普遍采用而国内大多不采用焦粒焙烧方法的原因。
本发明的目的在于提供一种焦粒焙烧方法及相应的工艺设备，它能够使铝电解槽在焙烧中阴极受热均匀，保证焙烧质量，并使焙烧终了产生的缺陷能够得到修补、封闭，从而达到延长槽的寿命，减少电耗的目的。
本发明主要技术构成是铺焦挂极工艺步骤，周边糊扎固区补充焙烧工艺步骤，焙烧造电解液步骤和启动控制方法，并采用相应的工艺设备软连接器和分流器及分流控制技术。
所述铺焦工艺步骤是采用粒径为1-6mm的焦粒，利用栅栏进行铺焦，控制焦面呈波纹状，焦层厚度为10-30mm。
所述周边糊扎固区补充焙烧工艺步骤，是通过在焙烧后期缓慢提升阳极，使中缝积聚的电解质顺着焦粒波纹的沟槽缓慢地流向周边糊扎固区，对周边糊扎固区进行缓慢加热、焦化，起到补充焙烧的作用。
所述焙烧造电解液工艺步骤和启动控制步骤是在铺焦步骤完成后，将氟化盐和纯碱按分子比为1∶2.8-3的比例进行配料，控制氟化钙含量(重量百分)为4-6％，将混合料入炉，然后通电焙烧，控制电压在3-5伏，焙烧温度为800-1000℃，在焙烧过程中自动产生电解液，当阳极底部全部被电解液浸没时，再补充部分电解质即可进行启动，整个焙烧启动过程需要70-90小时。
所述软连接器由上压板、软带和下压板组成，软连接器安装在铝导杆和阳极大母线之间，上压板与铝导杆连接，下压板与阳极大母线连接。在全电流情况下，软连接器的电流密度控制在0.2-2.0A/mm2。
所述分流器由上连接板、软带和下连接板组成，分流器安装在焙烧槽的阳极大母线和下一台电解槽的立柱母线或阳极大母线之间。分流器主要用于控制分流率和分流时间，分流率控制在15-45％，分流时间为5-24小时，分流级数为1-5级。
下面将本发明的技术构成及其作用原理分述如下：
(一)铺焦挂极工艺步骤
作为导电介质和发热介质的焦粒，其存在形态及其与阴、阳极的有效接触，是实现焦粒焙烧的关键技术之一。铺焦技术和挂极技术影响到焙烧的质量。铺焦技术包括焦层厚度、焦粒粒度和焦粒表面的形状的研究和设计，本发明采用焦层厚度为10-30mm，焦粒直径为1-6mm，利用栅栏铺焦使焦面形成波纹状。
焦粒可选用煅烧后的石油焦、冶金焦等制备。
旧式铺焦技术是将焦面铺成平面状，这样容易产生松紧不均匀，接触性能差，如采用波纹焦面，则阳极底部压力均匀，接触面良好。
挂极主要采用机构吊挂、卡具定位的方式来实现，主要控制阳极的平稳安放，保证阳极底面与焦粒接触均匀，保证铝导杆与阳极大母线的合理间距。
(二)周边糊扎固区补充焙烧工艺步骤
由于通电介质是集中在阳极投影面之下，因此，旧式焦粒焙烧或铝液焙烧，对周边糊扎固区不能充分焙烧加热，焦化。本发明通过焙烧后期缓慢提升阳极，使中缝积聚的电解质顺着焦粒波纹的沟槽，在6-8小时内缓慢地流向周边糊扎固区，使其得到良好的加热、焦化，起到补充焙烧的作用。避免倒入高温电解质启动时未焦化的周边糊扎固区突然浸泡在高温电解质液中迅速焦化形成疏松碳素体而成为薄弱环节的不良影响。
(三)焙烧造电解液和启动控制工艺步骤
铝电解槽启动，一般焙烧方法都需要灌入大量的电解质液，才能完成启动。本发明则是在焙烧过程中自动产生电解质液，即是用氟化盐和纯碱按配料分子比为2.8-3，控制氟化钙含量(重量百分)为4-6％，将混合料入炉，在焙烧后期适时适度地调整阳极高度，控制电压在3-6伏，焙烧温度为850-1000℃，而逐渐产生电解质液。当全部阳极底部被电解质液淹没时，再补充部分电解质液即可启动。整个焙烧启动过程需要70-90小时，即可完成。启动后20-40小时灌铝，其结果既保证了阳极中的缺陷(主要是裂纹和孔隙)被电解质充分充填和封闭，又保证电解质不萎缩，有利于电解生产技术条件的稳定和启动后期生产技术管理。
(四)软连接器及其控制方法
本发明所述软连接技术是指将软连接器安装在阳极大母线和铝导杆之间。这种软连接器是供焦粒焙烧专用的，包括有上压板、软带和下压板。上压板与铝导杆用螺栓连接，下压板与阳极大母线用弓形卡具连接。软连接器采用与大母线相同或相近的金属材料，如铝材、铜材等制作。
软连接器根据电解槽阳极母线系统结构形式和工艺要求设计制作。所需软连接器的数量与阳极组数相同，在全电流情况下，软连接器的电流密度控制在0.2-2.0A/mm2之间。
旧式焦粒焙烧是以小盒卡具将铝导杆和阳极大母线固定在一起，这样容易产生阳极底面与焦层的接触部分偏离，造成电阻过大，产生偏流，耗电大，焙烧温度不均匀。而采用软连接技术，由于其软带的可伸缩性，连接方式灵活，可以保持阳极碳块对焦粒压强相等和吸收热变形，使阳极底面和焦层充分接触，使之导电均匀，焙烧温度均匀，在阳极投影区内温差不超过150℃。
(五)分流器和分流工艺控制
分流控制技术包括分流器和分流工艺控制技术。分流器由上连接板、软带和下连接板组成，分流器安装在焙烧槽的阳极大母线和下一台的立柱母线或阳极大母线之间，两头均用弓形卡具固定。
分流控制技术主要是控制分流率和分流时间，分流率按15-45％控制，分流时间为5-24小时，分流级数为1-5级。
分流器一般采用耐高温、导电性能好的金属材料或合金材料。如钢、镍铬带等制作。
分流器主要用在开始通电一段时间内分走部分电流，避免强电流对冷态槽内衬的不良冲击，保证焙烧平稳进行。旧式分流采用两头焊接的办法，安装和拆卸极不方便，而且分级控制极不容易实现。本发明所述的分流器，由于两头采用弓形卡具固定，安装和拆卸都极为方便，并且易于实现分级。
本发明与现有技术相比，有如下优点和进步：
1.焙烧全过程电流和阴极温度分布均匀，不存在由于电流分布不均而导致的任何调整。
2.由于炉底温度分布均匀和启动时中性电解质没有铝液存在的情况下填充、修补、封闭阴极的缺陷，避免了铝液在缺陷中渗透，减少漏铝机率，有利于槽寿命。
3.由于阴极温度分布均匀，和焦化彻底，阴极电压降平均下降30-60mv。
4.焙烧周期短，从通电起到启动止，不超过90小时，比铝液焙烧每台槽节电4-5万千瓦时。
5.改变了分流器的结构和安装方式(包括安装位置)，操作简单，减少污染。
6.采用本发明技术，能使铝电解槽在焙烧中阴极受热均匀，焦化质量好，焙烧终了所不可避免产生的缺陷能够得到修补封闭，延长槽寿命，同时带来减少电耗，增加产量的效果，对一个年产10万吨电解铝系列来说，年可节约成本1400-1500万元，若能在全国现有80万吨生产能力的预焙槽上推广应用，年创效益将突破亿元。
下面以实施例对本发明的技术作进一步说明。
图1是本发明所述的焦粒烧技术原理图。
图2是本发明所述的软连接器的正视图。图中软连接器由上压板14，软带15和下压板16焊接而成。
图3是本发明所述的软连接器侧视图。
图4是所述软连接器安装示意图。
图5是本发明所述分流器的正视图，图中分流器由上连接板17、软带18和下连接板19焊接而成。
图6是所述分流器的侧视图。
对照图1，本发明的技术原理是这样的：当电解槽通电焙烧时，电流由阳极大母线1和平衡母线3分配成工作电流和分流电流两部分。其中，工作电流经过软连接器2，铝导杆4，钢爪5，碳阳极6，焦粒层7，阴极碳块8和阴极钢棒9通过焙烧槽，并由立柱母线12导入下一台工作电解槽。另一部分电流，即分流电流则由分流器10直接经过立柱母线12与工作电流一起导入下一台电解槽。在此过程中，工作电流(分流器拆除后为全电流)通过阳极、焦粒层和阴极时产生热能，是焙烧电解槽的唯一热源。通电前用氟化盐和纯碱的混合料11装炉，所述混合料11按配料分子比为2.8-3，氟化钙含量为4-6％配制而成。其作用是保温、防氧化和为造电解液提供原料。操作技术条件按上述铺焦挂极工艺步骤、周边糊扎固区补充焙烧工艺步骤、焙烧造电解液步骤和启动控制方法，并采用软连接技术、分流控制技术进行操作运转即可。
拆除分流器进行全电流焙烧，用70-90小时即可完成焙烧启动。
Claims (11)
1.一种预焙阳极铝电解槽焦粒焙烧启动方法，包括铺焦、焙烧工艺步骤，其特征在于，还含有周边糊扎固区补充焙烧和焙烧造电解液步骤，在铝导杆和阳极大母线之间安装一种软连接器，在焙烧槽的阳极大母线和下一台电解槽的立柱母线或阳极大母线之间安装一种分流器，其中，
(1)所述铺焦步骤是利用栅栏进行铺焦，控制焦面呈波纹状，
(2)所述周边糊扎固区补充焙烧步骤，是在焙烧后期缓慢提升阳极，使中缝积聚的电解质顺着焦粒波纹的沟槽缓慢地流向周边糊扎固区，对周边糊扎固区进行缓慢加热、焦化，
(3)所述焙烧造电解液步骤是在铺焦步骤完成后，将氟化盐和纯碱按分子比为1∶2.8-3的比例进行配料，控制氟化钙含量(重量百分)为4-6％，将混合料入炉，然后通电焙烧，控制电压在3-5伏，焙烧温度为800-1000℃，在焙烧过程中自动产生电解液，当阳极底部全部被电解液浸没时，再补充部分电解质即可进行启动。
2.根据权利要求1所述的预焙阳极铝电解槽焦粒焙烧启动方法，其特征在于铺焦是采用粒径为1-6mm的焦粒，控制焦层厚度为10-30mm。
3.根据权利要求1所述的预焙阳极铝电解槽焦粒焙烧启动方法，其特征在于所述软连接器由上压板、软带和下压板组成，上压板与铝导杆连接，下压板与阳极大母线连接，所述分流器由上连接板、软带和下连接板组成，分流器一端与立柱母线连接，另一端与铝导杆连接。
4.根据权利要求1所述的预焙阳极铝电解槽焦粒焙烧启动方法，其特征在于在全电流情况下，软连接器的电流密度控制在0.2-2.0A/mm2。
5.根据权利要求1所述的预焙阳极铝电解槽焦粒焙烧启动方法，其特征在于利用所述分流器控制分流率为15-45％，分流时间为5-24小时，分流级数为1-5级。
6.根据权利要求3所述的预焙阳极铝电解槽焦粒焙烧启动方法，其特征在于软连接器采用与大母线相同或相近的金属材料制造。
7.根据权利要求3所述的预焙阳极铝电解槽焦粒焙烧启动方法，其特征在于软连接器的结构形式根据电解槽阳极母线系统结构形式和工艺要求设计制作，所需软连接器的数量与阳极组数相同。
8.根据权利要求3所述的预焙阳极铝电解槽焦粒焙烧启动方法，其特征在于软连接器的上压板与铝导杆的连接用螺栓连接，下压板与阳极大母线用弓形卡具连接。
9.根据权利要求3所述的预焙阳极铝电解槽焦粒焙烧启动方法，其特征在于分流器采用耐高温、导电性能好的金属材料。
10.根据权利要求3所述的预焙阳极铝电解槽焦粒焙烧启动方法，其特征在于分流器的两头均用弓形卡具固定。
11.根据权利要求1所述的预焙阳极铝电解槽焦粒焙烧启动方法，其特征在于焦粒可选用煅烧后的石油焦、冶金焦制备。
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