一种焦粒封装式焙烧启动方法
技术领域
本发明属于铝冶炼领域,涉及一种焦粒封装式焙烧启动方法。
背景技术
焦粒焙烧启动是传统预焙炭阳极铝电解槽常用的一种焙烧启动方法。其主要优点是过程简单、成本低、不需要额外的设备,适合电解槽大面积启动。焦粒焙烧需要炭阳极参与,当炉膛内达到目标温度后,灌入液体电解质,直接通电即可实现电解槽启动。由于焦粒直接铺在炉膛内,在电解槽启动以后,需要利用阳极效应产生高温,提高电解质熔体的过热度,将焦粒从电解质中分离出来,并采用人工打捞焦粒。打捞过程需要消耗较多的人力,并且也存在较大的安全风险。
目前,惰性阳极铝电解技术正在向工业化迈进。惰性阳极铝电解槽的结构比较灵活,可以像预焙炭阳极铝电解槽一样水平布置,也可以竖式布置。对于电极水平布置的惰性阳极铝电解槽,其预热启动可先采用炭阳极和焦粒焙烧启动,然后再将炭阳极逐步更换为惰性阳极。但对于竖式电极结构的惰性阳极铝电解槽,不太适合直接采用上述的方法。所以,对于竖式电极结构的铝电解槽,需要一种适合其结构特点的预热启动方法。
发明内容
本发明的目的就是针对竖式电极结构铝电解槽的结构特点,提供一种新的焦粒封装式焙烧启动方法。该方法仍然利用焦粒发热的特点,但焦粒不直接与电解质接触,不“污染”电解质,并且能够适用于多种槽型。
上述发明是通过下述方案实现的:
一种焦粒封装式焙烧启动方法,包含如下步骤:
(1)首先将若干个顶部敞开的金属盒子,均匀地布置在炉膛内,金属盒子带有负极引出母线;
(2)在金属盒子内,底部均匀铺上若干层焦粒,焦粒上方放上炭阳极,金属盒子内侧壁与炭阳极之间,采用耐高温绝缘板隔开;
(3)在金属盒子和炭阳极上方,采用保温材料覆盖,进行保温的同时,避免电解质进入金属盒子内部;
(4)炭阳极通过自身的引出母线,与电解槽的水平阳极母线连接,金属盒子的负极引出母线,与电解槽的阴极母线连接;
(5)直流电接通后,金属盒子内的焦粒为主要发热体,热量经金属盒子传导至电解槽炉膛内;
(6)待电解槽炉膛内的平均温度达到目标温度后,灌入液态电解质,逐步将金属盒子及盛装的焦粒和炭阳极整体拔出,更换惰性阳极;在电解槽内的金属盒子及盛装的焦粒和炭阳极仍继续加热,维持电解质熔体的温度,直至其全部拔出,惰性阳极更换完毕。
进一步地,步骤(2)中,所述金属盒子内的焦粒,为一层或多层,且当为多层时,焦粒层与层之间采用石墨块或石墨板隔开。
进一步地,步骤(2)中,所述金属盒子内的焦粒,为纯焦粒或焦粒和石墨粉的混合物,焦粒自身的粒度为1-3mm,焦粒层每层的厚度为1-5cm。
进一步地,步骤(2)中,所述金属盒子内的炭阳极为:石墨阳极或普通炭素阳极。
进一步地,步骤(2)中,所述耐高温绝缘板,为陶瓷类耐高温薄板或陶瓷纤维板,耐温大于1200℃。
进一步地,步骤(3)中,所述金属盒子和炭阳极上方覆盖的保温材料,为定型或不定型耐火材料制品,耐温大于800℃。
进一步地,步骤(1)中,所述金属盒子,其材质为耐高温不锈钢或耐高温合金。
进一步地,步骤(5)中,直流电接通后,直流电流等于或小于该电解槽正常电解时直流电流。
进一步地,采用分流片分流来降低直流电流的方法,控制电解槽炉膛的升温速率。
进一步地,所述金属盒子与电解槽炉膛的底部、侧部、竖式阴极的接触,为直接/非直接接触;当非直接接触时,间隙采用电解质粉/冰晶石填充。
本发明的有益效果为:
本发明所述方法利用焦粒发热的特点,但焦粒不直接与电解质接触,不“污染”电解质,并且能够适用于多种槽型。
附图说明
图1为焦粒封装式焙烧方法在竖式固定阴极铝电解槽中的应用;(a)采用焦粒封装式焙烧的1/4槽结构示意图;(b)A-A局部断面剖视图;
图2为焦粒封装式焙烧方法在竖式可更换阴极铝电解槽中的应用;(a)采用焦粒封装式焙烧的1/4槽;(b)A-A局部断面剖视图;(c)更换惰性电极后。
附图标记说明:
1、炉膛底部内衬一;2、炉膛侧部内衬一;3、可润湿性阴极一;4、金属盒子的负极引出母线一;5、炭阳极引出母线及软连接一;6、金属盒子一;7、炭阳极一;8、高温绝缘板一;9、石墨块一;10焦粒层一;
11、炉膛底部内衬二;12、炉膛侧部内衬二;13、金属盒子二;14、炭阳极二;15、炭阳极引出母线及软连接二;16、金属盒子的负极引出母线二;17、焦粒层二;18、石墨块二;19、高温绝缘板二;20、电解质熔体;21、可润湿性阴极二;22、阴极上方耐蚀绝缘材料;23、惰性阳极;24、电极上方保温密封材料;25、阴极导杆;26、阳极导杆。
具体实施方式
一种焦粒封装式焙烧启动方法,其焙烧启动过程的步骤包含:
(1)首先将若干个顶部敞开的金属盒子,均匀地布置在炉膛内。金属盒子带有负极引出母线;
(2)在金属盒子内,底部均匀铺上若干层焦粒,焦粒上方放上炭阳极,金属盒子内侧壁与炭阳极之间,采用耐高温绝缘板隔开;
(3)在金属盒子和炭阳极上方,采用保温材料覆盖,进行保温的同时,避免电解质进入金属盒子内部;
(4)炭阳极通过自身的引出母线,与电解槽的水平阳极母线连接。金属盒子的负极引出母线,与电解槽的阴极母线连接;
(5)直流电接通后,金属盒子内的焦粒为主要发热体,热量经金属盒子传导至电解槽炉膛内;
(6)待电解槽炉膛内的平均温度达到目标温度后,灌入液态电解质,逐步将金属盒子及盛装的焦粒和炭阳极整体拔出,更换惰性阳极。在电解槽内的金属盒子及盛装的焦粒和炭阳极仍继续加热,维持电解质熔体的温度,直至其全部拔出,惰性阳极更换完毕。
下面结合实施例对本发明作进一步的描述,但并非对其保护范围的限制。
实施例1
该实施例是本发明在竖式固定阴极铝电解槽中的应用,如图1所示。
该电解槽为40kA惰性阳极铝电解槽,图1中显示为1/4槽。可润湿阴极一3固定在炉膛内,每组阴极长150cm,高30cm。每两组阴极之间的空隙处放置一个金属盒子一6,金属盒子带有负极引出母线一4,金属盒子内封装三层焦粒层,底层焦粒层一10。焦粒层之间由石墨块一9隔开,金属盒子内部四周侧壁设置有高温绝缘板一8,其材质为耐温1200℃的陶瓷纤维板。
每个金属盒子一6及炭阳极一7上方,设置有保温材料覆盖(陶瓷纤维板耐温大于800℃),进行保温的同时,避免电解质进入金属盒子内部;保温材料上方,整体采用电解质粉(冰晶石)覆盖,用于电解槽保温。图1中为了显示金属盒子内部结构,没有画出保温材料以及覆盖的电解质粉。
炭阳极引出母线及软连接一5压接在电解槽的横梁母线上(电解槽进电端),金属盒子负极引出母线一4压接在电解槽的阴极母线上(电解槽出电端)。采用四组分流片直接连接电解槽的阳极母线和阴极母线,以降低焦粒的初始发热量。初始槽电压2.2V,随着温度升高,逐步拆除分流片,分流片全部拆除后,槽电压3.78V。
待炉膛内的平均温度达到750℃以上时,向电解槽炉膛内灌入电解质熔体,直至炉膛内电解质熔体的高度达到35cm左右,电解质熔体不能淹没金属盒子。逐步将金属盒子及盛装的焦粒和炭阳极拔出,更换惰性阳极。仍在电解槽内的金属盒子继续加热,维持电解质熔体温度,直至惰性阳极全部更换完毕后,惰性电极承担所有直流电流,槽电压3.91V。
启动过程平稳,系列直流电流无变化,槽电压无大幅波动,电流分布均匀。
实施例2
该实施例是本发明在竖式可更换阴极铝电解槽中的应用,如图2所示。
该电解槽为40kA惰性阳极铝电解槽,惰性阳极和可润湿性阴极竖式交错排列,并且均可更换,图2中显示为1/4槽。
预热焙烧时,每个金属盒子二13的外观尺寸以及排放位置,与一组惰性阳极和惰性阴极的尺寸和位置相同。每个金属盒子的负极引出母线二16以及炭阳极引出母线及软连接二15所对应的位置,与一组惰性阴极导杆和惰性阳极导杆对应的位置相同。
金属盒子二13内封装三层焦粒层二17,图中17为最底层焦粒层。焦粒层之间由石墨块二18隔开。金属盒子内部四周侧壁设置有高温绝缘板二19,其材质为耐温1200℃的陶瓷纤维板。
每个金属盒子二13及炭阳极二14上方,设置有保温材料覆盖(陶瓷纤维板耐温大于800℃),进行保温的同时,避免电解质进入金属盒子内部;保温材料上方,整体采用电解质粉(冰晶石)覆盖,用于电解槽保温。图2中为了显示金属盒子内部结构,没有画出保温材料以及覆盖的电解质粉。
炭阳极引出母线及软连接二15压接在电解槽的横梁母线上(电解槽进电端),金属盒子负极引出母线二16压接在电解槽的阴极母线上(电解槽出电端)。采用四组分流片直接连接电解槽的阳极母线和阴极母线,以降低焦粒的初始发热量。初始槽电压2.3V,随着温度升高,逐步拆除分流片,分流片全部拆除后,槽电压3.87V。
待炉膛内的平均温度达到750℃以上时,向电解槽炉膛内灌入电解质熔体,直至炉膛内电解质熔体的高度达到35cm左右,电解质熔体不能淹没金属盒子。逐步将金属盒子及盛装的焦粒和炭阳极拔出,更换惰性阳极和阴极。仍在电解槽内的金属盒子继续加热,维持电解质熔体温度,直至惰性阳极和阴极全部更换完毕后,惰性电极承担所有直流电流,槽电压3.92V。惰性阳极和阴极的排列如图2中的(c)所示。
启动过程平稳,系列直流电流无变化,槽电压无大幅波动,电流分布均匀。