CN110079829A - 一种焦粒封装式焙烧启动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于铝冶炼领域，公开了一种焦粒封装式焙烧启动方法，步骤为：炉膛内均匀地布置金属盒子，金属盒子带有负极引出母线；在金属盒子底部均匀铺焦粒，焦粒上方放炭阳极，金属盒子内侧壁与炭阳极之间用耐高温绝缘板隔开；在金属盒子和炭阳极上方覆盖保温材料；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；直流电接通，焦粒发热，热量经金属盒子传导至炉膛内；待炉膛内达到目标温度后，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。

Description

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。

Claims (10)

1.一种焦粒封装式焙烧启动方法，其特征在于，包括如下步骤：
(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。
2.根据权利要求1所述的一种焦粒封装式焙烧启动方法，其特征在于，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。
3.根据权利要求1所述的一种焦粒封装式焙烧启动方法，其特征在于，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。
4.根据权利要求1所述的一种焦粒封装式焙烧启动方法，其特征在于，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。
5.根据权利要求1所述的一种焦粒封装式焙烧启动方法，其特征在于，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℃。
6.根据权利要求1所述的一种焦粒封装式焙烧启动方法，其特征在于，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℃。
7.根据权利要求1所述的一种焦粒封装式焙烧启动方法，其特征在于，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。
8.根据权利要求1所述的一种焦粒封装式焙烧启动方法，其特征在于，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。
9.根据权利要求1所述的一种焦粒封装式焙烧启动方法，其特征在于，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。
10.根据权利要求1所述的一种焦粒封装式焙烧启动方法，其特征在于，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。
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