CN110306207A - 一种异型阴极铝电解槽的高效节能二次焙烧启动方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及铝电解槽的焙烧启动技术领域，具体公开了一种异型阴极铝电解槽的高效节能二次焙烧启动方法。该二次焙烧启动方法在装炉时，在异型阴极炭块的凹槽处填充铝锭与冰晶石的混合物，在阳极炭块的上表面及其周围覆盖密封板，在铝电解槽的侧部伸腿处填设电解质块；在密封板上设置透气孔，透气孔通过导气管连接至铝电解槽上部的集气罩；之后先用天然气焙烧，焙烧至电解槽内部温度到700～750℃，之后向电解槽内灌入铝液，灌入的铝液液面高出异型阴极炭块上表面2～3cm，然后进行铝液焙烧。本发明采用铝液“半腔”装炉、天然气‑铝液二段焙烧，利用对流与辐射的原理进行焙烧，可确保电解槽内衬温度均匀上升，保护异型阴极炭块不受损伤。
Description
技术领域
本发明涉及铝电解槽的焙烧启动技术领域，特别是涉及一种异型阴极铝电解槽的高效节能二次焙烧启动方法。
背景技术
铝电解生产过程中，电解槽内衬使用的异型阴极结构，因各方面原因停槽，经过局部小修后需要二次焙烧启动。
现有的铝电解槽焙烧预热主要是通过焙烧加热升温来烘干电解槽阴极内衬，使焙烧温度接近或达到正常生产温度，防止内衬中的水分在高温下快速排出而使内衬造成漏洞或裂纹，并且提高阴极和阳极温度，防止阴极工作面因温差产生的热应力而损伤阴极炭块；焙烧预热还可以使阴极炭块间的底糊烧结焦化，以粘接阴极炭块和侧部炭块使之构成一个整体。目前国内对于异型阴极二次焙烧启动的电解槽，普遍采用焦粒焙烧启动的方式，该方式主要利用焦粒电阻发热的原理，具体如图1所示，即在电解槽的异型阴极炭块上方、阳极正投影下方之间铺设一定厚度的焦粒，通过焦粒电阻发热来达到焙烧的目的，而且电解槽装炉是全槽装满物料，所以热量只能通过热传导的方式来获取。焙烧时还需要在阳极炭块之间的缝隙处盖设密封板以保温。
以上这种传统的焦粒焙烧，在实际焙烧操作中发现，易出现温度上升不均、阳极电流分布不均等现象，这种情况会对异型阴极炭块表面产生热应力。尤其是经过局部小修后需要二次焙烧启动的异型阴极铝电解槽，因小修后的电解槽已经历焙烧启动、生产、停槽，物料清理的过程，产生的热应力很容易损伤异型阴极凸台与阴极内衬结构，导致二次破损槽出现，影响电解经济指标，甚至被迫停槽。
为解决异型阴极铝电解槽二次焙烧启动中出现的整体温度上升不均、电流偏流、异型阴极凸台脱层现象，有必要提出一种针对小修后需要二次焙烧启动的异型阴极铝电解槽的焙烧启动方法。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种异型阴极铝电解槽的二次焙烧启动方法，以避免传统二次焙烧启动温度不均、热冲击大的弊端，确保二次焙烧启动电解槽整体温度均匀上升。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种异型阴极铝电解槽的高效节能二次焙烧启动方法，包括步骤：
S1：装炉
在异型阴极炭块的凹槽处填充铝锭与冰晶石的混合物，在阳极炭块的上表面及其周围覆盖密封板，在铝电解槽的侧部伸腿处填设电解质块；在所述密封板上设置透气孔，所述透气孔通过导气管连接至铝电解槽上部的集气罩；
S2：加热焙烧
先使用天然气进行焙烧，焙烧至电解槽内部温度达到700～750℃，之后向电解槽内灌入铝液，铝液的灌入量为：灌入铝液后的铝液液面高出异型阴极炭块上表面2～3cm，然后进行铝液焙烧，铝液焙烧持续45～50小时，使电解槽内部平均温度达到950℃以上，即可正常启动。
作为一种优选的实施方式，步骤S1中，所述密封板为5mm厚的不锈钢板或铁板。
作为一种优选的实施方式，步骤S1中，在所述密封板上设置有6个透气孔，所述透气孔均通过导气管连接至铝电解槽上部的集气罩。
本发明提供的异型阴极铝电解槽的高效节能二次焙烧启动方法，是用于铝电解槽的二次焙烧启动，是针对因电解槽在生产过程中造成局部破损或系列限电等非正常原因停槽，为节省大修费用、降低成本，将电解槽内衬进行局部小修，再次对电解槽焙烧启动的技术。在装炉时，在异型阴极炭块的凹槽处填充铝锭与冰晶石的混合物，在阳极炭块的上表面及其周围覆盖密封板，在铝电解槽的槽内且位于侧部伸腿处填设电解质块；在所述密封板上设置透气孔，所述透气孔通过导气管连接至铝电解槽上部的集气罩；在装炉的过程中，使用铝锭与冰晶石的混合物填充异型阴极炭块的凹槽处，因阴极内衬已经经历过焙烧启动，阴极炭块质量与效果变差，使用铝锭及冰晶石填充可以起到降低高温对阴极炭块的冲击作用，使焙烧温度缓慢上升，降低漏槽风险；在铝电解槽的槽内且位于侧部伸腿(即人造伸腿)处填设电解质块，在电解槽启动时可以达到缓慢升温的效果，避免热冲击，降低人造伸腿受熔融液体侵蚀的时间和几率，起到保护人造伸腿作用；在焙烧过程中因燃气在燃烧期间产生有害气体，通过在所述密封板上设置透气孔，所述透气孔通过导气管连接至铝电解槽上部的集气罩，焙烧产生的有害气体经集气罩收集到烟气净化系统，将有害气体净化后排空，避免工作场所的环境污染；在加热焙烧时，先使用天然气进行焙烧，焙烧至电解槽内部温度达到700～750℃，之后向电解槽内灌入铝液，铝液的灌入量为：灌入铝液后的铝液液面高出异型阴极炭块上表面2～3cm，然后进行铝液焙烧，对加入的铝液量进行调整控制，采用铝液“半腔”装炉、天然气-铝液二段焙烧，利用对流与辐射的焙烧原理，可以确保电解槽内衬整体温度均匀上升，保护异型阴极炭块不受损伤。
本发明提供的异型阴极铝电解槽的高效节能二次焙烧启动方法，避免了传统二次焙烧启动温度不均，热冲击大的弊端，确保了二次焙烧启动电解槽整体温度均匀上升、阴极内衬更好的连成一体的焙烧效果，可以有效避免电解槽槽体变形，降低电解槽焙烧启动过程中产生的环境污染，进一步提升焙烧效果，降低生产成本与费用投入，确保二次启动后的高效、低耗的目的，进一步延长了电解槽寿命，为电解槽二次焙烧启动的高效节能创新拓展一条新的思路。
附图说明
图1是现有的异型阴极铝电解槽二次焙烧启动用焦粒焙烧启动方法装置示意图；
图2是本发明提供的一种异型阴极铝电解槽二次焙烧启动方法装置示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
结合图2所示，本实施例提供的一种异型阴极铝电解槽的高效节能二次焙烧启动方法，包括步骤：
S1：装炉
在异型阴极炭块的凹槽处填充铝锭与冰晶石的混合物，在阳极炭块的上表面及其周围覆盖密封板，在铝电解槽的槽内部且位于侧部伸腿处填设电解质块；在密封板上设置透气孔，透气孔通过导气管(图中未示出)连接至铝电解槽上部的集气罩；
具体的，密封板可以为5mm厚的不锈钢板或铁板，密封板的覆盖范围具体为：边部覆盖槽壳压板至阳极凸台处，中缝(即两块阳极之间的缝隙)覆盖两块阳极凸台下方；覆盖以焙烧过程中阳极不氧化、保温性强为基准，因为是采用半空腔焙烧启动，采用不锈钢板或者铁板覆盖的目的是防止阳极炭块氧化及加强保温作用；
在异型阴极炭块的凹槽处填充铝锭与冰晶石的混合物，二次启动的电解槽即对某些部位进行小修的电解槽，用铝锭和冰晶石填充的目的是减少二次焙烧时对小修部位的阴极炭块、侧部人造伸腿的热冲击，使电解槽整体焙烧温度上升均匀，避免出现局部温度过高现象；
在阳极中缝(即两块阳极之间的缝隙)的密封板上设置6个透气孔，一般300KA、400KA槽型均使用六个透气孔，槽型不同、规格不同，透气孔也可以相应调整，透气孔通过导气管连接至铝电解槽上部的集气罩。导气管可以使用直径10cm圆管，来回收燃气焙烧过程中产生的烟气，减轻环境污染。
在铝电解槽的槽内部且位于侧部伸腿处填设电解质块，延缓人造伸腿处的物料溶化速度，使其缓慢升温，避免热冲击，降低受熔融液体侵蚀时间和几率，有效保护内衬结构完整性，防止电解槽槽体变形。
S2：加热焙烧
先使用天然气进行焙烧，焙烧至电解槽内部温度达到700～750℃，之后向电解槽内灌入铝液，铝液的灌入量为：灌入铝液后的铝液液面高出异型阴极炭块上表面2～3cm，然后进行铝液焙烧，这种焙烧方式可以利用热辐射、热传导的原理进行焙烧，将电解槽整体温度均匀上升。铝液焙烧持续48小时，使电解槽内部平均温度达到950℃以上，即可正常启动。
采用本实施例的异型阴极铝电解槽二次焙烧启动方法，以530KA槽型单台槽为例，进行了经济效益分析。具体如下。
1、经济效益：焙烧120h为例。
(1)、使用传统的焦粒焙烧：
电＝530*2.5*24*5*0.3＝47700元；
焦粒＝2500*1.2＝3000元；
合计＝47700+3000＝50700元。
(2)、使用本实施例方法焙烧：
天然气焙烧：大约使用天然气7000立方；
天然气＝7000*3＝21000元。
(3)、单台槽节省费用：50700元-21000元＝29700元。
计算说明：使用传统焦粒焙烧期间，平均电压按照2.5V、电价按照0.3元、使用1.2吨焦粒、单价按照2500元/吨进行计算。
可见采用本实施例的焙烧启动方法，经济效益显著提升。
2、社会效益：
减少了无组织排放，相对比传统焦粒焙烧，减少碳渣捞出量；减少散发出来的氟化物、二氧化硫、粉尘等污染物对环境和人体造成的危害；生产现场减少物料飞扬，减少对作业人员身体的损伤；改善职工劳动环境，减轻员工的劳动强度。
3、焙烧效果：
传统的焦粒焙烧，易出现温度上升不均、阳极电流分布不均、偏流等现象，对异型阴极炭块表面产生热应力，很容易损伤异型阴极凸台与阴极内衬结构，导致二次破损槽出现，而采用本实施例铝液“半腔”装炉、天然气-铝液二段焙烧，可以弥补焦粒焙烧出现的问题，达到如下焙烧效果：
(1)、采用“半腔”装炉，可以缓冲阴极内衬升温过快，达到保护阴极内衬的目的；
(2)、天然气焙烧主要是利用对流与辐射的原理，使热量均匀的向电解槽四周扩散，按照焙烧控制温度均匀上升，有效避免电解槽局部温度过热导致电解槽早期破损，使阴极内衬更好的连成一体的焙烧效果，可以有效避免电解槽槽体变形；
(3)、利用铝液为导体，控制电流分布的均匀性，起到焙烧温度整体均匀上升的效果，并且可以填充阴极内衬在焙烧期间出现的细小裂缝，保护电解槽渗漏现象；
(4)、天燃气-铝液焙烧密封的结构有效避免阳极氧化，减少人工打捞碳渣，焙烧启动中挥发分通过净化系统排空，达到保护工作环境与人体伤害、减少无组织排放的效果。
通过某槽型四台电解槽的二次焙烧数据表明，使用该技术在焙烧过程中平均温度在900-950℃之间，阳极电流分布比较均匀，无阳极钢爪出现发红现象，达到焙烧效果，焙烧数据如下表1、表2所示。表1中的数字1-8表示在电解槽上设置的8个不同的温度测量点；表2中的数字1-20表示电解槽的第1到第20组阳极。
表1四台槽启动前焙烧温度(℃)
表2四台电解槽启动前焙烧阳极电流分布数据(mv)
Claims (3)
1.一种异型阴极铝电解槽的高效节能二次焙烧启动方法，其特征在于，包括步骤：
S1：装炉
在异型阴极炭块的凹槽处填充铝锭与冰晶石的混合物，在阳极炭块的上表面及其周围覆盖密封板，在铝电解槽的侧部伸腿处填设电解质块；在所述密封板上设置透气孔，所述透气孔通过导气管连接至铝电解槽上部的集气罩；
S2：加热焙烧
先使用天然气进行焙烧，焙烧至电解槽内部温度达到700～750℃，之后向电解槽内灌入铝液，铝液的灌入量为：灌入铝液后的铝液液面高出异型阴极炭块上表面2～3cm，然后进行铝液焙烧，铝液焙烧持续45～50小时，使电解槽内部平均温度达到950℃以上，即可正常启动。
2.根据权利要求1所述的异型阴极铝电解槽的高效节能二次焙烧启动方法，其特征在于，步骤S1中，所述密封板为5mm厚的不锈钢板或铁板。
3.根据权利要求2所述的异型阴极铝电解槽的高效节能二次焙烧启动方法，其特征在于，步骤S1中，在所述密封板上设置有6个透气孔，所述透气孔均通过导气管连接至铝电解槽上部的集气罩。
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