CN116397280A - 一种惰性阳极铝电解槽的预热启动方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种惰性阳极铝电解槽的预热启动方法，包括下列步骤：(1)在电解槽上安装惰性阳极组件，在电解槽炉膛内均匀地安放若干个燃气燃烧器，(2)接通燃气，按照预设的升温曲线让热烟气预热电解槽炉膛至规定温度，(3)关闭燃气并撤走燃烧器，(4)向电解槽灌入高温液态电解质和铝液，(5)将铝电解槽电极与独立交流电源连接，(6)调整独立交流电源的电流大小以及电流分布，使铝电解槽各处均匀地达到并维持符合要求的温度，调整电解质成分，(7)断开独立交流电源，(8)将铝电解槽电极与系列电源连接，铝电解槽转入到正常电解工作状态；本发明的预热启动方法具有操作简单、对系列电源影响小，电解质清洁和温度均匀的优点。
Description
技术领域
本发明属于熔盐电解铝冶炼技术领域，涉及一种惰性阳极铝电解槽的预热启动方法，本发明适用于垂直电极结构的惰性阳极铝电解槽，也适用于水平电极结构的惰性阳极铝电解槽。
背景技术
金属铝的产量仅次于钢铁，中国电解铝的年产量达四千万吨。然而现行Hall-Héroult铝电解工艺采用消耗性碳阳极，每吨电解铝约消耗450公斤炭素材料，约排放CO2气体1.5吨，还排放无法降解的强温室气体碳氟化合物(CF4、C2F6)、SO2气体和粉尘等污染物；预焙碳阳极生产过程中也会排放致癌性的芳香族化合物(PAH)、SO2、粉尘等污染物。而且在现行铝电解过程中，需要每月更换预焙阳极碳块，导致电解生产不稳定，并增加了劳动强度、工人面对高温熔体的人身风险和氟化物的无组织排放。
采用无碳惰性阳极电解新工艺，可成功解决上述问题，并可提高生产效率。
惰性阳极铝电解槽的电极结构可以分为水平结构和垂直结构。采用电极垂直布置的惰性阳极铝电解槽，其电极工作面积较电极水平布置的电解槽的电极工作面积可以增加，从而可以采用较小的电解电流密度，较小的阴极电流密度可减少阴极附近的电解质浓度差从而避免阴极附近的电解质液相线温度上升而结壳，另外垂直电极结构的铝电解槽单位占地面积的铝产出率较高。所以垂直电极结构的惰性阳极铝电解槽具有较多优势。
惰性阳极铝电解技术的关键技术之一是电解槽的预热启动。电解槽预热启动就是将电解槽的阴极和炉膛、阳极、电解质和铝液从室温预热至电解工作温度。铝电解槽的预热启动对电解槽的正常运行稳定性和电解槽的寿命有着至关重要的影响。
目前传统预焙碳阳极铝电解槽常用的预热启动方法主要有两种：焦粒焙烧和燃气焙烧，因为铝液焙烧法最初罐入的铝液对电解槽有很大的热冲击破坏作用而被彻底淘汰。
采用传统的焦料焙烧法启动电解槽，电解质中会存在大量碳渣，电解质粘度大，将惰性阳极铝电解槽的碳渣清理干净非常困难。
采用传统的燃气焙烧法启动电解槽，灌入高温液态电解质使电解槽炉膛的温度不均匀，高温液态电解质灌入点区域的温度明显高于远离灌入点区域的温度，后续的调整工作复杂。
专利申请号200910243383.4、专利申请号201210262136.0、专利申请号CN201220366230.6和专利申请号CN201020234516.X提出采用电加热方式预热启动垂直电极结构的惰性阳极铝电解槽，专利提出按铝电解槽系列电流进行加热组件电阻设计，采用低电阻大电流的加热方式，采用直流分流元件对铝电解槽系统电流进行全部或部分分流，直流分流元件加热另外一个铝电解槽中的电解质。
专利申请号 202180032376.9提出采用电加热方式预热垂直电极结构的惰性阳极电解槽，加热器数量与阳极组件数量相等，加热器电阻等于或接近阳极电阻，加热电源为电解槽系列的直流电源，当温度达到要求时，用惰性阳极组件来替代加热器。加热器采用低电阻大电流的加热方式，导线发热量大。
专利申请号 201910351580.1一种竖式电极铝电解槽预热启动方法提出了采用燃气焙烧法，燃气燃烧预热电解槽炉膛，阴极保护罩通直流电再预热电解槽炉膛，灌入高温液态电解质后拨出阴极保护罩；在液态电解质中拨出阴极保护罩操作比较困难，且有损坏阴极的风险。
发明内容
本发明公开了一种惰性阳极铝电解槽的预热启动方法，利用燃气燃烧预热电解槽炉膛后，向电解槽内灌入高温液态电解质和高温铝液，将独立交流电源与铝电解槽的电极连接使液态电解质温度均匀地达到要求的温度并维持要求的温度，并调节电解质的成分；铝电解槽电极与铝电解系列电源连接使铝电解槽转入正常电解工作状态。
惰性阳极铝电解槽事先安装好惰性阳极组件，一个惰性阳极组件包含多个惰性阳极总成，惰性阳极惰性阳极表面上涂有一薄层Al2O3膜，TiB2基可润湿阴极表面上包覆有厚度为0.01～0.1mm的铝箔，铝箔外表面上涂有一薄层Al2O3膜；Al2O3膜可由干燥后的高铝酸盐水泥浆或含Al2O3粉的酸钠溶液中的一种组成。启动作业前断开铝电解槽与系列电源的连接包括断开铝电解槽的阳极母线与立柱母线的连接，并将铝电解槽的阴极汇流母线与上级铝电解槽的阴极汇流母线短路。
一种惰性阳极铝电解槽的预热启动方法，该方法包括下列步骤：
第一步：在惰性阳极铝电解槽炉膛内均匀地安放若干个燃气燃烧器；
第二步：接通燃气，打开燃气燃烧器，调节燃气燃烧器的燃气与空气比例，让燃气燃烧产生的热烟气呈弱氧化气氛，热烟气中含氧20～60 PPM。
进一步地，燃烧器自动地按照升温曲线的要求使燃气燃烧的热烟气预热所述铝电解槽炉膛及惰性阳极组件至规定的温度并保温一段时间；
进一步地，最高保温温度为惰性阳极铝电解的工艺温度；
第三步：关闭燃气并从铝电解槽炉膛内快速撤走燃气燃烧器；
第四步：从出铝口向铝电解槽内灌入高温液态电解质和液态铝，高温液态电解质的温度高于惰性阳极铝电解工艺温度10～30°C；
进一步地，高温液态电解质为惰性阳极铝电解的专用电解质；
进一步地，由于电解槽炉膛底部温度较低，第一包高温电解质的温度应最高，加入二包高温电解质后，可灌入液态铝，然后再灌入第三包、第四包等等的高温电解质；
第五步：将铝电解槽电极与独立交流电源连接；独立交流电源具有调节在铝电解槽各个区域的电流大小的功能，独立交流电源最大输出电流为系列电源电流值的120%，电源最大输出电压为10V，电源频率为40～200Hz，电源输出电流为系列电源电流值的0～120％连续可调；
第六步：铝电解槽电极与独立交流电源连接后，铝电解槽发生交变电流下的电解反应，电极上并无产品析出但电解质被加热；调整独立交流电源的电流以及电流分布，使所述铝电解槽各处达到并维持符合要求的温度；
进一步地，调整电解质成分至惰性阳极铝电解工艺要求的范围；
第七步：快速断开铝电解槽电极上的独立交流电源；
第八步：快速将铝电解槽电极与系列电源连接，铝电解槽转入到正常电解工作状态。
需要说明的是上述步骤切换作业是快速的，甚至是同时进行的，以减少切换时间，维持电解槽的温度。第四步和第五步可以同时进行，灌入的高温电解质达到一定高度后，就可以开始第六步了，第六步先开始使用小电流，然后增大电流，调节电流分布以调节电解槽各区域的电解质温度；维持电解槽温度时，再降低电流大小。
上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特列举本申请的具体实施方式。
有益效果
本发明提出一种惰性阳极铝电解槽的预热启动方法有下列优势：
1)采用燃气燃烧预热电解槽炉膛，电解槽炉膛干净；
2)采用独立低压交流电源调节电解质的温度，使铝电解槽的启动过程容易控制，提高了启动过程中电解槽温度的控制精度；
3)电解槽启动过程对电解系列电源的影响较小。
附图说明
图1 ：惰性阳极铝电解槽预热启动流程图。
实施方式
下文中将结合实施例来详细说明本发明。
在实施例中，提供了一种惰性阳极铝电解槽的预热启动方法，包括以下步骤：
准备独立交流电源：电源输出电压为0～10V，电流为电解系列电源电流值的0～120%连续可调，电源频率为40～200Hz；
铝电解槽准备：阴极表面上包覆厚度为0.01～0.1mm的铝箔，铝箔外表面上涂有一薄层Al2O3膜，对电解槽炉膛进行清洁清扫；惰性阳极表面上涂一薄层Al2O3膜，将惰性阳极组件安装在铝电解槽上。Al2O3膜可由干燥后的高铝酸盐水泥浆或含Al2O3粉的酸钠溶液中的一种组成。
启动作业前准备：确保断开铝电解槽与系列电源的连接包括断开铝电解槽的阳极母线与立柱母线的连接，并将铝电解槽的阴极汇流母线与上级铝电解槽的阴极汇流母线短路。
启动步骤包括：
在电解槽炉膛内均匀地安放若干个燃气燃烧器，用燃气管将气源与燃烧器联接；
接通燃气，打开燃气燃烧器，调节燃气燃烧器的燃气与空气比例，让燃气燃烧产生的热烟气呈弱氧化气氛，热烟气中含氧20～60 PPM；
按照升温曲线的要求让燃气燃烧的热烟气预热所述铝电解槽炉膛至规定的温度，一般在48～72小时升温至电解槽电解工艺温度；
例如，惰性阳极铝电解的工艺温度为880°C，温度曲线可以但不限于设置如下：
0～11h(25—300℃ )：25°C/h；1l～14h(300℃)：保温；14～37h(300～600℃ )：13℃／h；37～48h(600～880℃ )：25℃／h； 48～60h(880℃)：保温;期间根据测点温度变化情况，调整控制温度；
特别指出，燃气燃烧温度曲线的设置需要根据电解槽的类型和容量大小确定；
关闭燃气并从铝电解槽炉膛内快速撤走燃气燃烧器；
从出铝口向铝电解槽内灌入高温液态电解质和液态铝，高温液态电解质的温度高于惰性阳极铝电解工艺温度10～30°C；
高温液态电解质为惰性阳极铝电解的专用电解质，可来源于附近的其他电解槽用专用固态电解质配制经焦粒焙烧法并过滤的高温液态电解质；
第一包高温电解质的温度应最高，灌入第二包高温电解质后，可灌入液态铝，然后再灌入第三包、第四包等等的高温电解质；
将铝电解槽电极与独立交流电源连接，此时电解槽发生了交流电流下的电解反应，由于使用了交变电流，电极上并无产品析出，但电解质被加热，调整独立交流电源的电流以及电流分布，可使铝电解槽各处均匀地达到并维持铝电解工艺温度，调整电解质成分至惰性阳极铝电解的工艺要求范围；
灌入的高温电解质达到一定高度后，就可以将铝电解槽电极与独立交流电源连接，由于电极工作面积较小，先开始使用小电流，等到电解质灌入完毕，再增大电流，调节电流分布以调节电解槽各区域的电解质温度；降低电流以维持电解槽各区域电解质的温度均匀一段时间；
断开独立交流电流与电解槽电极的连接，并将铝电解槽电极连接至电解系列电流电路上，铝电解槽转入正常工作。
需要说明的是，对于每个铝电解槽的启动过程来说，独立交流电源的电流和电流分布调整方式都不相同，需要根据实际情况不断做出调整，所以本实施例对于独立交流电源的调整方法不做过多限定。
对于串联的多个铝电解槽来说，都可以通过上述方式逐一的启动每一个铝电解槽。
通过以上的实施方式描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现，也可以通过硬件实现。
上述本申请序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。以上公开的仅为本申请的几个具体实施场景，但是，本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本申请的保护范围，应涵盖在本发明的权利要求范围内。
Claims (7)
1.一种惰性阳极铝电解槽的预热启动方法，其特征在于，所述预热启动方法包括下列步骤：
(1)断开所述铝电解槽与系列电源的连接，在所述铝电解槽上安装惰性阳极组件，在所述电解槽炉膛内均匀地安放若干个燃气燃烧器；
(2)接通燃气，打开所述燃气燃烧器，按照设定的升温曲线让燃气燃烧的热烟气自动预热所述铝电解槽炉膛及惰性阳极组件至规定的温度并保温；
(3)关闭燃气并从所述铝电解槽炉膛内撤走所述燃气燃烧器；
(4)向所述铝电解槽内灌入高温液态电解质和液态铝；
(5)将所述铝电解槽电极与独立交流电源连接；
(6)调整所述独立交流电源的电流大小以及电解槽内各电极的电流分布，使所述铝电解槽各处均匀地达到并维持符合规范要求的温度，并调整电解质成分至惰性阳极铝电解工艺规定的范围内；
(7)断开所述铝电解槽电极上的所述独立交流电源，并撤走所述独立交流电源；
(8)将所述铝电解槽电极与所述系列电源连接，所述铝电解槽转入到正常电解工作状态。
2.根据权利要求1所述的一种惰性阳极铝电解槽的预热启动方法，其特征在于，所述断开铝电解槽与系列电源的连接包括断开所述铝电解槽的阳极母线与立柱母线的连接，并将所述铝电解槽的阴极汇流母线与上级铝电解槽的阴极汇流母线短路。
3.根据权利要求1所述的一种惰性阳极铝电解槽的预热启动方法，其特征在于，所述燃气燃烧器具有调节燃气与空气比例的功能，让燃气燃烧产生的热烟气呈弱氧化气氛，所述燃气燃烧器具有依据预设的升温曲线自动调节火焰大小的功能。
4.根据权利要求1所述的一种惰性阳极铝电解槽的预热启动方法，其特征在于，灌入电解槽的所述高温液态电解质成分接近惰性阳极铝电解工艺的电解质成分，灌入电解槽的所述高温液态电解质的温度高于惰性阳极铝电解工艺温度10～30°C。
5.根据权利要求1所述的一种惰性阳极铝电解槽的预热启动方法，其特征在于，所述独立交流电源具有调节所述铝电解槽各个区域的电流大小的功能，所述独立交流电源最大输出电流为所述系列电源电流值的120%，电源最大输出电压为10V，电源频率为40～200Hz，电源输出电流为系列电源电流值的0～120％连续可调。
6.根据权利要求1所述的一种惰性阳极铝电解槽的预热启动方法，其特征在于，有些步骤并非一个步骤一个步骤地完成，而是能同时进行的作业则尽量同时进行，以便实现保温和快速完成启动。
7.根据权利要求1所述的一种惰性阳极铝电解槽的预热启动方法，其特征在于，所述铝电解槽启动所用的所述惰性阳极表面上涂有一薄层Al2O3膜；所述铝电解槽的TiB2基可润湿阴极表面上包覆有厚度为0.01～0.1mm的铝箔，铝箔外表面上再涂有一薄层Al2O3膜；所述Al2O3膜可由干燥后的高铝酸盐水泥浆或含Al2O3粉的酸钠溶液中的一种组成。
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