精铝槽与普铝槽焙烧启动工艺的对比分析

宁建文

（山西关铝股份有限公司，山西运城044001）

精铝槽与普铝槽焙烧启动工艺的对比分析

宁建文

（山西关铝股份有限公司，山西运城044001）

结合精铝槽与普铝槽的差异，对普铝槽焙烧启动工艺进行比较和分析，提出适合精铝槽焙烧启动的具体工艺。

普铝槽精铝槽铝液焦粒电阻丝加热焙烧启动

三层液铝电解精炼的主要设备——精铝槽在投入生产之前，需要经过设计、制造、安装、检查、验收、焙烧、启动等几个关键环节［1］。而精铝槽的设计是由设计部门完成，制造、安装是安装部门的工作，检查、验收、焙烧、启动以及后期正常生产维护是生产部门的职责，特别是精铝槽的焙烧、启动受到所选用工艺、作业人员的水平等人为性的影响较大。

精铝槽在验收合格后，焙烧启动的质量一方面关系到精铝槽在正常生产阶段能否高效生产，另一方面关系到精铝槽的使用寿命，因而生产企业在此阶段投入的人力、财力、物力都比较大，也是精铝生产技术人员长期攻克的难题。

精铝槽焙烧启动的目的与普铝槽一样，都是通过一定时间的缓慢加热，使槽内衬得以烘干，使槽底炭块间和槽周边的扎糊烧结成一个整体，防止在后续的启动阶段发生“热震”及槽底炭块出现破损和漏槽，同时使槽内整体温度接近正常生产温度，顺利实现启动。

精铝槽的启动就是使槽内具备足够多的液体电解质和液体合金，在生产中，槽内各层液体不发生波动，能满足精铝正常生产的要求。

1 精铝槽与普铝槽的区别

图1和图2分别是普铝槽和精铝槽的内衬示意图。从中可以明显看出它们的槽底内衬结构相似，只是精铝槽的侧部内衬要比普铝槽复杂得多。普铝槽的侧部内衬最里面的是一层侧部炭块，侧部炭块与槽壳之间有一层氧化铝作为填充物，侧部炭块与底部炭块之间连接的人造伸腿比较粗大。而精铝槽的侧部内衬从内向外先是一层镁砖，依次为耐火砖、保温砖、氧化铝填充物，底部炭块与侧部炭块间的缝隙同样是用糊料扎固而成的人造伸腿，只是凸起比较小［2］。另外精铝槽的小头一侧或两侧均设有加料室，加料室为石墨制品，主要用于生产中添加普铝锭。精铝槽槽膛比普铝槽槽膛要深将近100mm。

图2 精铝槽内衬

在槽上部结构方面，普铝槽又比精铝槽复杂，除了他们共有的母线提升机构外，普铝槽上部结构主要增加了阳极效应报警装置、自动打壳下料装置及其附属的空气管路等等。

综上所述，不考虑槽上部结构，精铝槽与普铝槽相比，槽底部基本一样，主要区别是：精铝槽侧部内衬较厚，不利于焙烧过程中水分的排出；侧部最里面是一层镁砖，导热性差，急冷急热性差，材质易破损；精铝槽槽膛较深，侧部内衬最上面难以取得较好的焙烧效果。

2 精铝槽与普铝槽焙烧工艺的对比分析

现代普铝槽普遍采用的焙烧工艺有：铝液焙烧、焦粒焙烧和燃料焙烧等，铝液焙烧和焦粒焙烧属于内加热方式，而燃料焙烧属于外加热方式［3］。由于精铝槽内衬侧部为镁砖，而且较厚，炉膛比较深，再加上精铝槽正常生产温度比普铝槽低将近200℃，因而精铝槽的焙烧不能简单地采用普铝槽的方法，必须加以局部改进。

2.1 铝液焙烧工艺

铝液焙烧是在精铝槽内注入高温铝液，再通以直流电，利用铝液和阴、阳极炭块在通以直流电状态下产生的焦耳热来达到焙烧的目的。

精铝槽焙烧与普铝槽焙烧一样，焙烧前都需要事先在槽膛侧部内衬处堆放电解质块料或混合电解质粉料，以防往槽内注入高温铝液对侧部内衬造成热冲击。考虑到侧部内衬为镁砖，镁砖导热性不好，如果焙烧注入的铝液来自普铝槽，则铝液的温度不会低于850℃，虽然精铝槽的侧部内衬处堆有电解质块用以隔离高温铝液对侧部镁砖的接触，但还会有部分高温铝液与镁砖接触，此时的镁砖极有可能出现破损；又由于镁砖与炭素制品的膨胀系数相差较大，侧部与底部相连处的人造伸腿同样极易受到热冲击而出现裂缝，特别是料室口极容易发生漏槽现象。

如果用正常生产精铝槽的精铝液作为焙烧加热体的话，成本太高，经过焙烧后的精铝液肯定变成普铝液，经济损失太大；再则，如果从精铝槽内吸取合金作为焙烧加热体虽然可行，但在实际生产中不易操作，因为从正常生产槽中抽取大量合金，其一会破坏正常生产槽的技术条件，其二会也会对最上层的精铝液造成污染。

2.2 焦粒焙烧工艺

焦粒焙烧是在精铝槽底的阳极炭块上预先铺设一层焦粒，再座上石墨阴极，通以直流电，靠焦粒电阻本身产生的焦耳热来达到焙烧精铝槽的目的。

焦粒焙烧是精铝槽普遍采用的一种比较成熟的焙烧工艺，在具体操作过程中，需要在槽底预埋热电偶，石墨阴极周围需要堆放电解质块料或电解质混合粉料。对于精铝槽而言，由于焦粒本身的电阻比较大，在刚通电时，焦粒之间的间隙较大，此时焦粒瞬间产生的焦耳热会对精铝槽侧部内衬的镁砖造成很大的热冲击，轻则出现镁砖、人造伸腿裂缝，重则镁砖掉角，在启动阶段出现漏槽等现象。

但焦粒焙烧特别适合新建厂房没有液体电解质时前几台槽的焙烧，此时可以起到造电解质的目的。

2.3 燃料焙烧工艺

燃料焙烧是利用燃料系统和温度控制系统的配合，按事先设置好的升温曲线要求，通过燃油或天然气等来加热焙烧电解槽。

由于燃料焙烧属于外加热方式，升温速度能人为控制，对于精铝槽和普铝槽而言，它是一种极好的焙烧工艺，但由于其操作复杂等原因，在实际生产中并没有得到普遍采用。在用于精铝槽的焙烧过程中，如果高温火焰对准侧部镁砖的话，镁砖会因为自身特性而出现裂缝、掉角，会大大缩短精铝槽的使用寿命。

2.4 外电阻加热焙烧工艺

外电阻加热焙烧虽然已在其他工业炉体得到广泛应用，但应用于电解槽上的焙烧是近几年才开始的。冯乃祥教授在其主编的《铝电解》一书中明确提到电解槽外电阻加热的焙烧原理［4］。是用一个低电压、电阻较大的加热体（如电阻带或电阻丝）对电解槽内衬进行加热烘烤，待槽内衬底部炭块温度达到500℃左右、底部炭块烧结成一体、内衬没有水分排出时，即标志着电解槽焙烧过程结束，具备启动条件。

对于精铝槽而言，考虑到侧部内衬是镁砖，在具体焙烧过程中，要求刚开始的24h之内，升温速度一定要慢，以使侧部内衬中的水分排出，同时也不会引起侧部镁砖裂缝、掉块等现象的发生。另外为了保证升温到500℃左右，避免底部炭块的氧化现象发生，与普铝槽一样需事先在槽底铺设一层冰晶石，与侧部连接处的四周要适当厚点，以防镁砖过快受热，引起裂缝等。在具体焙烧过程中可以根据精铝槽的焙烧升温要求，利用控温系统按预先设置好的焙烧曲线要求自动加热焙烧。

与燃料焙烧相比，这种焙烧方式更易于控制，在具体操作中，技术人员可以随时观察精铝槽的整体焙烧效果并及时做出调整，可以说这是目前最适宜精铝槽的一种焙烧工艺。

3 精铝槽与普铝槽启动工艺的对比分析

精铝槽启动的目的与普铝槽相同，都是在槽内熔化足量多的液体电解质，以满足正常电解生产要求，启动方法依旧可以分为干法启动和湿法启动。

3.1 干法启动

干法启动就是利用电解槽阴、阳极之间产生的高温电弧将电解质粉料熔化成液体电解质。具体操作就是不断向电解槽阴、阳极间添加电解质粉料，并及时缓慢提升电极，在阴、阳极之间产生强烈的电弧，利用电弧快速产生的热量熔化电解质粉料。

由于精铝槽的侧部为镁砖，而镁砖的特性决定了干法启动工艺对精铝槽的使用寿命影响加大,因而在实际生产中尽量减少使用干法启动。

3.2 湿法启动

湿法启动就是向待启动的槽内注入一定量液体电解质，若电解质量不够，可向槽内添加电解质粉料逐渐熔化补充，待液体电解质的高度达到生产要求时，则标志着启动过程的结束，对于普铝槽而言则进入正常生产过程；而对于精铝槽，还得往槽内添加固体合金或液体合金和普铝液，精铝槽必须经过电化学净化过程，电化学净化后换铝过程的结束，才标志着精铝槽进入正常生产过程。

由上述启动工艺的具体操作可以看出，干法启动靠电弧产生的热能熔化电解质，当然消耗的电能较高，电解质挥发量大，环境污染严重，而且高温电弧对设备和人员都存在一定的安全隐患，同时也不适用于精铝槽的启动。与之相比，湿法启动在节能、环境保护、安全等方面的优势就比较明显，是精铝槽目前采用的普遍方式。

4 结语

在新建厂房有普铝液的前提下，首选“外电阻加热+铝液焙烧”相结合的工艺比较理想。就是在外电阻加热焙烧结束后，往槽内注入不少于40mm高的普铝液，然后下降阴极石墨组，通以直流电，接下来往槽内添加电解质混合粉料，逐步熔化电解质，提高电解质高度，达到造电解质的目的，完成焙烧启动过程。为防止注入高温铝液对槽内衬侧部镁砖造成强烈的热冲击，需要事先在槽周围铺设电解质混合粉料。

在新建厂房无液体电解质和普铝液的前提下，采用焦粒焙烧是目前最经济的一种工艺，虽然在焙烧过程中有可能对内衬侧部的镁砖造成伤害，但可以起到造电解质使精铝槽顺利启动目的。

在有部分精铝槽生产的前提下，外电阻加热焙烧则是最易于操作、最切实际的一种焙烧工艺。

考虑到精铝槽的侧部内衬为镁砖，湿法启动是精铝槽启动的唯一选择。

［1］青铝人.现代大型预焙槽生产技术［M］.沈阳：东北大学出版社，1995.

［2］邱竹贤.铝电解原理与应用［M］.北京：中国矿业大学出版社，1998.

［3］田应甫.大型预焙铝电解槽生产实践［M］.长沙：中南工业大学出版社，1997.

［4］冯乃祥.铝电解［M］.北京：化学工业出版社，2006.

（编辑：胡玉香）

Analysis and Com paring on Baking Star-up Process of Refined Alum inum Pot and Primary Alum inum Pot

NING Jianwen
（ShanxiGuan Aluminum Group Co.,Ltd.,Yuncheng 044001,China）

By means of analysis and comparing about primary aluminum pot baking star-up, combining the difference of refined aluminum pot and primary aluminum pot,this paper puts forward specific processes that havemeet refined aluminum pot baking star-up.

primary aluminum pot,refined aluminum pot,liquid-Al,coke,resistance wire heating, baking,tar-up

book=54,ebook=87

TF802.67

A

2010-

宁建文（1974-），男，在山西关铝股份有限公司精铝分厂从事精铝生产工艺、技术和质量等管理工作，工程师。Tel:15934976508，E-mail：jianwenn2003@yahoo.com.cn

1672-1152（2010）02-0031-03