铝电解槽焙烧启动策略研究

杨国文

（中国铝业青海分公司，青海 西宁 810108）

电解槽焙烧启动技术方案及策略的制定和执行对于这个时期电解槽的电解质成分，炉膛形状的影响很大，并且对电解槽向正常期的过渡和槽寿命也有很大影响[1-3]。

因此，如何制定科学合理的焙烧启动方案以及如何及时微调整该方案及策略，对于电解槽的平稳运行有着很重要的作用。

某公司近年来出于降低能耗和改善指标的目的，通过在原有电解槽的基础上对槽内衬结构进行改良以期取得更低的能耗指标。这批新电解槽在参考以往同类型电解槽焙烧启动经验的基础上，同时结合其自身设计和结构上的特点，制定出了符合新型槽自身特点的新启动方案，并且在运行期间，根据电解槽表现出来的问题，及时对原有方案进行微调整，从而在焙烧启动过程中取得了良好的效果。

1 新型槽在内衬设计方面的主要变化

该公司原系列电解槽分为180kA和200kA 的电解槽。新型槽在设计上做了如下改进：

（1）原设计电解槽炉膛为47cm，新型槽为53cm，加深了6cm。

新型槽炉膛加深的目的是在增加槽内物料容量的基础上，增加电解槽的热容量和热稳定性；通过近一年的运行，实现了槽况的平稳运行。

（2）原设计电解槽侧部炭块为10.2cm，新型槽为7.2cm。

新型槽侧部炭块设计变薄的目的是增强侧部散热，加速炉帮的形成，从生产现场测量数据对比，新型槽炉帮厚度较原设计电解槽厚，且成型规整。

（3）新型槽在炉底设计上加强了保温，在耐火砖层和防渗料层的厚度和材质上进行了优化。

2 新型槽启动期间主要操作要求

电解槽在启动过程中的关键点是以下三个方面：①电压降落速度；②铝水抬高速度；③氟盐的添加时间。

电解槽启动时所灌入的电解质和铝液的量要根据电解槽自身的容量来计算。这些对于电解槽前期的热平衡和物料平衡都很关键。其中，铝水抬高速度更为关键，由于金属的传热性好，使得槽内温度分布比较均匀，因此，合适的铝水平使得阳极底部和电解质中的热量能及时的散发出去，有利于调节，降低槽温，减弱二次反应。事实证明，电解质和铝水总量越多，电解槽的热稳定性就越好，就越能承受诸如换极，出铝等作业对电解槽的干扰，使得电解槽温度和两水平的日常偏差不会过大。考虑到新型槽的炉膛深度增加了6cm，新型槽在装炉和启动时灌入的物料用量都要大于原设计电解槽，炉底保温的加强也要求装炉和启动时的灌入物料量均要大于原设计电解槽。

3 技术条件调整策略

（1）在降电压方面，从该公司以往的经验看，原设计电解槽考虑到快速形成炉帮和降低启动期单槽能耗的原因，从启动初期的高电压（一般在6.5V）降落到正常电压3.77V，只用了15天，但是对于新型槽，为了形成高温高分子比炉帮，为后续的生产运行打下扎实的基础，暂时确定降电压过程（从6.5V降到3.8V）为30天。

（2）在抬铝水方面，原设计电解槽在启动过程中用15天将铝水从最初的17cm抬高到19cm。考虑到新槽的炉底保温性能的加强，暂定新槽在30天内将铝水提高19cm，2个月内提高至21cm。

（3）氟化盐自动投放时间的确定

该公司以前在工艺技术标准中要求，新启动电解槽在运行15天后开始进行氟化盐自动下料，从后期电解槽运行状态统计，由于较早期投入氟化盐，造成新启动槽炉帮形成较差，为了更好形成稳固地电解槽炉帮，新型槽确定氟化盐在2个月时开始投放，并制定了降低分子比的方法。

4 新型槽焙烧启动过程中遇到的问题和解决方法

新型槽焙烧方法仍然采用焦粒焙烧。装炉时，采用特制的焦粒框来完成，并对焦粒床的设计进行改进（见图1），焦粒床的高度偏差不能大于2mm。制定详细的拆分流器顺序和时间，以及严格的测量巡视制度，确保焙烧温度基本均匀，在实际作业过程中要求电解槽内最高点和最低点温度的偏差不能大于20%，对于过烧点要及时分流和采取降温措施。结合现场生产，良好的焙烧效果应该是：中缝贯通，无明显的阻挡物，中缝温度≥850℃，槽内有少许液态电解质，电解槽内各个部位最高和最低温度的偏差不能大于20%。各阳极组阳极电流分布偏差较小，无红钢爪或阳极脱落等现象。

图1 焦粒铺设专用工具

新型槽在启动后25天内，电解槽基本运行平稳，阳极效应在可控范围之内，电解质的收缩速度适中。在25天后，两个系列分别出现了不同的问题：180kA系列新型槽出现阳极效应不可控，效应过多的问题；以及电解质水平偏低的问题，每台电解槽每天大约要补充约130kg的电解质，电解槽上口处在较空状态，但是新型槽电压针振基本能控制在15mv～23mv，属于可以接受的范围。

5 制定焙烧启动方案的必要性和效果

新型槽启动后，180kA系列由于长期处在低电解质运行状态，且阳极效应系数明显不受控（突发效应增多），经过对焙烧启动方案进行合理制定后，阳极效应系数呈现大幅下降趋势，电解槽能够实现高效平稳运行，经济技术指标明显得到改善。

结合现场调研，对于原有的启动技术方案进行微调整：

电解槽减慢降电压的速度，电压从启动初期的6.5V降落到3.82V的时间延长到30天，在前期的高位电压阶段，每天的降幅不能大于30mV，在后期的15天内每天的降幅为5mV～10mV，直至电压降到3.82V。

在结合电解槽自身特点的同时，在原有老槽型焙烧启动方案的基础上进行微调整，并在出现问题的前期，采取相对应的措施后，就能使电解槽实现稳定的电解质水平和铝水平，效应系数大大降低，电解槽实现平稳高效运行。经过近半年的运行调整，摸索出了新型槽适应其自身设计特点的工艺技术参数：

表1 新型槽工艺参数

表2 新型槽技术指标

6 结论

（1）电解槽的焙烧启动方案要结合槽自身设计结构上的特点进行制定。

（2）制定电解槽焙烧启动的关键是合理的电压降落速度、铝水抬高速度、氟盐的添加时间。

（3）针对180kA电解槽结构的优化，对降电压的速度由原来的15天延长为30天，铝水平在30天内从17cm抬高到19cm，氟化盐2个月时开始投放。

（4）通过焙烧启动的优化，电解槽后期炉膛规整，电流效率达到了92.5%，原铝液直流电耗低于1200kwh/t_Al。