400kA电解槽燃气焙烧二次启动中的问题剖析与预防

高宝堂，田建明，程 斌，高 印，曹永峰

（1.包头铝业有限公司，内蒙古 包头 014000；2.中铝郑州有色金属研究院有限公司，河南 郑州 450041）

2020年初面对突如其来的疫情，铝价顺势下跌，突破4年来的新低，铝厂纷纷限产，包头某铝厂也采取多项控亏增盈措施。分厂对完成电压高、炉帮薄、经常性钢窗口发红的电解槽进行停槽，清理阴极表面物料后对电解槽的破损情况分析评判，以提高二次启动槽启动成功率和延长槽寿命为前提，以建立稳定的炉帮、取得良好的经济指标为目标，实施碳化铝打磨修补、更换侧块等措施后快速装炉二次启动。

1 电解槽二次启动过程控制管理

1.1 电解槽停槽前的状况及停槽后的清理修补

A#槽发生滚铝，考虑到槽龄短，实施坐槽再启动方案，在抽出铝液后下降阳极，电压保持在1.7V左右，坐槽8个小时后再次灌入高温电解质启动，此时阳极电流偏流，局部电解质旋转剧烈，槽温980℃，电压4.8V，高频噪声230纳欧。为了尽快稳定，灌铝20吨后，发现烟道端开始滚铝，最终被迫停槽。通过研究炉底状况和局部侧块的侵蚀情况，更换侧砖6块，用糊料扎固炉底冲蚀坑两处及个别局部人造伸腿低的部位，具备了装炉条件。

B#槽因长期出现多点红炉帮现象，多次在线更换局部侧砖后仍有高温点，如果继续维持不但耗费更多的维护精力，而且存在漏炉风险，给系列安全埋下隐患。该槽炉底压降低、槽龄短，实施中修二次启动。考虑到停槽后直接拔极清理造成电解槽散热温度梯度大，增加了阴极炭块基体或钢棒与阴极扎固糊之间裂缝的几率，会加剧槽壳变形，炉底隆起，内衬开裂。为克服停槽负面影响，提出了在降温过程中放缓槽体散热速度，使槽壳和阴极内衬应力缓慢释放，减小电解槽破损机会的“保护性停槽”[1]。B#槽清理采用刨出浇注料全部更换侧砖再扎固的方案，使用抛光机打磨露出阴极表面。为避免由于钢棒多处断裂造成阴极电流偏流的发生，刨出阴极浇注眉毛圈检查阴极钢棒的侵蚀情况并处理，重新整体砌筑氮化硅结合碳化硅砖，扎固周围糊焊接槽压板。

1.2 燃气焙烧技术[2]装炉与启动

A#槽装炉物料主要是破碎料10吨、预制覆盖板1吨（预制覆盖板采用破碎料跟水玻璃混捏而成）、工业纯碱5吨。焙烧采用时间108h温升曲线，温度达到930℃后，灌入电解质液启动。灌入电解质20吨，工作电压7.0V～7.6V，噪声300纳欧。

在物料熔化的过程中B5、B6阳极电流分布偏高，并呈现中间阳极电流分布高两端偏低的现象，随着温度升高电压摆动剧烈，即使工作电压在6.5V时仍有压槽状况。在捞出的碳渣中发现有炉底深坑处加补的扎固糊、有伸腿扎固糊起层脱落。分析原因可能是在物料熔化的过程中预制覆盖板被直接推入槽内熔化，未充分溶解的破碎料颗粒包裹在电解质中，污染了电解质，增加了电解质粘度，降低其电导率，增加电解质压降，有的物料会直接沉入炉底形成沉淀并在角部或某些部位聚集，引起阴极电流偏流[3]。

B#槽装炉物料主要是电解质粉10吨、冰晶石6吨、工业纯碱3吨，焙烧采用时间96h温升曲线[4]，温度达到930℃灌入电解质液启动，冲击电压为2.55V，灌入电解质总重量为20.3吨，电压稳定。本次采用电解质粉而非破碎料预制板，减少了槽内氧化铝量，降低了电解质电导率；装炉时要一次性装纯碱3吨，后期不补充，为的是形成坚实的高温炉帮。A#槽升曲线在930℃控制区间保温时间过长，发生阳极氧化，炉底过烧，容易发生爆块，B#槽放缓初期焙烧升温速度，缩短后期焙烧保温时间，采用96小时焙烧方案。

1.3 二次启动槽的后期管理

A#槽在启动6小时后采取槽控机+人工停控的方式加料，未效应等待洁净电解质，启动后20小时发现电解质内出现大量的鳞状阳极剥离层，现场作业人员重点对双阳极间缝中的堆积物（阳极侧面掉落的鳞片状炭块）清理。在碳渣清理彻底后，逐渐控制电压5.5V～6.0V，噪声16纳欧。现场测量电解质温度990℃，加电解质块物料降温，物料沉入炉底，引起反热，温度快速升高至1010℃，灌铝18吨，电压波动加剧，烟道端出现滚铝现象，噪声200纳欧，随着铝液的搅动电解质发粘，调整成分未果被迫停槽大修。

B#槽在启动后10-12小时发现排出的阳极气体中夹杂着细粉碳末，在翻滚的电解质中能够看到有黑色的气泡沫溢出，说明电解质含碳，尽管阳极电流分布均匀，避免有爆块或扎固糊脱落进一步污染电解质。车间安排检查阳极底掌，此时局部阳极底掌有长包迹象，经过3小时连续拔极检查，电解质流动性有明显改善。

B#槽在物料熔化期间，对温度、效应、下料量（NB间隔）规范管控。严禁过早添加氧化铝，过早加入氧化铝虽然可以降低电解质表面温度抑制效应，必然降低电解质电导率，会引起炉底反热，发生爆块。在启动20小时后分两次灌铝23吨，5.5V的电压基本稳定，实测极距4.2cm，测量炉底压降680mV。加强人为控制，如果此时连机自动控制，设定电压5V就会出现电压下滑、火苗发黄等压槽现象。经过一周的炉底清理和电解质成分调整，电压保持在4.80V～4.85V。经过20余天的努力，该槽工作电压降到4.2V以下，炉底压降450mV，分子比2.7，电解温度950℃，趋于稳定。

B#槽采用新的后期管理方案[5]，对电压保持、效应管理以及其它操作进行规范。后期重点跟踪槽底的变化，测量阴极电流分布、建立炉膛为首要任务。目前该二次启动槽已进入正常期，炉底压降680mV降到450mV，工作电压4.00V，炉帮厚度12cm。

1.4 对比分析

综上所述，通过两台典型电解槽燃气焙烧二次启动实践，对停槽、清炉、修补及装炉、启动与灌铝等环节比对，重点体现在停槽方式不同、清理及装炉物料不同、焙烧温升曲线不同、启动中的操作及温度控制管理的不同，最后是灌铝量的不同等，具体如表1所示。

表1 A#、B#槽不同阶段的实施差异分析

2 结论与建议

燃气焙烧二次启动槽采取保护性冷却防变形停槽的方法，清理槽内的电解质、固体铝、阴极表面的碳化铝，整体更换侧砖，整体扎固人造伸腿，采用全冰晶石或电解质粉装炉，严格控制加碱量，启动时严格执行不同时间节点对应的标准操作方案，避免电解质含碳后压槽、炉底反热发生爆块，在灌铝前跟踪测量阳极电流分布，通过调整阳极高度弥补因阴极隆起造成的局部低极距，降低电解噪声等都是提高启动成功率的重要措施。

采用两次灌铝的办法可避免温度快速降低，增加必要的效应以洁净炉底，可为后期形成坚实的高温炉帮、延长电解槽寿命打下良好的基础。