1 概述

　　現(xiàn)代大型預(yù)焙鋁電解槽的焙燒啟動(dòng)，國(guó)內(nèi)近幾年新建電解鋁廠大多采用鋁液焙燒啟動(dòng)和焦粒焙燒啟動(dòng)兩種方法，尤其是焦粒焙燒啟動(dòng)，目前更是各新建電解鋁廠廣泛使用的焙燒預(yù)熱工藝技術(shù)，它較鋁液焙燒啟動(dòng)預(yù)熱時(shí)間短、溫度梯度不大，可彌補(bǔ)槽內(nèi)襯及材料質(zhì)量問(wèn)題的缺陷等優(yōu)點(diǎn)，但是，也有它的不足之處，那就是較鋁液焙燒啟動(dòng)操作復(fù)雜，技術(shù)條件要求高，陰極電流分布不均勻，電解質(zhì)含碳量過(guò)高，能耗增加。還有兩種焙燒啟動(dòng)方法就是石墨粉焙燒啟動(dòng)技術(shù)方法和氣體焙燒啟動(dòng)技術(shù)方法。前者價(jià)格太高，造成費(fèi)用增加，操作復(fù)雜(此法國(guó)內(nèi)僅丹江鋁廠在114.5kA鋁電解槽的啟動(dòng)中使用過(guò))，后者易氧化碳?jí)K，用于啟動(dòng)的設(shè)備復(fù)雜，操作難度大，所以，這兩種方法很少被鋁電解生產(chǎn)廠家采用。

　　鋁電解槽的預(yù)熱焙燒啟動(dòng)是影響槽壽命的重要因素之-，而槽壽命又直接影響到鋁電解的生產(chǎn)成本的穩(wěn)定，尤其是對(duì)大型預(yù)焙鋁電解槽的焙燒啟動(dòng)。但是，無(wú)論采用那種技術(shù)方法，幾乎都難以避免使陰極碳?jí)K及內(nèi)襯產(chǎn)生裂紋或孔隙，可是，不讓鋁液浸入裂紋和孔隙是可以避免的，焦粒焙燒啟動(dòng)方法就具有這種優(yōu)點(diǎn)，在白銀鋁廠應(yīng)用較早，近年來(lái)才在國(guó)內(nèi)新建鋁廠及自焙槽改造的預(yù)焙槽廠家陸續(xù)廣泛采用。

　　2 鋁電解槽焙燒啟動(dòng)技術(shù)

　　如何延長(zhǎng)大型預(yù)焙鋁電解槽的內(nèi)襯壽命，是國(guó)內(nèi)鋁業(yè)界研究的重要課題，國(guó)內(nèi)當(dāng)前預(yù)焙鋁電解槽內(nèi)襯壽命比國(guó)外預(yù)焙鋁電解槽內(nèi)襯壽命要短2～3年，影響電解槽內(nèi)襯壽命的因素很多，可分為設(shè)計(jì)、筑爐、材料、焙燒啟動(dòng)、生產(chǎn)管理五個(gè)方面，而其中焙燒方法的選擇可以說(shuō)是影響鋁電解槽壽命的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。特別是焙燒預(yù)熱啟動(dòng)，雖然這一過(guò)程僅僅幾天，但對(duì)鋁電解槽的使用壽命起著決定性的影響。

　　2. 1 幾種焙燒啟動(dòng)電解槽技術(shù)比較

　　國(guó)內(nèi)、外大型預(yù)焙鋁電解槽焙燒啟動(dòng)廣泛采用的是槽內(nèi)襯預(yù)熱焙燒啟動(dòng)方法，具體方法有鋁液焙燒啟動(dòng)、焦粒焙燒啟動(dòng)、石墨焙燒啟動(dòng)、氣體焙燒啟動(dòng)四種技術(shù)方法。

　　90年代末，國(guó)內(nèi)預(yù)焙槽焙燒啟動(dòng)投產(chǎn)較為普遍采用的是傳統(tǒng)的鋁液焙燒技術(shù)方法，其最大優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，后期溫度上升均勻，控制方便。近幾年，隨著國(guó)內(nèi)第三次鋁電解的建設(shè)高潮，并且向電解槽大型化(200kA至300kA)發(fā)展。目前國(guó)內(nèi)各廠家?guī)缀跞遣捎媒沽１簾A(yù)熱啟動(dòng)。據(jù)了解貴陽(yáng)鋁鎂沒(méi)計(jì)院和貴州鋁廠共同研究開(kāi)發(fā)出了一種新的焙燒啟動(dòng)方法，這種方法已在貴鋁230kA槽上應(yīng)用，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)大大好于上述四種方法，其具體技術(shù)方法是使用一種混合料。目前該技術(shù)正在申報(bào)專利。

　　2. 2 預(yù)焙鋁電解槽預(yù)熱焙燒的三個(gè)升溫階段的控制

　　2. 1. 1 低溫預(yù)熱階段

　　槽內(nèi)襯平均溫度控制約在200'C范圍以下，這段時(shí)間控制溫度的主要目的是排除槽內(nèi)襯材料中的水分，同時(shí)緩解焙燒啟動(dòng)初期陰極碳?jí)K、扎糊、陰極鋼棒、槽殼之間的熱膨脹變形速度，減少由于各種材料熱膨脹系數(shù)的不同，它所造成的內(nèi)襯熱應(yīng)力的破損作用，尤其是在200℃溫度以下，陰極鋼棒的可朔性很小，而熱膨脹系數(shù)大約是陰極碳?jí)K的3～4倍，控制好溫度的上升速度，將會(huì)避免造成陰極碳?jí)K的早期裂紋，在這段時(shí)間中升溫速度一般應(yīng)控制在每小時(shí)5℃左右較好。

　　2. 2. 2 中溫焙燒階段

　　在這期間溫度控制約在200℃～600℃范圍之間，其目的是排出內(nèi)襯材料中的揮發(fā)分和結(jié)晶水，此時(shí)陰極鋼棒已由熱膨脹變形轉(zhuǎn)變?yōu)槿鋭?dòng)變形(鋼的屈服點(diǎn)為200℃)，可朔性增大，這段時(shí)間的主要任務(wù)是焙燒陰極間縫和槽周邊縫的扎固的糊料，從而提高扎固糊料與陰極碳?jí)K的粘結(jié)性能，在這段時(shí)間中升溫速度可達(dá)到每小時(shí)10～20℃。

　　2. 2．3 高溫焦化階段

　　溫度在600℃左右范圍，這段時(shí)間為高溫焙燒側(cè)部?jī)?nèi)襯，其溫度控制的目的是使陰極碳?jí)K與扎固糊料充分粘結(jié)和焦化為一個(gè)整休，達(dá)到正常生產(chǎn)的條件，在這段時(shí)間需要注意的是在溫度達(dá)到500℃以后，扎固糊料由于焦化使其自由膨脹變形而轉(zhuǎn)化為收縮變形，這時(shí)陰極碳?jí)K仍保持在膨脹變形之中，因此，槽周邊扎固糊自身將會(huì)產(chǎn)生一定的收縮裂紋，所以，要及時(shí)控制好升溫速度。

3 鋁液焙燒啟動(dòng)鋁電解槽的技術(shù)方法

　　采用鋁液作電阻體的叫做鋁液焙燒啟動(dòng)(也叫鋁液預(yù)熱法)，在準(zhǔn)備投產(chǎn)的電解槽內(nèi)注入一定量的液體鋁，使其覆蓋在陰極表面，并與陽(yáng)極接觸，使其構(gòu)成電流回路，產(chǎn)生熱量預(yù)熱電解槽，由于鋁液本身電阻小，大部分熱量則由陰極和陽(yáng)極產(chǎn)生，對(duì)于大型預(yù)焙陽(yáng)極電解槽，陽(yáng)極通過(guò)高溫焙燒后，電阻值很小，如陰極采用半石墨化碳?jí)K，電阻值也很小，所以總發(fā)熱量不太大，這樣，鋁液焙燒啟動(dòng)電解槽即可一次通入全電流，一次將陽(yáng)極緊緊固定在陽(yáng)極母線上，不用增加中間導(dǎo)體。較焦粒焙燒啟動(dòng)，簡(jiǎn)便了操作程序，溫度分布均勻，電解槽不會(huì)出現(xiàn)局部過(guò)熱現(xiàn)象。可減少陰極碳?jí)K受熱量的分布不均而產(chǎn)生的膨脹變型應(yīng)力而發(fā)生斷裂。

　　由于鋁液焙燒啟動(dòng)方法總發(fā)熱量不大，故陽(yáng)極上必須加強(qiáng)保溫。一般用冰晶石覆蓋陽(yáng)極以及填充陽(yáng)極之間縫隙，為了增加熱量以達(dá)到預(yù)熱效果，啟動(dòng)到一定時(shí)間內(nèi)可緩慢上提陽(yáng)極，增大極距，從而達(dá)到提高溫度的目的。

　　3. 1 鋁液培燒啟動(dòng)的技術(shù)特點(diǎn)

　　不使用軟連接，分流器。技術(shù)方法簡(jiǎn)便、易操 作、不用增加任何臨時(shí)設(shè)施，槽內(nèi)溫度分布均勻，不會(huì)出現(xiàn)局部過(guò)熱現(xiàn)象，能較好地減少陰極碳?jí)K的裂紋，能完全避免陽(yáng)極的氧化，投產(chǎn)后的電解質(zhì)純凈、無(wú)雜質(zhì)、省工省料。

　　3. 2 鋁液焙燒啟動(dòng)的技術(shù)缺點(diǎn)

　　a.在灌入高溫鋁液(約800～900℃)的時(shí)候，能造成陰極碳?jí)K受到強(qiáng)烈的熱量沖擊，從而影響陰極碳?jí)K及內(nèi)襯壽命。

　　b.碳糊質(zhì)量不好可使鋁液滲透從而引起鋁電解槽早期破損。

　　c.由于鋁液電阻較小，預(yù)熱溫度上升緩慢。

　　4 焦粒焙燒啟動(dòng)鋁電解槽的技術(shù)方法

　　焦粒焙燒啟動(dòng)(也叫焦粒預(yù)熱法)，所使用的焦粒是抗氧化性能強(qiáng)，體積密度變化小的煅后焦粒，是在陰極、陽(yáng)極之間鋪設(shè)上一層鍛后焦碳顆粒，其粒度約在2～3mm，嚴(yán)格控制使用1mm以下焦粉，鋪設(shè)厚度在10～20mm左右。焦粒層作為電阻導(dǎo)體在陰極、陽(yáng)極之間產(chǎn)生熱量，預(yù)熱電解槽，同時(shí)，陰極和陽(yáng)極自身的電阻也在產(chǎn)生熱量，在其內(nèi)部預(yù)熱，陽(yáng)極導(dǎo)桿與陽(yáng)極母線之間用臨時(shí)導(dǎo)電軟連接母線聯(lián)接，以便陽(yáng)極的全部重量壓在焦粒上，保證陽(yáng)極與焦粒良好的接觸，在啟動(dòng)投產(chǎn)之前將陽(yáng)極導(dǎo)桿緊緊固定在陽(yáng)極母線上，拆除臨時(shí)軟連接母線。

　　據(jù)考察了解和資料信息，目前，國(guó)內(nèi)各大型預(yù)焙鋁電解槽生產(chǎn)廠家，其通電焙燒的電流均不統(tǒng)一，多數(shù)廠家是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況來(lái)定。

　　4. 1 預(yù)熱電解槽

　　在槽四周用電解質(zhì)和冰晶石砌筑，并用隔板將冰晶石與焦粒分開(kāi)，使邊部碳?jí)K和四周扎糊在預(yù)熱過(guò)程中受到保護(hù)避免氧化，預(yù)熱開(kāi)始通入部分電流，逐漸加大電流，一般情況下24小時(shí)左右達(dá)到全電流，但是電流的增加速度可依據(jù)槽預(yù)熱速度來(lái)定，電流滿負(fù)荷后應(yīng)繼續(xù)預(yù)熱電解槽一定的時(shí)間(視槽溫情況而定)，從而使陰極表面溫度達(dá)到900～950℃，方可開(kāi)始啟動(dòng)。

　　4. 2 焦粒焙燒方法技術(shù)特點(diǎn)

　　可使陰極碳?jí)K、陽(yáng)極碳?jí)K從常溫下逐漸升高，避免了強(qiáng)烈的熱沖擊，焦粒層保護(hù)了陰極表面，在使用分流器的情況下，可使電解槽升溫速度得以控制，陰極本身產(chǎn)生的熱量，可使陰極碳?jí)K從內(nèi)部開(kāi)始烘干，從而避免了扎糊縫隙的裂紋滲鋁現(xiàn)象。

　　4. 3 焦粒焙燒方法技術(shù)的缺點(diǎn)

　　陰極表面會(huì)產(chǎn)生局部溫度過(guò)高現(xiàn)象，操作復(fù)雜、增加了操作難度，且容易造成槽四周扎固糊預(yù)熱不良現(xiàn)象，易造成裂紋或出現(xiàn)縫隙。啟動(dòng)投產(chǎn)后電解質(zhì)中含碳量過(guò)高，增加了人工撈取碳渣的工作量。

　　5 大型鋁電解槽的啟動(dòng)生產(chǎn)

　　在鋁電解槽焙燒預(yù)熱達(dá)到900～950℃后，便可開(kāi)始啟動(dòng)生產(chǎn)。其主要工作是使電解槽內(nèi)熔化足夠量的液體電解質(zhì)，在啟動(dòng)生產(chǎn)的方法技術(shù)，目前國(guó)內(nèi)通常采用干法和濕法兩種進(jìn)行鋁電解槽的啟動(dòng)生產(chǎn)

　　5. 1 干法啟動(dòng)

　　干法啟動(dòng)通常是新建鋁電解廠所采用的技術(shù)方法，因在啟動(dòng)生產(chǎn)時(shí)無(wú)現(xiàn)成的液體電解質(zhì)，但是，大大增加了電能的消耗，一般情況下均在前一至二臺(tái)電解槽上采用。

　　干法啟動(dòng)就是利用陰極、陽(yáng)極之間產(chǎn)生電弧高溫將固體冰晶石熔化成液體，并不斷的逐步向電解槽內(nèi)添加冰晶石，緩慢提升陽(yáng)極，使其產(chǎn)生強(qiáng)烈的電弧而形成高溫，當(dāng)電解槽內(nèi)有適當(dāng)高度的液體后，便可引發(fā)陽(yáng)極效應(yīng)，從而加快了冰晶石的熔化，當(dāng)電解槽內(nèi)液體電解質(zhì)達(dá)到15～17cm后，便可加入Al2O3熄滅效應(yīng)，注入液體鋁水，使鋁電解槽步入正常的生產(chǎn)。

干法啟動(dòng)在開(kāi)始時(shí)由于兩極產(chǎn)生強(qiáng)烈的電弧，將會(huì)損傷陰極碳?jí)K和陽(yáng)極碳?jí)K表面，嚴(yán)重時(shí)將會(huì)影響電解槽壽命，在抬升陽(yáng)極時(shí)必須加以謹(jǐn)慎，緩慢進(jìn)行提升，以防發(fā)生蹦爆，破壞槽內(nèi)襯，其做法通常是采用槽電壓的高低來(lái)監(jiān)視，一般槽電壓應(yīng)控制在10～15V左右。

　　5. 2濕法效應(yīng)啟動(dòng)

　　濕法效應(yīng)啟動(dòng)就是向待生產(chǎn)電解槽注入一定量的液體電解質(zhì)，并逐漸抬升陽(yáng)極，引發(fā)人工效應(yīng)，槽效應(yīng)電壓應(yīng)控制在20V左右，待液體電解質(zhì)達(dá)到15～17cm后，加入Al2O3，熄滅效應(yīng)，這時(shí)應(yīng)保持較高的槽電壓，槽電壓應(yīng)在6～8V為宜，并向槽內(nèi)注入一定量的液體鋁水來(lái)作為在產(chǎn)侶，加好陽(yáng)極保慍料，使鋁電解槽進(jìn)入正常的生產(chǎn)。

　　濕法啟動(dòng)較干法啟動(dòng)省電，操作簡(jiǎn)單，勞動(dòng)強(qiáng)度低，安全可靠，不會(huì)對(duì)陰極碳?jí)K和內(nèi)襯形成損傷，但容易出現(xiàn)化爐膛、化陽(yáng)極鋼爪現(xiàn)象。

　　5. 3 濕法無(wú)效應(yīng)啟動(dòng)

　　近年來(lái)有些鋁電解生產(chǎn)廠家還采用了無(wú)效應(yīng)濕法啟動(dòng)，這種方法主要是將液體電解質(zhì)注入待啟動(dòng)的電解槽，然后升高電壓在10V左右，并緩慢融化固體物料，但啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)，其優(yōu)點(diǎn)是在啟動(dòng)期間物料揮發(fā)損失小，工作場(chǎng)地環(huán)境條件較好，采用此法啟動(dòng)應(yīng)比其他啟動(dòng)方法電解槽預(yù)熱適當(dāng)提高50℃左右，來(lái)防止注入的電解質(zhì)產(chǎn)生凝固。

　　6 結(jié)語(yǔ)

　　在大型預(yù)焙鋁電解槽的焙燒啟動(dòng)工作中，無(wú)論采用何種技術(shù)方法，均必須使投入的固體物料充分熔化，其電解質(zhì)溫度應(yīng)稍高寸于正常生產(chǎn)中的電解質(zhì)溫度，這是因?yàn)樵趩?dòng)初期投入的固體物料若不充分熔化，將沉淀于電解槽底部，當(dāng)注入液體鋁水后造成爐底溫度的降低，使其難于熔化造成凝固，長(zhǎng)時(shí)間便在電解槽底部結(jié)成堅(jiān)硬的塊狀物體，即影響了電解槽的正常生產(chǎn)，增加了電能消耗，又影響了陰極和槽內(nèi)襯的壽命。此外，在新啟動(dòng)的電解槽上散熱損失過(guò)大，槽內(nèi)襯在啟動(dòng)后相當(dāng)一段時(shí)間還會(huì)吸收大量的熱能，若啟動(dòng)時(shí)電解質(zhì)溫度過(guò)低，很容易出現(xiàn)電解質(zhì)急速下降，并在電解槽底部產(chǎn)生沉淀，造成電解槽爐底畸形。

　　縱觀整個(gè)焙燒預(yù)熱啟動(dòng)過(guò)程，只要電解槽筑爐，扎固質(zhì)量合格，內(nèi)襯材料質(zhì)量符合要求，在焙燒啟動(dòng)中嚴(yán)格按規(guī)程操作，其電解槽壽命將會(huì)達(dá)到或超過(guò)設(shè)計(jì)值，電解槽的啟動(dòng)投產(chǎn)將會(huì)順利地轉(zhuǎn)入到正常的生產(chǎn)中，并取得最佳技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。