吳德廣

摘 要：對(duì)于鋁電解生產(chǎn)，預(yù)培陽(yáng)極塊的更換存在潮濕和熱震問(wèn)題，文章設(shè)計(jì)了預(yù)培陽(yáng)極塊兩級(jí)預(yù)熱系統(tǒng)。一級(jí)預(yù)熱采用了高溫?zé)煔?，解決水汽問(wèn)題，并使得新陽(yáng)極溫度有一定的升高；二級(jí)預(yù)熱使用殘極、碳渣和結(jié)塊的余熱，使新的陽(yáng)極溫度再次升高，理想情況可達(dá)到200 ℃左右，從而有效減小熱震問(wèn)題，縮短新極全電流時(shí)間。

關(guān)鍵詞：鋁電解；預(yù)培陽(yáng)極；預(yù)熱；熱震

21世紀(jì)以來(lái)，節(jié)能減排是國(guó)家經(jīng)濟(jì)工作的重點(diǎn)，有色金屬工業(yè)被列入6大節(jié)能行業(yè)之一，鋁電解節(jié)能降耗是當(dāng)務(wù)之急。目前，全國(guó)電解鋁耗電量約占電力消費(fèi)總量的6%，鋁電解行業(yè)成為國(guó)家宏觀調(diào)控的主要行業(yè)。因此，鋁工業(yè)必須實(shí)施高效節(jié)能，深度節(jié)能技術(shù)的開(kāi)發(fā)是必然選擇。

1 存在的問(wèn)題

預(yù)培陽(yáng)極塊在目前鋁工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用，由于電化學(xué)反應(yīng)不斷消耗預(yù)培陽(yáng)極塊，因此必須定期更換。而陽(yáng)極更換時(shí)會(huì)有兩個(gè)問(wèn)題：首先是水汽潮濕問(wèn)題。陽(yáng)極塊從預(yù)培好到上槽，需要存放一段時(shí)間，這樣預(yù)培陽(yáng)極塊的表面可能潮濕或者含有一定量的水蒸氣，這種現(xiàn)象在陰冷天氣或者北方冬天尤其明顯，如果不做任何處理，直接更換陽(yáng)極，那么在電解槽中會(huì)出現(xiàn)電解液亂濺和沸騰劇烈現(xiàn)象，并持續(xù)80～100 min，從而影響更換陽(yáng)極的操作質(zhì)量；也會(huì)使電壓升高，針振幅度變大，電解槽的穩(wěn)定運(yùn)行從而受到影響；另外水分子在電解質(zhì)中會(huì)產(chǎn)生氟化氫氣體，這種氣體會(huì)損害環(huán)境，甚至引起爆炸，造成人身傷害事故。

其次是熱震問(wèn)題。更換陽(yáng)極之前，預(yù)培陽(yáng)極塊的溫度是環(huán)境溫度，電解槽中的電解液溫度約為950 ℃；當(dāng)預(yù)培陽(yáng)極直接放入電解槽中時(shí)，預(yù)培陽(yáng)極塊會(huì)有較高的熱量輸入，在這一個(gè)高溫下，陽(yáng)極熱膨脹的作用開(kāi)始產(chǎn)生熱應(yīng)力，并且溫差較大，熱應(yīng)力越大，熱陽(yáng)極的熱沖擊效應(yīng)越大。預(yù)培陽(yáng)極塊這時(shí)候就會(huì)裂開(kāi)、斷開(kāi)和掉落，從而影響電解槽的正常運(yùn)行，電流效率變低，陽(yáng)極的消耗增加。

另一方面，在鋁電解生產(chǎn)過(guò)程中，煙氣管道排出煙氣的溫度在100～150 ℃之間，很少有企業(yè)回收煙氣的熱能，而是在氣體凈化系統(tǒng)中用水先冷卻再處理，這樣浪費(fèi)了許多的能量；另外，從電解槽換下的陽(yáng)極殘極，與打撈的氧化鋁結(jié)塊和碳渣溫度都很高，接近950 ℃，也沒(méi)有去利用這些熱能，大部分都裸露在空氣中自然冷卻，這樣既浪費(fèi)了大量能量，也對(duì)周圍產(chǎn)生強(qiáng)烈輻射，影響工作環(huán)境。

2 解決方案

為了避免上述的兩個(gè)問(wèn)題，并利用生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的余熱，本設(shè)計(jì)除去預(yù)培陽(yáng)極塊表面的水汽，減小新陽(yáng)極和電解槽的溫差，設(shè)計(jì)了一種鋁電解碳陽(yáng)極塊兩級(jí)預(yù)熱系統(tǒng)，系統(tǒng)的流程如圖1所示。一級(jí)預(yù)熱是在特制的預(yù)熱房中進(jìn)行，使用來(lái)自電解槽的高溫?zé)煔饧訜?，新的?yáng)極塊水氣被去除，并會(huì)使新陽(yáng)極溫度得到一定的升高，可達(dá)80～100℃；第二級(jí)預(yù)熱是在特制的搬運(yùn)小車中進(jìn)行，使用高溫殘極、碳渣和氧化鋁結(jié)塊加熱，新陽(yáng)極的溫度會(huì)進(jìn)一步升高，理想情況可達(dá)到200℃左右，從而減小熱震。二級(jí)預(yù)熱系統(tǒng)流程如圖1所示。

預(yù)熱房是一個(gè)狹長(zhǎng)而可密閉的空間，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。外層由普通黏土磚堆砌，內(nèi)層鋪設(shè)耐火磚，中間放置耐火隔熱材料，如石棉板，房頂里層鋪設(shè)防火保溫材料，外層用混凝土澆灌；預(yù)熱房的進(jìn)口設(shè)置門(mén)，門(mén)的設(shè)計(jì)參考焙燒爐的爐門(mén)，提高其密封和保溫性能；從電解槽過(guò)來(lái)的煙氣管通過(guò)氣閥，延伸到預(yù)熱房?jī)?nèi)，房?jī)?nèi)的煙氣管被均勻引出6～8個(gè)出氣孔，從而確保密閉空間內(nèi)的溫度能夠均勻分布；預(yù)熱房的另一端鋪設(shè)排氣的煙氣管，排氣煙管可通過(guò)氣閥控制流入煙氣凈化車間的流量，其煙氣管的進(jìn)氣端鋪設(shè)一個(gè)分支，在第一級(jí)預(yù)熱結(jié)束之后，通過(guò)氣閥，方便煙氣直接流向凈化車間。

第二級(jí)預(yù)熱是在搬運(yùn)小車中進(jìn)行，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。底部為4個(gè)載重的萬(wàn)向輪，上方是一個(gè)箱體結(jié)構(gòu)。箱體的側(cè)面和底部都是鋼板，通過(guò)焊接為一個(gè)整體，然后鋪設(shè)耐火保溫材料，比如陶瓷纖維，最后箱體底部再鋪設(shè)鋼板，鋼板上焊接兩塊工字鋼，并且一高一低，分布用來(lái)放置新陽(yáng)極和殘極，箱體的外殼蓋可反轉(zhuǎn)，左右兩側(cè)開(kāi)放，由耐火隔熱材料構(gòu)成，中間的縫隙在預(yù)熱時(shí)用耐火纖維封堵，起到隔熱保溫的效果。

具體操作步驟如下：

首先，將預(yù)培陽(yáng)極塊放置在高工字鋼上，搬運(yùn)小車6～8輛為一組，打開(kāi)上蓋并推送到預(yù)熱房中，關(guān)閉預(yù)熱房的爐門(mén)，打開(kāi)煙道管的進(jìn)氣閥，使預(yù)培陽(yáng)極在預(yù)熱房中進(jìn)行第一級(jí)預(yù)熱。12 h后，將徹底干燥新陽(yáng)極的水蒸氣，理想的情況下可使其加熱至100℃左右。

其次，第一級(jí)預(yù)熱器完成后，關(guān)閉預(yù)熱房的進(jìn)氣閥，取出搬運(yùn)小車，推放到正在更換陽(yáng)極的電解槽旁，將剛出槽的高溫殘留、碳渣和結(jié)塊，堆放在車內(nèi)的相應(yīng)位置上，具體如圖4所示。接著關(guān)上蓋并用防火纖維封堵間隙，使預(yù)培陽(yáng)極在特制的小車中完成第二次預(yù)熱。6 h后，理想的情況下可使新的陽(yáng)極塊被加熱到約200℃。

最后，根據(jù)鋁電解更換陽(yáng)極的周期要求，將搬運(yùn)小車推至電解槽旁，取出經(jīng)過(guò)預(yù)熱好的新陽(yáng)極塊，遵照換極操作更換陽(yáng)極，回收搬運(yùn)小車內(nèi)的殘極、碳渣和結(jié)塊。

該系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

首先，預(yù)熱過(guò)程分成兩級(jí)，第一級(jí)很好地去除水氣，使得第二級(jí)的預(yù)熱中不再有水氣。

其次，增加新的熱源而不消耗新的能源。傳統(tǒng)的裝置和設(shè)備只利用單一的熱源，要么高溫?zé)煔?，要么高溫殘極，而本系統(tǒng)充分利用了電解槽的高溫?zé)煔?、殘極、碳渣和結(jié)塊的熱量。

最后，預(yù)熱的裝置被進(jìn)一步改善?，F(xiàn)有裝置沒(méi)有密閉加熱，本系統(tǒng)的預(yù)熱房和搬運(yùn)小車基本做到密閉加熱。

3 結(jié)語(yǔ)

總之，本系統(tǒng)將高溫?zé)煔狻垬O、碳渣和結(jié)塊用作預(yù)熱的加熱源，沒(méi)有增加新的能源，而使陽(yáng)極預(yù)熱的溫度得到了進(jìn)一步的提高，解決了水氣問(wèn)題，減小了熱震，縮短了新極的全電流時(shí)間，使生產(chǎn)效率得到提高，并且經(jīng)濟(jì)便攜，易于工業(yè)化。

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