張保元

(中國鋁業(yè)股份有限公司連城分公司，甘肅 永登 730335)

0 引 言

近年來，隨著我國電解鋁技術(shù)的迅猛發(fā)展，500 kA大型預(yù)焙電解槽以其高產(chǎn)、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點逐漸成為我國電解鋁生產(chǎn)的主力槽型。500 kA預(yù)焙電解槽由于熱容量大、電流密度高，電磁場對電解槽內(nèi)鋁液、電解質(zhì)的流動會產(chǎn)生更劇烈的影響，電解槽的物理場更加復(fù)雜，這些因素不但會影響電解槽經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)，而且還會影響電解槽運行壽命。而規(guī)整的爐膛可以推動了鋁液鏡面的收縮，降低鋁液波動，減少側(cè)部水平電流的走向，降低電流空耗，同時有效保護電解槽內(nèi)襯，延長槽壽命。因此建立1個規(guī)整的爐膛就尤為重要，電解槽爐膛管理就成為電解槽管理的重要內(nèi)容。

1 電解槽爐膛管理的意義

電解槽爐膛管理就是通過相關(guān)工藝技術(shù)條件的控制和操作質(zhì)量的管理，使電解槽在啟動、運行過程中形成規(guī)整的爐膛。規(guī)整的爐膛對鋁電解生產(chǎn)有主要的作用：①調(diào)節(jié)電解槽溫度，能起到電解槽的保溫，降低電解槽的熱損，減少能量的輸出，從而降低電壓，能減少側(cè)部水平電流的走向，降低電流空耗；②保護側(cè)部炭塊不受熔融的電解質(zhì)侵蝕，減緩其被氧化和侵蝕的速度，延長電解槽壽命；③阻止電流從側(cè)部通過，迫使電流集中垂直流向槽底，并收縮鋁液鏡面增大陰極密度，提高電流效率；④覆蓋陰極炭塊與側(cè)部炭塊之間的扎固縫，杜絕鋁液或電解質(zhì)從扎固縫之間滲入造成電解槽破損。

2 電解槽爐膛管理的內(nèi)容

電解槽爐幫及伸腿是其運行過程中從液體電解質(zhì)析出的高分子冰晶石和α-Al2O3在其側(cè)塊及人造伸腿上結(jié)晶形成的堅固結(jié)殼，電解槽爐幫及伸腿形成與電解槽啟動后非正常期階段，長期存在于電解槽正常運行階段。當(dāng)爐幫處的溫度低于電解質(zhì)初晶溫度時，電解質(zhì)中的高分子冰晶石和α-Al2O3會結(jié)晶形成結(jié)殼，最終建立爐幫。電解質(zhì)初晶溫度由電解質(zhì)成分決定，當(dāng)電解質(zhì)成分確定后，其初晶溫度也就確定了，電解質(zhì)成分中主要包括了AlF3、LiF、KF、MgF2、CaF2及Al2O3等部分，生產(chǎn)中主要通過分子比及氧化鋁成分控制進行管理。電解質(zhì)溫度由電解槽熱平衡決定，主要包括電解槽電壓、效應(yīng)系數(shù)、兩水平、爐底壓降等技術(shù)條件管理。

2.1 槽電壓管理

電壓是控制電解槽熱平衡的主要技術(shù)參數(shù)，槽電壓調(diào)節(jié)的實質(zhì)增減極距，調(diào)整電解質(zhì)壓降。在爐膛建立的啟動后非正常期階段，必須節(jié)奏的降低電解槽電壓，減少電解槽熱收入，促使電解質(zhì)中的高分子冰晶石和α-Al2O3在電解槽側(cè)部析出形成堅固的結(jié)殼，見表1。

表1 啟動后非正常期電壓保持情況Tab.1 Maintenance of abnormal voltage after startup

電解槽進入正常期后，電壓管理以穩(wěn)定為管理原則，控制在能滿足電解槽正常工作即可。在電流、分子比等其他關(guān)鍵技術(shù)條件未發(fā)生變化時，頻繁或大幅度調(diào)整槽電壓會增加電解槽熱收入，破碎能量平衡，引起爐幫及伸腿的增減。

2.2 兩水平管理

電解質(zhì)水平高，電解槽熱容量大可以為電解槽形成規(guī)整爐膛提供有利的技術(shù)環(huán)境。電解槽啟動后非正常期階段，可保持高電解質(zhì)、低鋁水平參數(shù)搭配。但需注意鋁水平不易過低，鋁水平過低會造成電解槽底部發(fā)熱，造成形成的伸腿短小，且容易引起陰極、人造伸腿早期裂紋、破損，縮短電解槽壽命。

電解槽進入正常期后，過高或過低的“兩水平”都會影響已電解槽已形成的的規(guī)整爐膛。在電解槽運行過程中，電解質(zhì)既要溶解溶解足夠的氧化鋁，又要傳導(dǎo)電解過程中產(chǎn)生的熱量，電解質(zhì)一般保持19～21 cm。適當(dāng)高度的鋁液層可以使電解槽底部及鋁液區(qū)溫度分布保持均勻。降低爐底溫度變化，防止陰極塊早期破損。同時削弱水平電流，減少鋁液波動，鋁水平一般保持在24～26 cm，見表2。

表2 啟動后非正常期兩水平保持情況Tab.2 Maintenance of two levels during abnormal period after startup

2.3 陽極效應(yīng)管理

效應(yīng)系數(shù)太高，不僅會熔化爐幫且增加電耗，對電解生產(chǎn)不利。陽極效應(yīng)發(fā)生時，槽電壓升高至20～30 V，電解質(zhì)溫度隨之升高，如果陽極效應(yīng)持續(xù)5～10 min，電解質(zhì)溫度過高，會全部熔化10 cm厚的爐幫，毀掉已建立的爐膛。電解槽啟動應(yīng)采用無效應(yīng)啟動法，啟動后非正常期通過下料間隔的控制，較少甚至杜絕效應(yīng)發(fā)生，見表3。

表3 啟動后非正常期下料控制保持情況Tab.3 Maintenance of discharge control during abnormal period after startup

電解槽進入正常期后，加強現(xiàn)場檢查和運行曲線分析，正確判斷電解槽運行趨勢，設(shè)置合理的下料間隔，加強下料系統(tǒng)巡視，杜絕電解槽堵料、缺料現(xiàn)象發(fā)生，控制效應(yīng)系數(shù)低于0.05次/槽日。

2.4 電解質(zhì)成分管理

電解質(zhì)初晶溫度由電解質(zhì)成本決定，電解質(zhì)成分中一般主要包括了AlF3、LiF、KF、MgF2、CaF2及Al2O3等部分，生產(chǎn)中主要通過分子比及氧化鋁成分控制進行管理。啟動后非正常期階段需要保持較高的分子比，在高分子比電解質(zhì)體系下，析出的高分子冰晶石和α-Al2O3固體結(jié)殼形成的爐幫堅固持久不易熔化；而在低分子比電解質(zhì)體系下形成的爐幫在電解槽溫度波動時容易被破壞，見表4。因此，分子比的控制是對規(guī)程爐膛的形成保持至關(guān)重要。

表4 啟動后分子比保持情況Tab.4 Molecular ratio after startup

2.5 作業(yè)質(zhì)量管理

鋁電解生產(chǎn)過程中，主要作業(yè)就是換極和出鋁作業(yè)，為了防止?fàn)t膛被人為破壞和大量氧化鋁進入電解槽內(nèi)形成爐底沉淀甚至結(jié)殼，換極作業(yè)必須嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，提高換極作業(yè)質(zhì)量，高質(zhì)量的換極作業(yè)需要具備以下幾點：換極時間短、裝極精度高、入槽物料少、熱量補償及時合理、封極料粒度均勻。因此對換極作業(yè)做出如下要求：

(1)換極作業(yè)前充分做好準(zhǔn)備工作，換極陽極時間控制在20 min之內(nèi)；

(2)采用提前及分階梯式的電壓補償制度，見表5，換極作業(yè)前30 min即開始電壓補償；

表5 分階梯式的電壓補償Tab.5 Stepwise voltage compensation

(3)實行“三步扒料法”，天車打殼開縫前，用扒料鐵鍬把所換殘極上的浮料扒到鄰極或電解槽邊部上；天車打殼開縫時，用三齒耙把大塊扒至電解槽邊部；殘極出槽時再扒一次料，防止物料過多地進入電解槽內(nèi)；

(4)天車打殼開縫時必須通透、連續(xù)；

(5)使用陽極測高裝置，確保裝極精度；

(6)新極裝好后，立即覆蓋保溫料，上料時先將槽內(nèi)扒出的熱塊打碎，墊至邊部大面及新極側(cè)面，再添加破碎料，嚴(yán)格控制保溫厚度并保證上部平整。

2.6 電解槽爐面管理

大面整形時，加強對大面老殼、電解槽小槽殼的清理，強化電解槽邊部散熱，促進側(cè)部爐幫生成；另外還要加強殼面料厚度及均勻性的控制，使電解槽陽極上面的保溫?zé)崃刻幱诰鉅顟B(tài)。

3 結(jié) 語

500 kA預(yù)焙電解槽由于熱容量大、電流密度高，電磁場影響力強大，規(guī)整的爐膛對500 kA預(yù)焙電解槽平穩(wěn)運行尤為重要。實際生產(chǎn)運行中，通過各技術(shù)條件的管理，針對的進行電解槽爐膛管理，有助于電解槽形成規(guī)整的爐膛，增強電解槽運行的穩(wěn)定性，提高各項經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)。