1 概述

　　現(xiàn)代大型預(yù)焙鋁電解槽的焙燒啟動，國內(nèi)近幾年新建電解鋁廠大多采用鋁液焙燒啟動和焦粒焙燒啟動兩種方法，尤其是焦粒焙燒啟動，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)，它較鋁液焙燒啟動預(yù)熱時間短、溫度梯度不大，可彌補(bǔ)槽內(nèi)襯及材料質(zhì)量問題的缺陷等優(yōu)點，但是，也有它的不足之處，那就是較鋁液焙燒啟動操作復(fù)雜，技術(shù)條件要求高，陰極電流分布不均勻，電解質(zhì)含碳量過高，能耗增加。還有兩種焙燒啟動方法就是石墨粉焙燒啟動技術(shù)方法和氣體焙燒啟動技術(shù)方法。前者價格太高，造成費(fèi)用增加，操作復(fù)雜(此法國內(nèi)僅丹江鋁廠在114.5kA鋁電解槽的啟動中使用過)，后者易氧化碳塊，用于啟動的設(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，尤其是對大型預(yù)焙鋁電解槽的焙燒啟動。但是，無論采用那種技術(shù)方法，幾乎都難以避免使陰極碳塊及內(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，焦粒焙燒啟動方法就具有這種優(yōu)點，在白銀鋁廠應(yīng)用較早，近年來才在國內(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 鋁電解槽焙燒啟動技術(shù)

　　如何延長大型預(yù)焙鋁電解槽的內(nèi)襯壽命，是國內(nèi)鋁業(yè)界研究的重要課題，國內(nèi)當(dāng)前預(yù)焙鋁電解槽內(nèi)襯壽命比國外預(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、筑爐、材料、焙燒啟動、生產(chǎn)管理五個方面，而其中焙燒方法的選擇可以說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，雖然這一過程僅僅幾天，但對鋁電解槽的使用壽命起著決定性的影響。

　　2. 1 幾種焙燒啟動電解槽技術(shù)比較

　　國內(nèi)、外大型預(yù)焙鋁電解槽焙燒啟動廣泛采用的是槽內(nèi)襯預(yù)熱焙燒啟動方法，具體方法有鋁液焙燒啟動、焦粒焙燒啟動、石墨焙燒啟動、氣體焙燒啟動四種技術(shù)方法。

　　90年代末，國內(nèi)預(yù)焙槽焙燒啟動投產(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)點是操作簡單，后期溫度上升均勻，控制方便。近幾年，隨著國內(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。目前國內(nèi)各廠家?guī)缀跞遣捎媒沽１簾A(yù)熱啟動。據(jù)了解貴陽鋁鎂沒計院和貴州鋁廠共同研究開發(fā)出了一種新的焙燒啟動方法，這種方法已在貴鋁230kA槽上應(yīng)用，各項技術(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)正在申報專利。

　　2. 2 預(yù)焙鋁電解槽預(yù)熱焙燒的三個升溫階段的控制

　　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，同時緩解焙燒啟動初期陰極碳塊、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)大約是陰極碳塊的3～4倍，控制好溫度的上升速度，將會避免造成陰極碳塊的早期裂紋，在這段時間中升溫速度一般應(yīng)控制在每小時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，此時陰極鋼棒已由熱膨脹變形轉(zhuǎn)變?yōu)槿鋭幼冃?鋼的屈服點為200℃)，可朔性增大，這段時間的主要任務(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塊的粘結(jié)性能，在這段時間中升溫速度可達(dá)到每小時10～20℃。

　　2. 2．3 高溫焦化階段

　　溫度在600℃左右范圍，這段時間為高溫焙燒側(cè)部內(nèi)襯，其溫度控制的目的是使陰極碳塊與扎固糊料充分粘結(jié)和焦化為一個整休，達(dá)到正常生產(chǎn)的條件，在這段時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，這時陰極碳塊仍保持在膨脹變形之中，因此，槽周邊扎固糊自身將會產(chǎn)生一定的收縮裂紋，所以，要及時控制好升溫速度。

3 鋁液焙燒啟動鋁電解槽的技術(shù)方法

　　采用鋁液作電阻體的叫做鋁液焙燒啟動(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極產(chǎn)生，對于大型預(yù)焙陽極電解槽，陽極通過高溫焙燒后，電阻值很小，如陰極采用半石墨化碳塊，電阻值也很小，所以總發(fā)熱量不太大，這樣，鋁液焙燒啟動電解槽即可一次通入全電流，一次將陽極緊緊固定在陽極母線上，不用增加中間導(dǎo)體。較焦粒焙燒啟動，簡便了操作程序，溫度分布均勻，電解槽不會出現(xiàn)局部過熱現(xiàn)象?？蓽p少陰極碳塊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。

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

　　3. 1 鋁液培燒啟動的技術(shù)特點

　　不使用軟連接，分流器。技術(shù)方法簡便、易操 作、不用增加任何臨時設(shè)施，槽內(nèi)溫度分布均勻，不會出現(xiàn)局部過熱現(xiàn)象，能較好地減少陰極碳塊的裂紋，能完全避免陽極的氧化，投產(chǎn)后的電解質(zhì)純凈、無雜質(zhì)、省工省料。

　　3. 2 鋁液焙燒啟動的技術(shù)缺點

　　a.在灌入高溫鋁液(約800～900℃)的時候，能造成陰極碳塊受到強(qiáng)烈的熱量沖擊，從而影響陰極碳塊及內(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 焦粒焙燒啟動鋁電解槽的技術(shù)方法

　　焦粒焙燒啟動(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、陽極之間產(chǎn)生熱量，預(yù)熱電解槽，同時，陰極和陽極自身的電阻也在產(chǎn)生熱量，在其內(nèi)部預(yù)熱，陽極導(dǎo)桿與陽極母線之間用臨時導(dǎo)電軟連接母線聯(lián)接，以便陽極的全部重量壓在焦粒上，保證陽極與焦粒良好的接觸，在啟動投產(chǎn)之前將陽極導(dǎo)桿緊緊固定在陽極母線上，拆除臨時軟連接母線。

　　據(jù)考察了解和資料信息，目前，國內(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)場的實際情況來定。

　　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，使邊部碳塊和四周扎糊在預(yù)熱過程中受到保護(hù)避免氧化，預(yù)熱開始通入部分電流，逐漸加大電流，一般情況下24小時左右達(dá)到全電流，但是電流的增加速度可依據(jù)槽預(yù)熱速度來定，電流滿負(fù)荷后應(yīng)繼續(xù)預(yù)熱電解槽一定的時間(視槽溫情況而定)，從而使陰極表面溫度達(dá)到900～950℃，方可開始啟動。

　　4. 2 焦粒焙燒方法技術(shù)特點

　　可使陰極碳塊、陽極碳塊從常溫下逐漸升高，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，可使陰極碳塊從內(nèi)部開始烘干，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

　　陰極表面會產(chǎn)生局部溫度過高現(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。啟動投產(chǎn)后電解質(zhì)中含碳量過高，增加了人工撈取碳渣的工作量。

　　5 大型鋁電解槽的啟動生產(chǎn)

　　在鋁電解槽焙燒預(yù)熱達(dá)到900～950℃后，便可開始啟動生產(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)，在啟動生產(chǎn)的方法技術(shù)，目前國內(nèi)通常采用干法和濕法兩種進(jìn)行鋁電解槽的啟動生產(chǎn)

　　5. 1 干法啟動

　　干法啟動通常是新建鋁電解廠所采用的技術(shù)方法，因在啟動生產(chǎn)時無現(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電解槽上采用。

　　干法啟動就是利用陰極、陽極之間產(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)。

干法啟動在開始時由于兩極產(chǎn)生強(qiáng)烈的電弧，將會損傷陰極碳塊和陽極碳塊表面，嚴(yán)重時將會影響電解槽壽命，在抬升陽極時必須加以謹(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

　　濕法效應(yīng)啟動就是向待生產(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作為在產(chǎn)侶，加好陽極保慍料，使鋁電解槽進(jìn)入正常的生產(chǎn)。

　　濕法啟動較干法啟動省電，操作簡單，勞動強(qiáng)度低，安全可靠，不會對陰極碳塊和內(nèi)襯形成損傷，但容易出現(xiàn)化爐膛、化陽極鋼爪現(xiàn)象。

　　5. 3 濕法無效應(yīng)啟動

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

　　6 結(jié)語

　　在大型預(yù)焙鋁電解槽的焙燒啟動工作中，無論采用何種技術(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，這是因為在啟動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，長時間便在電解槽底部結(jié)成堅硬的塊狀物體，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，在新啟動的電解槽上散熱損失過大，槽內(nèi)襯在啟動后相當(dāng)一段時間還會吸收大量的熱能，若啟動時電解質(zhì)溫度過低，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。

　　縱觀整個焙燒預(yù)熱啟動過程，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，在焙燒啟動中嚴(yán)格按規(guī)程操作，其電解槽壽命將會達(dá)到或超過設(shè)計值，電解槽的啟動投產(chǎn)將會順利地轉(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)。