特意采用长炭块。
为控制预热速度,在阳极母线与阴极母线之间设有并联电阻,以调节通入阳极中的电流。此种并联电阻体用钢制作,具有适当的长度和截面积,换言之,它有一定的电阻值。在预热开始时采用0.3I电流,24h后达到满负荷电流。再经过72h后结束预热。总的原则是逐渐提高温度。
槽电压在起始时略高于3v,在通电后槽电压逐渐降低,拆除第一段并联电阻之前,降低到3v以下。拆除第一段电阻后,由于电流增大了0.1I。槽电压上升。每拆除一段电阻后都有这种情况。通电24h后,达到满负荷电流I。继续通电72h后,结束焙烧。最终达到1.3槽日的功率。槽日功率是指正常生产时每槽每日的电流与电压的乘积。槽电阻是槽电压除以槽电流所得之商值。在焙烧终了时要把各个阳极炭块拧紧到阳极母线大梁,然后拆除用来连接阳极导杆的软母线。在预热过程中要严密注意各个阳极炭块组和阴极棒的电流分布,并设法加以调整。
观察阴极的表面状况。阴极表面温度在焙烧终了时达到800~900℃。纵向中缝处呈现浅红色,表示焙烧得很好,并未过热。阴极炭块之间的底糊填充缝,在焙烧终了时不应冒出来,而且不产生大的裂缝。
阴极炭块的温度在焙烧终了时,稍高于900℃。在启动终了时,1000℃。在预热过程中,底糊先软化,黏结剂分解出其中的挥发分,随后焦化,炭结晶出来,故底糊先膨胀后收缩。在预热的全过程中,净的体膨胀率为十0.2%。底糊的膨胀和收缩行为与温度和加热速度有关。阴极炭块下面曲保温料柱焙烧时稍有膨胀,约为0.2%。侧壁SiC膨胀0.3%[8]。
(2)铝液预热 铝液预热法的原理是把铝液灌注入槽内,覆盖在阴极表面上,与阳极接触,通电后构成电流回路,并产生热量。由于铝液本身的电阻很小,大部分热量是由阳极和阴极产生。以预焙槽而言,总的发热量不大,因此铝液预热法适用于本身电阻很大的自焙槽。在铝液预热法的实施中,先往槽膛内灌入铝液,成铝板,然后在其上进行阳极铸型,通电焙烧。我国在这方面有成功的经验。此法的缺点是铝液先进入阴极裂缝中,影响槽寿命。
(3)燃料预热 燃料预热法是在阴极和阳极之间用火焰来加热,此需要燃烧器,同时阳极上面要加保护罩,使高温气体停留在槽内,并防止冷空气串入。加热阴极时,依靠传导、对流和辐射,热量传输到其他部位上。
此法的固有优点是容易控制加热速度,并使阴极表面均匀加热。其缺点是操作比较复杂,为了放入燃烧器不得不在阴极和阳极之间留出较大的空当;其次,燃烧时所用的过量空气会使阴极和阳极表面氧化。当温度低于650℃时,氧化的程度较小;但当温度接近950℃时,氧化相当严重。经过氧化的碳,对钠的亲和力较大,因此体膨胀率大,结果造成破裂,电解质更多地渗透进来。要想防止其氧化是困难的,所以有些工厂宁愿采用较低的预热温度(600℃)[9]。
燃料预热法的优点是可以节省电能,我国首创的槽外焙烧自焙阳极的方法,可说是一种新的燃料焙烧法。
除了上述的3种预热方法之外,还可以用金属电阻体来直接加热电解槽,
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仅这适用于分批预热电解槽,且无论是系列槽,还是大修后槽,都适用;但金属电阻体价格较高,不便成系列应用。
1.5.2 预焙槽的启动
铝电解槽启动是紧接着焙烧之后的一道工序,其任务是在槽内熔化电解质,同时开始铝电解。有两种启动方式:干式启动与常规启动。前者适用于启动新系列中的头几台槽,当时电解厂房内尚无现成的熔融电解质可供使用,只好在本槽内熔化所需的全部电解质;后者则是常规的启动方法,在开始时往槽内倒人从其他槽中取出的熔融电解质,以加速启动过程,并缩短启动时间。
(1)干式启动 干式启动的电解槽采取特殊的预热方法。在安放阳极之前要仔细洗刷干净阴极表面,然后用真空吸尘器清理,表面还要平整,使二者接触良好。在阳极炭块底下铺薄层焦粒,四周堆积冰晶石。用耐火毡垫覆盖在相邻的两排阳极上面,其目的是防止阳极被空气氧化。
在预热时电流经阳极导入阴极。开始通人全电流的1/3。随后按照槽电压与阳极电流分配情况,逐渐增大电流。阳极导杆经软母线与母线梁连接。因此各块阳极分别与阴极炭块直接接触。当阴极温度逐渐升高时,槽电压自然降落,此时要逐渐提升电流。在24h之内达到全电流,以后保持72h。最后把阳极直接拧紧在母线大梁上,稍稍提高阳极,以升高电压。
当阴极温度继续升高时,把少量冰晶石加到阳极底下使它熔化。当槽内熔融电解质达到适当高度时,可引发阳极效应以加速熔化电解质,同时捞出炭渣,最后熄灭阳极效应。也有不引发阳极效应,只是逐步提高电压的。随后的操作方法同常规启动槽。
(2)常规启动 常规启动法适用于随后启动的许多台电解槽。通常在启动之前要仔细检查电解槽的上部结构,其中包括;阳极母线梁的升降装置和行程,拧紧夹具,检测各部位的绝缘性能。此外,还要准备好打壳机和加料车。
启动时所用的液体电解质,它的温度应该尽可能高些,接近1100℃,它的数量取决于电解槽的容量大小,最好多准备些。电解质从邻槽移来。当电解质覆盖在整个阴极表面上时,稍稍提升阳极。此时电压宜低,保持低而稳定的电压可避免或减少阳极碎裂。灌完电解质之后、阳极效应电压宜稳定地保持在20v以下。把边部的固体冰晶石投到阳极前。当灌注液体电解质结束以后,加入少量氧化铝,其加入量一般是按照启动结束后2h发生头一次阳极效应来估计。用青木棒熄灭阳极效应;短木捧插在每块阳极之下,长木棒插在中缝处。临熄灭效应前,要清除浮起来的炭粉和炭粒。电解质深度与槽膛深度一般应为40~50 cm[11]。
启动时所用的电解质组成,按照惯例,含有2%过量NaF。这是在固体电解质和液体电解质的基础上,添加碳酸钠而配成的。但是现代电解槽,改用大约含有5%过量A1F3的电解质启动。当一批电解槽启动完成之后,可在槽内熔化电解质并调整其组成,以供其他新槽启动所需。此种电解质组成有益于延长电
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解槽的使用寿命。或者认为,电解质在启动期中渗人阴极内衬,填充在孔隙中,可保护阴极。用碱性电解质启动的主要优点,还在于免除在前几个星期内发生热平衡的骤然变动,以及提高氧化铝的溶解度。
不宜过早地往新启动槽灌注铝液,建议至少在24h以后才灌入铝液。确切的时间往往由厂房内的出铝时间决定。
对大型电解槽而言,适宜的加铝时间是在启动后32h;对于预热和启动良好的电解槽而言,延迟加铝时间是无害的。避免过早往新槽中灌注铝液的用意在于:让阴极中的细小裂缝先被冰晶石填充满,让内衬中的底糊继续焙烧好并且体积膨胀,而不让铝液先进去。灌人的铝液量视槽容量和金属水平上升速度而定,要同预定的热制度相配合。标准的做法是,灌入量大约占最终的金属量的50%(指正常生产期内所宜保持的金属量)。具体操作时视电解槽的实际状况而定。
1.5.3 预焙槽的启动后期
铝电解槽的启动后期是从启动终了到正常生产之间的一个调整阶段,大约延续1个月。在此期间,电解槽的控制和生产操作要按照预订的计划进行。系列中的所有电解槽,通过技术参数的逐渐调整,最终达到各自的热平衡和电磁平衡。其主要特征是:
(1)在初始时,电解槽槽身的温度低,尚未达到热平衡。所以在后期中电解槽要保持较高的电压和阳极效应系数,以保持较高的温度。随后才逐渐降低电压并减小效应系数,以便趋近于正常的电解温度。同时,加人的氧化铝量逐渐趋于正常。
(2)电解槽的炭阴极强烈吸收氟化钠,因而使电解质酸化。酸度大的电解质不能很好地溶解氧化铝,氧化铝容易沉淀下来。因此需要经常调节电解质的NaF/A1F3物质的量比,使它保持在2.7—2.8。调整时用碳酸钠,然后逐渐降到正常值。据报道,280kA大型预焙槽在启动后的前2个月内,大约需要补给2t以上氟化钠(用碳酸钠)。
(3)在启动后期中要逐渐提高槽内铝液水平。在出铝班上测量铝液水平。如果铝液水平低于预定的目标则不必出铝。随着铝液水平的逐渐提高,在电解槽槽膛内壁上逐渐形成结壳,它是热和电的绝缘体,起着保护作用。
最终的金属高度,取决于电解槽的热场和电磁场的状况。在电磁场平衡得好的电解槽,即使电流负荷达到280kA,铝液水平可降低到10~15cm闭。反之,电磁场平衡较差的电解槽,即使电流较小,也要取较高的铝液水平20cm[9]。
槽内的铝液是一个良好的热缓冲体。在偶尔发生的长时间阳极效应时,它可以防止结壳的熔化,从而避免液体电解质的组成和温度急剧的改变,以及由此而来的生产失常。
(4)启动后的前4个班内,电压可以较快地降低到5V。每次熄灭阳极效应后要扒捞炭渣,然后调整电压。
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经过初始阶段电压快速降低之后,逐日调节电压,这是根据槽电阻的预订目标用计算机进行自动调节。在两星期以内达到最终的电压目标。在整系列电解槽启动时,宜首先把所有电解槽调整到适当的电压目标值,等到阴极电压降稳定之后,再做精确的调节,这需要较长的时间。
(5)在启动后的前4个班内,每个班应发生l~2次阳极效应。控制点式下料器的下料量,实现长期的“供料不足”而避免“供料过量”,以达到一定的阳极效应频率。在阳极效应的熄灭程序中,要求下料迅速,但要避免阳极做上下移动。用青木棒插在每块阳极的底下,让焦粒和焦粉浮起来并在边部汇集,在那里扒出。添加冰晶石,有助于在电解液表面上生成结壳[12]。
当电解质完全清除掉炭渣之后,就可以用计算机操纵的自动供给氧化铝的程序。在此种程序中,“供料不足”和“供料过量”周期轮换执行,用来控制氧化铝浓度。
经验表明,为配合新启动电解槽的需要,下料量是容易调节的。由于自动添加氧化铝的程序具有充分的弹性,足以防止电解槽内的氧化铝浓度不致过多。在启动后的第一周末可达到系列所规定的下料速度。
(6)启动后,槽上的阳极宜尽早按照常规的程序逐渐更换。只要槽电压和温度适宜.经3~5天使可陆续更换。换下来的阳极多数仍然可用于生产作业。
系列中的其他电解槽在结束预热之后,要把槽内的阳极取出来,换上早先启动时换下的阳极进行启动。现代的中部下料电解槽,为使阳极间的中缝得到充分的焙烧,焙烧时必须用长阳极覆盖到中缝附近。但是此种长阳极会妨害中部下料,所以必须在焙烧结束之后换上常规的阳极,以保持原设计所规定的中缝宽度。
所以,预热时采用长阳极是一种权宜之计。在预热、启动和启动后期中的能量消耗,与常规生产时的能量消耗相比,显然要多些。
1.5.4 病槽及病槽治理
铝电解槽在生产过程中,由于外界的影响和自身的原因,使正常生产的技术参数和热平衡遇到破坏,便产生病槽,病槽使电流效率和铝的质量下降、电能和原材料消耗增加、电解槽寿命缩短、工人劳动强度增加,严重时可能导致生产事故,因此在日常生产中,必须精心操作,注意各项技术参数的变化,认真观察电解槽的运行状况,发现不正常情况要及时调整和消除,维护好电解槽的热平衡,尽可能避免病槽的产生,一旦病槽产生,就要用最有效、最快捷手段,将其恢复正常生产。
预焙槽常见的病槽大致有:炉底沉淀结壳槽、冷槽、热槽、高硅槽四种。 (1)结壳槽处理 处理程序为:
(1)将槽温压在950~965℃ 间;
(2)将电解质补到正常值,并维持住;
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(3)逐步加大出铝量,将铝水平降至18~18.5cm左右;
(4)提高槽电压0.01~0.02V,以防止针振,同时延长氧化铝下料间隔5~10s,减少下料量,此时槽温会有一定幅度的上扬;
(5)待槽温微微上扬时,缩短氟化盐下料间隔,中和因槽温上扬使部分槽帮、面壳化开及槽底结壳而上升电解质含碱量,使分子比维持不变或变动量少。这样的做法可以使整体槽温不明显上升,槽波动幅度小,炉底结壳清理完毕。控制得好可以达到槽温基本不变,槽帮也不化开,结壳却己消失的效果。
(2)冷槽处理
电解槽分子比低于2.28,且继续在不断下降,此时槽温低于945℃,采用单纯提电压己无济于事,电压高达4.22V以上,十几天都无法提高分子比与槽温。如果采用停料等效应提温的办法,炉帮会大量熔化,此后新的稳定热平衡在短时间内难以形成:采用添加纯碱提升分子比的方法,成本高,而且纯碱含结晶水,高分子比结壳直接添加在出铝口,有一定危险性,出铝口也易生成难以熔化的物质。
可以采用下述处理程序
(1)若该槽电解质水平不足,将液体电解质补到槽中,尽量补到19cm以上 (2)加大出铝量,将铝水平降至17.5~18.0cm左右:
(3) 将槽电压提到4.20-4.23V间,采用长NB下料设置,或长定时下料110-120S,拉住运行电压,脱离槽控系统控制,以防它误判,采用RC调整及走过量下料。这样槽实际运行电压可能在4.25~4.30V间,维持这种情况14-18h,槽温就已提起,待槽温提到955℃时,再恢复联机控制。
(3)热槽处理
热槽一般是指槽温975℃以上的电解槽。有两种形式:一种为分子比大约在2.40~2.50左右,氧化铝浓度也高在4.0~6.0%;另一种分子比低在2.35以下,氧化铝浓度高在5.0~7.0% ,还伴有大量沉淀的出现。两种形式的热槽处理原则均是以降槽温与降氧化铝浓度并进为中心,因此偏向采用定时下料或高NB逐渐向低NB过渡。
第一种形式是由于工艺参数调控不当,槽走热行程,熔化部分槽帮及面壳所致,因此氧化铝浓度也偏高;第一种形式的高温槽较易处理,恢复正常时间短,采取如下处理程序:
①减少出铝量,让铝水平在19~20cm间;
②采用槽外添加氟盐的方法,降分子比,每天槽外添加不要超过100kg; ③ 同时脱离槽况系统控制,采用定时下料120-130S或完全停料,直到氧化铝浓度恢复到3.5%以下,再回到联机;(不脱离,直接拉长NB也可)
④ 槽电压可实行小幅先降电压,但一般最低不低于4.13V,待槽温开始下降时,在965℃左右,反提槽电压0.01~0.02V;
⑤ 降温不可太快,注意降到965℃时,开始减少氟盐添加量,970℃以上时可用10℃/天的速度降温,965℃以下时开始用3℃/天的速度控制降温。
第二种形式的热槽是因为发生下料器大漏料,导致槽底大量积料,或电压
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