预焙槽焙烧温度控制及启动

邵晨恩周嗣洋

青海桥头铝电股份有限公司青海西宁810100

摘要：电解槽的预热焙烧与启动是电解槽生产中的两个重要阶段，新槽和大修槽都必须经过焙烧、启动和启动前、启动后期过渡，才能转入正常生产。预焙槽的预热（焙烧温度控制）、启动和启动后期虽然时间很短，但对于槽寿命、阴极电压降和早期的生产指标有很大关系，应给予极大的重视。本文通过对预焙铝电解槽焦粒焙烧温度控制和启动后期管理进行分析，并提出了一些思考和建议。

关键词：预焙槽焙烧温度控制

一．焙烧目的和方法简介

对于预焙槽而言，焙烧又称为预热，就是利用置于铝电解槽阴、阳两极间的发热物质产生热量，使电解槽阳极、阴极（含内衬）的温度升高。

1.预焙槽焙烧的主要目的是预热阴极阴极炭块间边缝和槽周边的扎糊进行烧结焦化，形成密实的炭素槽膛。烘干电解槽内衬通过一定时间的缓慢加热排除槽体内耐火材料、保温材料等砌体的水分，提高槽膛温度，使阴、阳极温度接近或达到电解槽正常生产温度。

2.预焙槽焙烧的方法

预焙槽预热焙烧的方法主要有铝液焙烧法、焦粒焙烧法、石墨粉焙烧法和气体焙烧法。目前绝大多数大型预焙槽采用焦粒焙烧法，焦粒焙烧法对输入功率难于控制，需要加强焙烧过程中的温度控制。

二．焙烧温度评价指标及升温速度的控制

1.焙烧升温速度

槽内衬平均温度控制约在300℃范围以下，这段时间控制温度的主要目的是排除槽内衬材料中的水分，同时缓解焙烧启动初期阴极碳块、扎糊、阴极钢棒、槽壳之间的热膨胀变形速度，尤其是在200℃温度以下，阴极钢棒的可朔性很小，而热膨胀系数大约是阴极碳块的3～4倍，如果升温过快，将会造成阴极碳块的早期裂纹。因此，在这段时间内升温速度一般应控制在每小时5℃-10℃左右为宜。在中温焙烧阶段温度控制约在300℃～600℃范围之间，这一阶段的目的是排除内衬材料中的挥发份和结晶水，使周围糊、填缝糊与阴极炭块烧结成一个整体，是整个焙烧的关键阶段。综合考虑，此阶段升温速度可达到每小时10～20℃。

高温焦化阶段温度在600℃以上，此阶段的主要目的是高温烧结侧部内衬，使阴极炭块与扎固糊料充分烧结和焦化为一个整体。扎固糊料处于焦化状态，从自由膨胀变形转化为收缩变形，而阴极炭块仍有微量膨胀变形，槽周边扎固糊将产生一定的收缩裂纹。因此，升温速度要综合考虑整个焙烧时间，可适当加快升温，但也不宜超过20℃/h。

总之，预焙槽整个焙烧过程升温速度应均匀平缓，平均升温速度应尽量控制在20℃/h以内，最大升温速度不应超过50℃/h；在焙烧温度300-600℃范围内，升温速度应控制在10℃/h或更小，升温速度过高过快时会严重影响焙烧质量。2.焙烧温度分布焦粒焙烧过程中阴极表面温度无法直接调整，只能通过阴极、阳极电流分布和焦粒配比等措施控制，再加上预焙槽阴极面积较大等客观原因，焙烧温度分布不均应的现象比较突出。当阴极表面温度偏差较大时，说明局部升温不同步，会产生热应力差，可能造成内衬破损，因此，阴极表面的温度分布因尽可能均匀，其相对标准偏差小于10％为宜，最大温差不宜超过300℃，同时，应尽可能降低区域性的过冷或过热程度。

3.最终焙烧温度

最终焙烧温度关系到能否顺利启动，炉膛温度平均应达到800℃以上使可以启动，理想的状况是预焙槽的最终焙烧温度尽可能接近于启动时灌入到预焙槽中的电解质熔体温度（950℃-970℃），避免灌电解质时产生过大的热冲击。

4.焙烧效果的判断

观察阴极表面状况焙烧结束时，阴极表面温度达800℃-900℃。若纵向中缝处呈现浅红色，则表示焙烧效果很好，预焙槽并未过热。

观察阴极炭块间填充缝情况阴极炭块之间的底糊填充缝，在焙烧结束时不应冒出来，且未产生大的裂缝，也预示着焙烧效果较好。

三．预焙槽启动后期的管理

后期管理的目的是将启动后的预焙槽由高温度、高电压、高电解质水平、高分子比、铝水平、效应系数等技术条件逐渐调整至正常的控制范围，并沿预焙槽四周逐渐形成固态结壳，建立起规整、稳定的槽膛内型，后期管理中要重点把握以下几点：

1.电压管理

预焙槽启动后的第一个月，由于炉膛还没有形成，边部炉帮还很薄，散热量很大，另外此期间阴极内衬仍处于吸热阶段，也需要大量的热量，因此还需要保持较高的电压。一般第一个月槽电压从4.1-4.2V逐渐下降到4.0V以下，尤其在启动15天内电压应慎重下降。启动后第二个月，炉膛已逐渐形成，并朝着完善和规整的阶段发展，槽周散热量大大减少，同时电解质分子比逐渐降低，使电解质初晶温度有所下降，预焙槽热需求逐渐减小，相应的热输入也降低，所以电压要缓慢降低，由4.0V缓慢降到3.7-4.0V。

2.电解质成分控制

对于新启动槽，电解质组成主要指分子比，其他添加剂有在启动后一次投入够量的，也有在正常期后逐渐添加的。为了有利于形成稳固的槽膛内形并满足内衬吸收含钠氟化盐（NaF），新启动槽的分子比要求较高，一般在第一个月保持在2.6-3.0。随着运行时间的延长，阴极内衬吸收钠盐逐渐变缓，炉膛也逐渐形成和完善，电解质分子比也应逐渐降低。启动后的第二个月下降到2.4～2.5，第三个月降至正常生产期的要求范围

3.电解质水平控制

新槽启动时，电解质高度要求较高，其目的是通过液体电解质储蓄较多热量，使电解槽在启动初期散热较大和内衬大量吸热的情况下，也具有较好的热稳定性和溶解氧化铝的能力，尽量减少沉淀。第一周保持在30-35cm，第二周保持在26-30cm，第三周保持在23-26cm，第四周20-23cm，一个月以后保持18-21cm。4.铝水平控制

新槽启动6小时后开始灌入铝水，考虑到新启动槽炉膛较大，可适当比正常槽的产铝多些，此时铝水平仍然不高，一般在18-20cm。随后由于槽电压逐渐降低，炉帮逐渐形成，炉膛容积逐渐变小，铝水平会增加，因此每次出铝时应适当超出实际产铝量。若铝水高度出现20cm以上情形，则在其后的连续几日内适当增大出铝量，同时放慢电压下降速度，消除槽底沉淀物等。若到第一次出铝时铝水高度不足18cm，必须推迟吸出时间。启动当月铝水高度一般保持在22-23cm左右，启动后第二个月起，铝水高度保持正常值即22-24cm左右。

结束语：一是预焙槽焦粒焙烧升温速度难于控制，阴极表面温度不能均匀分布，容易造成伸腿焙烧不良，需要在预焙槽焙烧时积极探索试验，寻找有效的改进措施和途径；二是焙烧过程中应加强焙烧温度的监控，通过试验和研究，不断优化对升温速度和阴极温度分布的可控性；三是预焙槽的焙烧启动对于生产来说虽然很短暂，但对于电解铝生产非常的重要，因此要以科学理论和技术为依据，制定合理的焙烧启动制度并严格执行。

参考文献

[1]邱竹贤.预焙槽炼铝[M].北京：冶金工业出版社，2008.

[2]田应甫.大型预备铝电解槽生产实践[M].长沙：中南工业大学出版社,2003.

[3]吴鸿张顺虎，等.铝电解工[M].贵阳：贵州科技出版社,2006.

[4]戴小平吴智明.200kA预焙铝电解槽生产技术与实践[M].长沙：中南大学出版社,2006.

[5]冯乃祥.铝电解[M].北京.化学工业出版社,2006.