焙烧启动电解槽技术

几种电解槽焙烧启动工艺的节能分析
焙烧启动在电解铝生产过程中占据着重要角色，对电解铝纯生产而言只是一个“无用功”，不仅要消耗大量能源，而且对环境又造成污染，对企业生产又不能产生直接经济效益，但它是电解生产的前奏，必不可少，特别关键。

长期以来大家一直在探讨焙烧启动的方法和效果，对焙烧启动期间的能源消耗和成本控制很少谈起。

一、铝电解槽的焙烧启动
１、就当前的铝电解工业而言，电解槽的正常生产流程分为焙烧、启动和正常生产三个过程。

铝电解槽的焙烧即把电解槽由室温状态加热到正常生产状态（９４５－９５５℃）的过程，是电解槽正常生产的前提，也是电解槽实现高效产铝过程的关键时期，对于电解槽的后期管理显得尤为重要。

铝电解槽的焙烧目的有：
１）焙烧阴极和侧部炭块。

通过焙烧阴极炭块和侧部炭块之间的扎固糊进行焦化，使阴极炭块和侧部炭块成为一个整体；
２）排除内衬中含有的水分。

因为水分在高温内衬中极易形成气体，如不及时排出，则会在启动期或生产期使内衬产生膨胀，造成内衬漏洞；
３）均匀升高内衬温度。

在焙烧过程中使内衬按不同层次、一定梯度均匀升温，以满足正常生产之需要；
４）提高阳极和阴极的温度,以利用下一步的顺利启动。

目前国内外通常使用的焙烧方法有：铝液焙烧、焦粒焙烧和燃料焙烧等。

铝液焙烧是电解槽内灌入高温铝液，再通以直流电，利用铝液和阴、阳极炭块在通以直流电的状态下产生的焦耳热来焙烧电解槽；焦粒焙烧是在电解槽的阴极炭块上预先铺设一层焦粒，再坐上阳极，通以直流电，靠焦粒电阻本身产生的焦耳热来焙烧电解槽；燃烧焙烧，是利用燃料系统和温度控制系统的配合，按事先设置好的温度曲线要求，通过燃烧油类或天然气等来加热焙烧电解槽。

２、铝电解槽的启动
铝电解槽的焙烧结束就是铝电解槽启动的开始，两者完全是一个“无缝”的衔接过程，一般经过２４－４８小时的启动,将步入启动后期管理过程，预示着电解槽缓慢进入正常生产过程。

铝电解槽的启动是指使电解槽槽内拥有足量多的液体电解质，以适应电解槽正常生产的需要，目前的启动工艺主要分为干法效应启动、湿法效应启动和湿法无效应启动三种。

干法效应启动，即利用升高槽电压使电解槽发生阳极效应，靠阳极效应产生的热量来熔化冰晶石等物料，使槽内电解质达到一定水平，来满足电解槽正常生产的要求。

湿法效应启动，是将其它槽内液体电解质注入待启动的电解槽内，使槽内电解质达到一定水平，此时再利用升高槽电压使槽子发生阳极效应，来逐步熔化槽内物料，使槽子电解质水平达到正常生产的要求。

湿法无效应启动，也是将其它槽内液体电解质注入待启动的电解槽内，只是要求有足够多的量，再将槽电压保持稍高于正常生产槽电压，适当保持一段时间来熔化槽内物料，使电解槽逐步进入正常生产。

二、焙烧启动工艺的节能分析
１、焙烧工艺节能分析
具体要分析哪种焙烧工作节能效果更好，其一，这种工艺首先能达到满意的电解槽焙烧效果，完全满足电解槽的启动要求；第二，焙烧时间最短，可以保证
电解槽在最短的时间内具备启动条件，开始正常生产，提高电解槽的年生产昼夜数；第三，焙烧过程中的能量利用率最高，即热损失率低；第三，焙烧过程中的能量利用率最高，即热损失率低；第四，此工艺简单，易操作；最后，这种工艺对周围环境的“综合”污染指数最小。

１）焙烧效果分析
对于大型和特大型电解槽而言，由于阴极表面积很大，如果用铝液焙烧，待注入铝液时，铝液在来不及完全充满阴极表面时就会部分凝固，很难使铝液以液体形式在短时间内均匀的平铺于阴极表面。

另外，高温铝液对阴极炭块表现的热冲击很大，极易造成阴极在焙烧过程中出现致命损伤，使阴极表面生产缺陷和细小裂纹和裂缝，此时的液体铝液便会直接进入阴极裂缝，给电解槽的正常生产留下隐患等。

而在焦粒焙烧中，用焦粒充当发热体，采用软连接器和分流器技术，可以大大减少焙烧过程中全电流对电解槽的热冲击，而且焦粒也充当填充物，及时进入阴极表现的裂缝内，与阴极形成一个整体，减少启动后期铝液直接进入的可能性，对延长槽寿命有一定的现实意义。

与前两种工艺相比，燃料焙烧由于升温控制的不足，因而整体焙烧效果最好，只是在焙烧过程中造成阴、阳极炭块的氧化比较严重。

２）焙烧时间的分析
焙烧时间，指从焙烧开始达到启动条件所用的时间，很显然时间越短越好。

由于铝本身的电阻较小，在焙烧过程中产生热量较低，因此，铝液焙烧时间较长，一般需要７－８昼夜。

与铝相比，焦粒的电阻大的多，在焙烧过程中产生的热量很高，大大加快了焙烧速度，一般来讲，经过７２小时左右，电解槽就具备启动条件。

燃料焙烧完全是在人为控制下进行，可以改善焙烧过程中阴极炭块和侧部炭块的热分析状况，进而制定科学、合理的升温速度，因而焙烧时间更短。

３）能量利用分析
能量利用是指焙烧过程中产生的能量，用于焙烧阴极炭块和侧部炭块所占用的比例。

从铝液焙烧操作过程来看，先往槽内注入适量铝液，再下降阳极，使电解槽的阴、阳极形成回路，然后在断开短路口，往阳极炭块的间隙及其上表面添加冰晶石起保温作用，由此过程可以发现在添加冰晶石保温料前会造成能量的快速扩散。

而焦粒焙烧是在阴极炭块表面铺好焦粒，将阳极下降到位后，再在阳极炭块上面及阳极炭块间隙中覆盖冰晶石保温料，然后断开短路口，开始通电焙烧，与铝液焙烧相比，能量损失则小的多。

燃料焙烧受其焙烧原理所致，在焙烧过程中，保温措施无法做的很好，期间会造成能量的大量损失，能量利用率不会很高。

４）操作简易分析
铝液焙烧，先注入铝液，再下降阳极，断开短路口，就可进入焙烧过程，显然它的操作最简单、最方便、最容易。

焦粒焙烧必须事先往阴极炭块上铺设一层粒度和厚度均匀的焦粒，再下降阳极坐于焦粒下，阳极导杆与阳极大母线间还得安装软连接器,阳极大母线与进电端立柱线间也得安装分流器等等，在焙烧期间还的时刻关注阳极电流分布是否均匀。

与铝液焙烧相比，焦粒焙烧要复杂的多,操作难度也增加了不少.燃料焙烧的设备就更复杂，它由一套控制系统和燃烧系统组成，主要包括控制热电偶、专用绝热罩、喷油嘴、供油系统、空气管、燃油管和贮油罐或贮气罐等等，在电解车间使用安全性也很差，况且整套设备的造价也不菲，设备的现场安装、拆卸和使用极不方便，需要专业人员完成。

５）环境污染分析
铝液焙烧中，在铝液注入电解槽的瞬间，会对阴极造成高温热冲击，铝与炭会发生化学反应,生成复杂的铝炭化合物，对周围环境造成轻微污染。

焦粒焙烧是由焦粒的常温升温开始，上面又有一层厚厚的保温料覆盖，对周围环境污染很小。

而燃烧焙烧会造成大量的能量扩散到周围环境中，同时阴、阳极的大面氧化，首先大量ＣＯ和ＣＯ2气体，相比而言，对周围环境造成的污染最大。

通过对上述三种焙烧工艺的综合分析、评价和比较，焦粒焙烧的整体节能效果更突出。

２、启动工艺节能分析
在电解槽的启动过程中，要想更好的节能，首先启动时间越短越节能；第二，保持槽电压稳定，避免阳极效应的频繁发生，使槽内电解质温度波动尽可能的小；第三，尽可能多从其它槽抽取液体电解质，减少在高温下过多的熔化冰晶石等物料，这样不但能量利用率低，而且会造成大量氟盐挥发，污染环境。

由上述三点分析，可以得知湿法无效应用启动最节能，因为此工艺在启动过程中不用人为制造阳极效应，所用电解质绝大部分从其他槽抽取，不用熔化，大大减少了粉状物料的挥发，启动时间也较短。

干法效应启动和湿法效应启动都是通过人为制造阳极效应提高槽内温度，达到快速熔化冰晶石等粉状物料，期间，一方面会造成电能大量浪费，另一方面也会造成ＡｌＦ３等物料的大量挥发，增加启动成本。

三、焙烧启动过程的节能措施
在电解槽的焙烧启动过程中，选择最佳的焙烧工艺――“焦粒焙烧＋湿法无效应启动”可以达到节能的目的，但在整个焙烧期间也应该抓好以下节能措施：１）选择最佳的发热体材质――焦粒，要求焦粒的灰分小，焦油含量低，粒度大小比例适中，电阻比较大，在焙烧启动过程中产生的热量多，启动后期产生得炭渣少，且捞取容易。

２）焙烧前在阳极炭块上表面和阳极炭块上加足石保温料，加强保温效果，防止焙烧期间造成热量的不必要散失，提高能量利用率。

３）加强培训，提高工人的操作技能。

保证焙烧前槽底铺设的焦料厚度均匀，以使焙烧过程阳极电流分布更加均匀；在启动过程往槽内加料和提升阳极做到“两及时”，提高能量利用率。

对几种焙烧启动工艺进行综合分析、比较，得出“焦粒焙烧＋湿法无效应启动”是目前最节能的一种焙烧启动工艺。

但这种工艺在实际应用中还存在一些缺点，特别是焙烧过程中，阳极电流分布不均匀，极易引起电解槽局部升温过快，对槽内衬有较强的热冲击。

不过这些缺点和不足只要经过生产技术人员认真攻关，一定会被大大改善的，“焦粒焙烧＋湿法无效应启动”终究会成为一种最节能、最适用的焙烧启动工艺。

摘自《中国有色工程》２００８年第三期
（党建平宁建文供稿）。