电解槽的焙烧启动和后期管理

电解槽的焙烧启动和后期管理
电解槽的预热焙烧与启动是铝电解生产中的两个重要阶段，新建或二次启动的电解槽在进入生产前，要经过焙烧与启动过程。

电解槽的焙烧启动虽然只有短短的几天，但对电解槽启动后的工作状态产生重大影响，尤其是对电解槽的寿命产生决定性的影响，因此必须足够的重视。

一.焙烧
所谓焙烧（对于预焙槽而言，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。

电解槽预热焙烧的目的主要有：
1.1 预热阴极。

阴极碳块间边缝和槽周边的扎糊进行烧结焦化，形成密实的碳素槽膛。

1.2 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。

1.3 预焙槽的预热焙烧方法主要有：1.铝液预热法；
2.焦粒焙烧法；
3.石墨粉焙烧法；
4.燃料预热法。

焦粒焙烧
现在大型预焙槽的焙烧大部分采用焦粒焙烧法，焦粒焙烧相比铝水焙烧可避免铝液对槽内衬材料的冲击，同时电解质提前进入从而阻挡了铝液从炉底及侧部缝隙向外渗透。

根据我们厂实际焙烧的方法，我们这种来主要探讨一下焦粒焙烧法。

焦粒焙烧法是在阴、阳极之间铺上一层煅烧过的焦炭颗粒，其厚度为15-20mm。

如果炉底平整，焦粒厚度可为10-20mm。

焦粒粒度在1-5mm之间，严格控制1mm一下的焦粉。

1.焙烧前准备工作
1.1铺焦与放阳极要求及影响
电解槽焙烧前要求铺焦，对于焦粒的铺设有严格的要求，铺焦所用的焦粒粒度为1~5mm，要求铺焦平整，阳极自然下落后与焦粒充分接触，可用钢板尺检查焦粒与阳极底掌是否接触完全，对于接触面积小的应重新调整阳极导杆位置，尽可能使阳极底掌与阴极碳块接触面积较大。

放下阳极后，可将阳极周围焦粒向填充不实的部位塞进去。

保证阳极与阴极底掌完全接触。

实际铺焦过程中经常容易出现这样的问题，作业人员为保证阳极导杆与阳极大母线之间缝隙较小，铺焦过程中往往将阳极外侧焦粒铺的比内侧稍厚一点，这样阳极碳块放下后阳极导杆向
大母线方向倾斜，容易保证阳极导杆与大母线的间隙较小，但这种铺焦方式会为以后的焙烧启动工作带来麻烦，具体表现在由于阳极外侧焦粒较厚，阳极外侧接触好，通电焙烧后外侧电流就比内侧大，外侧发热量多导致冰晶石靠槽帮一侧先熔化，靠中缝侧由于发热量少中缝冰晶石熔化速度慢，由于中缝熔化差，不具备启动条件造成焙烧时间被迫延长情况发生。

1.2软连接与分流片的安装要求
安装软连接卡具要求固定软连接与阳极大母线的弓形卡具顶头处加绝缘纸（青稞纸）。

弓形卡具应避免与阳极大母线上部及小盒卡具接触，防止小盒卡具发红现象。

软连接与阳极导杆及大母线接触面应尽量好，对于接触面不好的软连接可在接触面处加1mm厚铝软带。

检查接触面好坏可采用打印纸塞接触面，如大部分未接触需重新安装软连接。

分流片安装质量不好容易造成通电后与母线接触部位发红现象，使用分流片首先要检查分流器与母线接触面是否平整或生锈，如有以上情况需将接触面进行除锈并打磨平整，安装分流片要求夹紧分流片的弓形卡具上顶丝加绝缘板防止电流通过弓形卡具导电，原来焙烧过程中未加绝缘板曾出现过弓形卡具顶丝处发红现象，原因是由于电流通过弓形卡具顶丝导电，后来通过加绝缘板避免这一现象的发生。

分流片与立柱母线之间连接主要用夹板将分流片固定在立柱母线上，安装分流器夹板时应避免螺栓与立柱母线接触，防止接触部位通电后发红情况发生。

2.焙烧的原理：
电解槽通电后，焦粒层作为电阻体便在阴、阳极之间产生焦耳热，同时，阴极和阳极本身的电阻也产生热量，在其内部预热。

阳极碳块直接坐在焦粒层上，阳极导杆与阳极母线直接按用临时导电软母线连接，因为这种连接可以使阳极碳块有一定的活动自由度，以释放在焙烧启动时焦粒上抬的膨胀应力，并使阳极重量能全部压实在焦粒上，保证阳极与焦粒良好接触，以获得均匀的阴阳极电流分布。

焙烧结束，在启动前把阳极导杆上的软连接拆除。

由于焦粒电阻远大于铝液电阻，采用此法需要采用分流器构成的电流并联之路，来分级增加输入槽内的电流，减轻电流冲击对阴极内衬造成的损伤，并解决短时间内难以达到全电流而给系列供电带来的影响，从而保证系列其他电解槽的正常生产。

安装分流器通电后，可使部分电流通过分流器进入阴极母线，另一部分电流通过焙烧槽进入阴极母线。

随着槽内温度不断上升，焦粒及阳极、阴极的到点状况逐渐改善，可分段拆除分流器。

铺设焦粒采用连续铺挂法，即铺一部分焦粒挂一块阳极。

在槽四周装砌电解质块和冰晶石以及少量氟化钙和碳酸钠，并用钢板将其隔开，这样边部碳块和槽四周扎糊在预热过程中收到保护而免受氧化。

3.焦粒焙烧的优缺点
焦粒焙烧的优点：
1.焙烧采用逐渐升温预热，电流分布均匀，避免了灌入高温铝液对碳块和扎
糊的冲击。

2.焦粒电阻值比铝液大，升温快，焙烧时间短，使用分流器可以控制预热速度，提高预热效果。

3.启动期间熔化的是电解质而不是铝液。

电解质液渗入预热期槽底产省得阴极小裂缝中，冷凝后起到堵塞裂缝和修补缺陷的作用，可以有效槽子早起破损，提高槽子寿命。

缺点：
1.由于焦粒的密实程度与阴阳极解除程度的影响，使得电流分布不均，阴极表面温度不均，可能产生局部过热现象。

2.由于电流要分数次逐步提升，不能一次通全电流，需要接入和拆除分流器和软连接，增加了操作难度。

3.槽四周扎糊带余热不良。

4.启动后电解质碳渣多。

4.焦粒焙烧要点分析
4.1 通电焙烧过程中阳极碳块电流变化规律
熟悉焦粒焙烧通电后阳极电流分布的变化规律，正确分析电流发生变化原因是生产管理人员所必须掌握的，通过熟练掌握电流变化规律能够做到防患于未然，避免异常情况发生。

焙烧期间电流变化情况如下，通电焙烧开始阶段阳极电流分布比较均匀，原因是由于通电初期，各阳极下焦料的电阻由于厚度一致，并采用同一批碳块，其电阻值基本相当，阳极上各碳块通过电流大小主要是阳极碳块与焦粒电阻大小决定的，所以通电初期电流分布比较均匀，这样有利于电解槽的均匀升温，通常第一天、第二天很少出现阳极碳碗内磷生铁发红现象，随着焙烧时间的延长局部冰晶石开始熔化成液体电解质，由于存在液体的电解质该部位的导电性进一步增强，导电性好电阻小同样电压情况下通过电流就大，电流大发热量就多，冰晶石的熔化速度就加快，该部位电阻进一步降低，从而形成不良循环，这就是焦粒焙烧随着焙烧时间延长阳极电流分布变得越来越不均匀的原因。

从生产实践中经常会发现以下情况，即焙烧初初期电流分布大的阳极随着焙烧时间的延长电流越来越大，个别阳极电流过大造成阳极碳块碳碗内磷生铁发红现象，严重时甚至出现钢爪发红现象。

通过对阳极电流变化规律的分析，基本规律如下随着焙烧时间的延长电流分布不均匀现象有逐步加剧趋势，这就要求在焙烧后期要注意测量阳极电流分布避免阳极电流过大造成的磷生铁熔化，避免局部过热造成的阴极碳块裂缝现象发生。

4.2通电焙烧过程中电解槽电压变化规律
电解槽通电后，电解槽的工作电压不断变化，通过全电流后冲击电压一般在4.8~5.5V之间，抬阳极前焙烧过程电压变化规律基本情况如下，通电8小时后电压降至3~3.3V，24小时后电压降至2.8~3.2V，48小时后电压降至2.2~2.4V，72小时后电压降至2～2.1V，从以上槽电压变化情况可看出槽电压随着通电时间的延长有下降趋势，原因是由于随通电时间的延长，阳极碳块、焦粒层、阴极碳块电阻随温度升高有下降趋势，这三部分电阻以串联方式存在，通过电解槽电流不
变，所以槽电压随着槽电阻的减小而下降，从槽电压变化看前期电压下降快，后期电压下降慢是由于槽电阻初期下降比较明显，到后期阴极碳块与阳极碳块电阻基本稳定，焦粒层电阻由于冰晶石熔化成液体电解质导电使槽电阻略有降低，电压的降低电解槽单位时间内输入热量的减少，冰晶石的熔化速度变慢，所以通电焙烧三天后一般通过上抬阳极提高电压增加热量输入，加速冰晶石熔化。

5.焙烧过程中注意事项
5.1 通电时注意电解槽的冲击电压，当冲击电压超过5.3V时应检查软连接，阳极爆炸焊处，阳极母线，阴极软带等处得焊接情况。

5.2 通电30分钟后开始巡回检查阳极及分流焊点、软连接情况，若发现异常及时处理。

5.3 当阳极导杆电流分布严重不均时，应查明原因及时处理。

如果是阳极导电过小或不导电时可以用锤击打该阳极钢梁，使之向下震动与焦粒层接触，增大导电面积。

4小时后，如果是阳极导电过大，钢爪高温发红，可以采取用风管吹风冷却，或将该软连接稍微拆松，或用大锤击打临极的钢梁，增加临极导电。

电流较大调整不起作用时，可做短时间断电处理，但相邻阳极导杆不允许超过2根且半个小时后腰及时紧上。

二.启动
1.启动前具备的条件：
电解槽焙烧温度达到要求。

所需的电解质和铝液准备完好。

产准备所需要的设备验收合格。

计算机自动化控制调试完毕。

生产劳动组织所需的人员配备齐全。

相关部门全部到岗。

2.电解槽的启动方法
启动分为干法启动和湿法启动两种。

在新建厂启动时一般采用干法启动，因为干法启动不需要现成的液体电解质。

它是利用电解槽阴阳极之间产生的电弧将冰晶石熔化成液体电解质，其做法是不断提升阳极，使之部分脱离铝液镜面产生电弧熔化电解质，当熔化后的液体电解质埋住阳极后电压逐渐稳定，在保持一定时间的高电压，使冰晶石熔化到有足够液体电解质为止。

湿法启动是比较常见的启动方法，即是向待启动的电解槽内灌入一定量的液体电解质，同时上抬阳极，逐渐引发人工效应。

在人工效应期间可将阳极上用于保温的冰晶石推入槽内熔化，若电解质不足，还需要投入冰晶石，直到液体电解质达到规定的高度，并投入一定数量的氧化铝熄灭效应。

人工效应熄灭后，应保持较高的槽电压一段时间，然后向槽内灌入一定量的铝液作为铝水阴极，盖好阳极保温料。

人工效应后必须组织人力捞取碳渣，以保证电解质的洁净还能防止阳极长包现象。

在灌入电解质时要观察电解质流到烟道端达到一定的高度后才可以点抬电
压至7-8V。

在阳极提升阶段要注意及时对卡具进行复紧，防止滑极现象。

之后进行灌铝作业，灌铝时也要专人在槽控机上看电压，防止电压下降，灌铝后电压保持在5-5.5V。

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3.启动时要点分析
3.1 灌电解质前提及液体电解质流动通道分析
灌电解质前一般要求中缝大部分部位置电解质有一定的高度，一般要求在20cm以上，中缝电解质高度越高就越安全。

但在实际操作过程中会出现由于个别极通过电流小，冰晶石熔化少只有部分中缝化开。

针对该种情况是否具备启动条件，主要看中缝大部分位置是否化开，如基本化开，基本上具备灌电解质条件，即使中缝局部未完全联通，也可进行灌电解质操作，原因是灌入电解质时主要通道是从阳极底掌下流通，而中缝只是次要通道。

这种情况要求灌电解质前先将出铝口处物料扒至阳极碳块底部，一方面使灌入的电解质有一个缓冲的空间，另一方面使阳极在上抬过程中电解质能从阳极底掌下从出铝端流向烟道端。

在上抬阳极过程中由于大部分阳极周围有熔化的电解质，阳极上抬后阳极周围熔化的电解质流入阳极底掌下保证大部分极导电，随着阳极的上抬，阳极底掌与炉底之间形成一个通道，灌入的电解质顺着阳极底掌从出铝端流入的烟道端，此时灌入的液体电解质浸没阳极底掌保证阳极导电，从而保证了在整个抬阳极过程大部分阳极都能够导电，根据这一分析，原来灌电解质前要求用长钢管捅中缝保证中缝从出铝端通向烟道端，只要中缝有大部分液体电解质就不用捅中缝。

3.2 灌电解质时上抬阳极电压变化及注意事项
灌电解质过程中阳极需逐步上抬，使电解质通过阳极底掌下部及中缝从出铝端流向道端，阳极上抬过程中电压变化情况是从上抬阳极前电压3～4V很快上升到8～12V，然后基本稳定在10V左右，灌电解质时抬阳极整个过程虽然只有3分钟左右，但上抬阳极的速度有一定要求，开始灌电解质时应当边抬阳极边观察槽电压变化情况，如果上抬阳极速度过慢就会造成灌入的电解质不能及时流走，引起电解质从出铝口溢出。

初期上抬速度过快会造成部分阳极碳块与电解质脱离引起电压过高现象发生，开始上抬阳极时应使槽电压在正常范围内情况下使阳极上抬速度与灌电解质速度相配匹，整个上抬阳极过程尽量将槽电压控制在12V以内。

另外在灌电解质前应先将除烟道端以外的槽盖板全部打开，烟道端槽盖板不打开的目的是防止在灌电解质过程中液体电解质遇纯碱生成气体向外飞溅烧伤操作槽控箱的工作人员，其它部位盖板打开能方便地观察电解质的流动情况，同时避免喷出的电解质烧坏槽盖板。

3.3 记录回转计读数的目的
焦粒焙烧启动过程中要求记录回转计读数，通过回转计读数计算出阳极上抬高度，根据阳极上抬高度以及电解质水平可判断出电解槽内熔化的液体电解质量是否满足灌铝前要求。

灌完液体电解质后需要继续加入冰晶石或电解质块熔化生
产液体电解质，如何判断电解槽内液体电解质是否满足灌铝前要求，可通过两种办法知道，一是根据以前经验计算出加入的电解质总量达到要求后停止加入冰晶石，这种办法必须知道加入物料量的多少。

另一种更常用的办法是通过阳极上抬高度以及电解质水平来进行判断，这种办法简单易行，准确可靠。

通过回转计读数计算出阳极上抬高度并测出此时对应的电解质水平，根据我公司生产经验一般要求阳极上抬高度达到12cm左右时对应的电解质水平为35cm左右就能满足要求，在此条件下能够达到灌铝后电压降至5.5V电解质水平基本能达到35cm左右。

通过以上办法判断液体电解质量避免灌铝后液体电解质不足造成电解质水平过低情况发生，又能避免灌铝后液体电解质过多造成电压无法降至5.5V，被迫人为从电解槽内取出部分液体电解质才能将电压降至5.5V。

3.4 捞碳渣方式的改进
焦粒焙烧法由于焙烧使用焦粒导电，灌电解质后大量焦粒会漂浮起来，所以焦粒焙烧启动必须进行打捞碳渣作业，根据生产实践经验槽温控制越高碳渣分离程度就越好，打捞碳渣一般要求电解质内的冰晶石大部分熔化，最好捞碳渣前发生一次效应，使碳渣能够完全与电解质分离，原来捞碳渣采用碳渣勺一点一点往外捞，工人劳动强度大，工作辛苦，为减轻工人劳动强度我们采用捞碳渣前降电压操作，电压下降后使液体电解质上溢与槽沿板基本相平，这时在电解槽角部用平耙直接向电解槽围板上拔，然后用铁锨将碳渣装入碳渣箱内，这样就大幅提高了劳动效率，减轻了工人的劳动量，另外还减少了碳渣中的电解质含量，通过这种方式使捞碳渣的作业效率大大提高，原来捞碳渣作业需要3～4个小时缩短到1小时以内，捞完碳渣后将工作电压恢复正常。

4. 电解槽启动注意事项
1.启动前检查所有阳极是否有下滑现象，打紧卡具，并处理好阳极绝缘纸断电现象。

2.发现脱极现象及时捞出，并用高热残极及时替换。

3.认真检查母线提升机机构。

4.专人负责巡视添加冰晶石情况并做好记录。

5.灌铝前对阴极钢棒散热孔认真检查并记录清楚，要严格按电压管理程序控制电压。

6.启动来效应按正常效应熄灭。

人工效应完毕后，应加强电解质的取样化验，以便随时掌握电解质的分子比的变化情况。

7.依照实际状况设定加料间隔。

8.启动前后禁止计算机转入自动控制。

5. 新槽焙烧启动常见事故类型及处理措施
新槽在焙烧启动时，内衬是逐渐被加热的，并在加热过程中，排出保温材料砌体上的水分和碳素糊在焦化过程中的挥发部分。

焙烧启动过程中，由于炉子砌筑的质量和操作控制质量的影响，常常出现一些非正常情况，针对这种情况及时找出原因并才却有效的急救措施。

常见的事故主要有：
1.分流器压接点发红
（1）通电后半小时内检查，分流器压接点是否发红，如果发现变红，可以用风管吹。

（2）软连接压接压降测试时，压降较大时需要再次上紧卡具。

2.刚爪发红
（1）扒开物料，使局部散热。

（2）适当放松阳极卡具，以减少阳极导电，并用风管吹以降温。

3.局部区域炉底温度低
震击相应区域的阳极以改善接触不良问题。

4.炉底温度高
（1）分流等距压降大，需采取的措施：震击相关阳极，改善接触电阻。

（2）等距压降小，依次采用如下措施：1.扒开物料；2.震击临极，增大临极电流量；3.用分管吹4.断电。

当上升梯度只要有所降低时就说明该调整方法有效，就可暂不采用下一步调整方法。

5.全电流是，导杆电流分布不均
如电流分布值过小，需：1.震击该阳极 2.紧软连接卡具
如电流分布值过大，需：1扒保温料2.风管吹3.松开卡具，断开电流
6.脱爪
一般在抬阳极时，会因为热应力不能及时释放，出现导杆与钢爪焊接处断裂，导致脱爪，需要：1待阳极抬到位后，用钢丝绳传到钢爪之间，将极吊出。

2.换上高热残极。

7.阴极钢棒渗铝
（1）用高压风管正对渗铝处吹。

（2）每日要测试阴极钢棒及电流分布，查出渗铝原因。

（3）保险起见，须不断观察铝液质量，找出渗铝原因，并采取相应措施。

8.侧部钢板发红
用风管吹发红部位，直至钢板温度下降到平均值。

9.漏铝
（1）首先防止冲断母线；
（2）手动下降阳极，防止短路；
（3）系列停电，迅速进行短路作业；
（4）迅速组织人员抽取电解质和铝液
10.侧部漏炉
（1）用电解质块，袋装氟化钙堵漏洞
（2）抽干电解质
（3）将阳极坐入铝液中
（4）将很低的阳极拔出换上较高的残极
三.电解槽非正常期的生产管理
电解槽从启动结束到正常生产，需要一定的过渡时期，即非正常时期。

在这
期间，电解槽经过焙烧，使槽体达到正常电解作业温度，再经历启动初时的高槽温、高电压、高水平、高分子比及启动后期的管理，逐渐达到具有足够高度的电解质液和铝液水平，并具有一定效率的产铝槽，整个电解生产才能转入正常生产。

1.启动初期的管理
电解槽在启动初期经过半个小时左右的人工效应，槽温上升近1000°C，但仍有部分固体物料未能完全熔化，灌铝后易产生炉底沉淀。

为此，在人工效应后必须保持一定时间的高温和较高的槽电压，使启动中添加的各种原料得以充分熔化。

灌铝后电解槽就标志着进入生产阶段，其标志是槽温明显下降，阳极周围的电解质沸腾正常，槽周表面开始形成电解质结壳。

由于新启动的槽热损失大，电解质水平下降快，为减少热损失量，灌铝后必须在阳极上适当加氧化铝保温。

灌铝后以正常生产加料间隔1.5倍进行自动加料。

1. 电解质成分管理。

由于启动初期电解槽阴极吸钠处于最剧烈期，电解质分子比会下降很快，为了满足电解槽在高温与高分子比状态形成稳固的槽膛，启动后要求电解质分子比为
2.8（质量比1.4）以上，氧化钙含量5%左右，故在这期间还应根据装炉原料及灌入电解质量进行估算，投入适量的苏打和氟化钙。

若电解质高度不足30cm，还需在期间添加冰晶石。

2. 下料管理。

电解槽在启动后即可投入自动下料，但采用定时下料的控制方式。

由于启动初期电解槽并未进入正常电解过程，因此必须避免供料过量，防止产生沉淀和保持1～2 次的阳极效应系数，但是也要防止阳极效应重复多发。

因此，在灌铝之前，下料间隔比正常加料间隔延长一倍左右；灌铝之后下料间隔仍须大于正常下料间隔（例如，为正常下料间隔的1.5 倍）；阳极效应发生后再逐渐缩短加料间隔。

3. 槽电压管理。

启动初期，电解槽的电压均由人工调节。

在灌铝前，电压需从人工效应后的6～8V 逐渐下降到5～6V，一般每隔半小时左右手动调节一次。

在灌铝后槽电压需逐步下降到
4.3～4.5V（具体值须依据电解槽的热平衡与工艺条件的设计标准而定），因此灌铝后仍需3～5 小时一次的手动调整电压。

4. 槽温管理。

前面已指出，灌铝前须维持电解槽处于较高的温度。

从灌铝后到第一次出铝，槽温一般从近1000℃下降到970～980℃。

由于新启动槽热损失大，电解质水平下降快，为了减少热损失量，灌铝后必须在阳极上适当加氧化铝保温。

须注意电解槽表面是否已形成封闭的结壳，除中间下料孔外，其余地方几乎没有冒火跑烟之处，若经过两天两夜电解槽仍结不上壳，证明启动温度过高，必须加快降低电压。

5. 电解质高度管理。

应特别注意其下降速度，到第一次出铝时电解质高度应在26～30cm，不得低于25cm，若下降太快，必须加强阳极保温和放慢电压下降速度，同时添加冰晶石以补充电解质。

6. 清理碳渣。

对于焦粒焙烧的电解槽，启动后还要作电解质清理工作，清除浮游碳渣。

在电解槽启动初期，除了技术条件发生明显变化之外，阴极内衬组织也处于较大变化，由于阴极碳素内衬强烈吸收电解质的氟化物，故应保持较高的分子比和较高的电解质高度，以防止槽底沉淀结壳。

因此电解槽启动初期的关键是控制。