大型异形阴极铝电解槽焙烧启动方法

专利名称：大型异形阴极铝电解槽焙烧启动方法
技术领域：
本发明涉及一种铝电解的方法，尤其是节能异形阴极铝电解槽焙烧启动的方法。
背景技术：
铝电解槽焙烧启动的结构及原理 铝电解槽是一种由碳素材料砌筑成的熔炉，电解铝生产就是在这种碳素材料炉里 进行电化学反应，由于生产运行温度高达950度以上，需要将常温状态下的碳素材料熔炉 经过温度逐步上升继而进行焙烧，到达一定温度700-850度以上后，需要将焙烧好的熔炉 迅速转入启动，开始剧烈电化学反应进程。 目前铝行业有三种焙烧启动方法，分别是铝液焙烧启动法、焦粒焙烧启动法和燃 气_铝液法。各自的优缺点如下 1)铝液法适用于100KA以下的小型电解槽，是早期的铝电解槽焙烧启动工艺， 由于该方法无法解决阴极材料因热应力作用产生裂纹后导致的漏炉概率较高，现已逐步淘 汰。 2)焦粒焙烧启动法80年代参考了国外的做法，专利CN1250113公开了该方法的 一种形式。该法是在阴极表面铺上一层约15mm的锻后石油焦，然后进行加热升温的一种焙 烧启动法，也是目前应用最广的一种焙烧方法。它只适用于平面阴极铝电解槽。
3)燃气-铝液法进入2008年，铝行业有一种异形阴极节能型电解槽开始流行， 其特点是阴极呈由高低不平状。该焙烧法做法是首先利用天然气或液化气(也有用电阻 丝)对阴极加热至一定温度，再灌入高温铝水焙烧启动。虽然解决了异形阴极的因为表面 高低不平问题，但是其缺点是规模较小，投资大，需要消耗大量燃气，温度控制难度大。而 且，由于仍然采用灌入铝液的方式启动，漏炉的概率也比较高。

发明内容
本发明的目的是提供一种能解决现有异形阴极存在问题，高效节能和安全启动电 解槽的大型异形阴极铝电解槽焙烧启动方法。 从2008年开始，随着能源价格的飙升，铝电解企业纷纷寻找节能措施。而异形电 解槽阴极为高底不平状异形电解槽，与传统电解槽阴极表面是平形结构相比，具有低电压 生产，低电解能耗的特点，节能非常显著。为此，申请人投入了大量的人力、物力和经费，对 大型异形阴极铝电解槽焙烧的启动进行了研发，经反复试验后取得成功。
本发明的技术方案为 —种大型异形阴极铝电解槽焙烧启动方法，它充分利用了异形电解槽阴极，其特
征在于包括以下步骤 (1)焙烧材料的选择； (2)异形阴极电解槽的装炉； (3)异形阴极电解槽的焙烧启动。
所述的焙烧材料的选择为优选出了 1 2mm的石墨，粒度为2 4mm的锻后石油 焦作为发热材料。 所述的异形阴极电解槽的装炉包括下步骤 (1)铺设找平层，用铝板挡异形槽5的两端形成围栏，倒入找平材料——配比为 9 : l石墨粉与石油焦粉的墨焦混合粉6到异形槽5中，压实，使之与电解槽的上平面平齐， 构成找平层； (2)铺设焦粒层，在找平层上铺设一层锻后石油焦粒； (3)阴极槽沟铺设冰晶石围堰，通过模板在异形阴极槽沟中倒入冰晶石，压实，建 成围堰； (4)阳极安装，取出阴极槽沟冰晶石围堰模板，在异形阴极槽沟的两侧各交错铺设 一组阳极； (5)电解槽槽膛四周的人造伸腿上均匀撒上一层氟化钙，其上面再加一层冰晶石 和纯碱的混合物； (6)在阳极上表面铺上一层冰晶石； (7)每组阳极与对应的阴极钢棒焊接分流片，每组碳块都要焊，开始通电，控制冲 击电压不超过5. 5V，电压降至3. 5V以下时拆除分流片。 (8)通电焙烧72小时后，测量端头温度达到750度以上时， 一次性拆除软连接，上
紧所有卡具，打通电解槽端头物料，保持与中缝的畅通。 所述的异形阴极电解槽的焙烧启动包括下步骤 (1)采用湿法启动，打开电解槽端头，掏空两端头阳极之间的中缝部位，架设导流 槽，用真空抬包从相邻电解槽抽取高温液体电解质一次性灌入高温液体电解质；抬电压保 持在6 8伏，加入重量比为1 : 5的纯碱、冰晶石调整电解质水平至30 50cm ;
(2)待电解槽周围物料大部分熔化，从角部开始，吊出阳极，认真打捞碳渣；
(3)清理现场，电解槽启动完成。 石墨和锻后石油焦属碳素材料是电的良好导体，当电能通过碳素材料时会根据电
阻变化而产生热量，本发明旨在充分利用电解槽自身的碳素材料和调节添加碳素材料电阻
在通电情况下产生足够热量来完成高温焙烧启动的。经过发明人不断优选材料和配比，无
需使用其它燃气或电阻丝等发热介质，只使用常用的碳素材料就能完成焙烧启动，不仅节
约大量的资源，而且操作简单，成本低廉，安全可靠。在当前全球提倡节能环保的大趋势下，
值得推广应用。 本发明的优点为 1)本发明无需用到天然气或液化气，也无需用到电阻丝，国内目前异形阴极电解 槽要么采用铝液焙烧启动，要么采用天然气或液化气焙烧再灌铝，也有采用电阻丝加热后 再灌铝。 2)本发明在焙烧启动过程中无需灌铝，而且有效避免了灌铝，从根本上阻断铝液 渗漏通道，启动电解槽安全性能大大提高。 3)操作简单，无需各种电气控制台，无需运输可燃气体进入高温现场，也无需安装 拆除电阻发热装置。 4)严格挑选发热介质，控制配比成份，加上湿法电解质启动，成功率很高。


图1是传统平面阴极铝电解槽的剖视结构示意图。
图2是现有异形阴极节能型电解槽的剖视结构示意图。
图3是本发明中各导电垫层的剖视结构示意图。
具体实施例方式
下面结合附图，对本发明作进一步说明。 图l所示，是传统平面阴极铝电解槽的剖视结构示意图。从图中的剖面可知，传 统平面阴极铝电解槽1的上面是平整的，阳极2可直接放在其上面。它只适用于规模不大 的平面阴极铝电解槽。阴极铝电解槽按照电流强度和尺寸区分有大型、小型之类，通常把 120-160KA以下电流的铝电解槽称为中小型槽，而把200KA以上电流铝电解槽称为大型槽， 目前国内外铝电解槽全部向大型、超大型方向发展。 图2所示，是现有异形阴极节能型电解槽的剖视结构示意图。从图中的剖面可看 到，在电解槽3的上表面有许多凹凸不平的异形槽5，电解槽3上表面的中间设有出厂加工 时就形成的阴极中槽沟4，将电解槽3上表面分成两半，用于将电解槽以后生产时利用铝液 的流动和汇集。 为了达到目的，经研发和实践，得出以下大型异形阴极铝电解槽焙烧启动方法
—、焙烧材料的选择 经过实验对比多种焦粒焙烧工艺，优选出了 1 2mm的石墨，粒度为2 4mm的锻 后石油焦作为发热材料。 二、针对异形电解槽的结构特点，异形阴极电解槽的装炉包括下步骤
(1)铺设找平层，如图3所示，是本发明中各导电垫层的剖视结构示意图，用铝板 挡异形槽5的两端形成围栏，倒入找平材料——配比为9 : l石墨粉与石油焦粉的墨焦混 合粉6到异形槽5中，压实，使之与电解槽的上平面平齐，构成找平层。 找平层的原理和作用电解槽的焙烧过程本身就是一个大电流导电加热过程，电 流通常达到100KA以上，有的甚至达到300-500KA。在如此大电流的情况下，阴阳极之间必 须要有均质导体，否则轻者局部过热，碳素材料熔炉开裂漏炉，重者引起放炮爆炸，危及电 网安全。本申请引入了导电材料墨焦混合粉放入异形阴凹槽里，将异形阴极转化为普通阴
极的形状后，再进行电流调节继而进行焦粒焙烧。 (2)铺设焦粒层，在找平层上铺设一层14 16mm石油焦粒 一 焦粒层9，见图3中 电解槽3上表面的黑色层9。 以焦粒层的作用就是充当发热材料，焦料层的粒度和厚度很大程度决定着发热量 的大小。 (3)阴极中槽沟铺设冰晶石围堰，在图3中，通过阴极中槽沟4内两侧的模板8构 成围栏，在围栏内倒入冰晶石7，压实，建成围堰，冰晶石围堰可防止焦粒塌陷。围堰高度高 于焦粒层110 130mm。并在电解槽两端和两边各安装有热电偶套管，以便测量温度。温度 范围一般为100 900度。异形阴极出厂加工时形成有长约14000mm，宽约180mm，高约700mm的槽沟4，是两组阳极之间的空隙，正常生产后用于打壳下料。 冰晶石围堰的作用是防止石墨层松塌，并能熔化产生一部分电解质。
(4)阳极安装，取出异形阴极缺口挡板，吊入阳极，小心平放，使阳极底掌75%以
上与焦粒层的上面接触。在异形阴极槽沟的两侧各交错铺设一组阳极，阳极之间的中缝不
再添加冰晶石，用盖板封住，防止阳极表面的冰晶石掉入中缝，在阳极导杆上安装铝电解企
业通用的软连接。 其中，软连接是一种用铝软带制作而成的导线，用于阳极焙烧过渡时的导电载体， 是铝电解槽焙烧的常用工具。 (5)在电解槽槽膛四周的人造伸腿上均匀撒上一层10 15cm厚的氟化钙，其上面 再加一层层10 15cm厚混合比为8 : 2冰晶石和纯碱的混合物。 撒上一层氟化钙作用是为了在人造伸腿上形成保护层，防止人造伸腿过快损坏， 冰晶石和纯碱的混合物作为启动期间和正常生产期间必须的电化学介质，是生产铝的电解 介质。 (6)在阳极上表面人工铲入冰晶石，覆盖13 16cm厚。 阳极上表面覆盖冰晶石的作用一是为了防止阳极氧化，同时为了加强保温，防止 热量散失。 (7)每组阳极与对应的阴极钢棒焊接分流片，每组碳块都要焊，开始通电直流电， 控制冲击电压不超过5. 5V，电压降至3. 5V以下时拆除分流片。避免电压过高会导致阴极材 料温度过高而开裂或剥落，电压过低又会导致温度不够。 (8)通电焙烧72小时后，测量端头温度达到750度以上时， 一次性拆除软连接，上
紧所有卡具，打通电解槽端头物料，保持与中缝的畅通。 三、所述的异形阴极电解槽的焙烧启动包括下步骤 (1)采用湿法启动，打开电解槽端头，掏空两端头阳极之间的中缝部位，架设导流 槽，用真空抬包从相邻电解槽抽取高温液体电解质一次性灌入高温液体电解质15吨 20 吨；抬电压保持在6 8伏，加入重量比为1 : 5的纯碱、冰晶石调整电解质水平至30 50cm。
(2)待电解槽周围物料大部分熔化，从角部开始，吊出阳极，认真打捞碳渣。
(3)清理现场，电解槽启动完成。
其中 湿法是指从相邻已经生产的电解槽抽取高温电解质液来启动，优点是速度快，启 动安全，而干法启动是不需要从邻槽取电解质，而是靠本槽自行慢慢升电压制造电解质，优 点是不需要从邻槽取电解质。 抬包是指用来吸取高温电解质液的设备。
实施例 申请人:于2009年7月份分别安装了 330KA大型异形阴极试验电解槽共6台。电 解一车间和电解二车间分别使用了本发明的方法，成功启动了异形阴极电解槽，该槽型为
国内目前最大电流异形阴极电解槽。
具体操作步骤 挂极准备刮板尺一把，焦粒框一个，铝质挡板2块，中缝铁制盖板若干，手电筒一个，1 2mm粒度的石墨粉2吨，2 4mm粒度的石油焦粒0. 7吨，多功能天车一台，4名电解 工人。 a.检查调试电解槽各功能机构，确认无误后将阳极母线降至下限位，开始挂极。
b.用高压风吹净异形阴极电解槽表面积尘，在异形阴极电解槽表面铺找平层，即 在需要设置阳极的部位，用薄铝板挡住异形阴极凹凸不平槽缝缝两端，封闭异形槽，倒入配 比为9 : l重量份石墨粉与石油焦粉的混合粉，用刮板尺刮平并压实，使之与异形阴极上平 面平齐。 C.在找平层上铺设一层焦粒度为2 4mm，厚度为15mm的石油焦粒。
d.阴极槽沟铺设冰晶石围堰，通过模板在异形阴极槽沟中倒入冰晶石，压实，建成 围堰，冰晶石围堰可防止焦粒塌陷，以及防止石墨粉滑入阴极槽沟中。围堰高度高于焦粒层 120mm。并在电解槽两端和两边各安装有热电偶套管，以便测量温度。温度控制在500度。
e.用天车吊阳极，垂直放在焦粒层上，确保阳极的底面与焦粒层上的上面接触面 达到75%以上。在异形阴极槽沟的两侧各交错铺设一组阳极，阳极之间的中缝不再添加冰 晶石，用盖板封住，防止阳极表面的冰晶石掉入中缝，在阳极导杆上安装铝电解企业通用的 软连接。 f.在电解槽槽膛四周的人造伸腿上均匀撒上一层13cm厚的氟化钙，其上面再加
一层层12cm厚混合比为8 : 2冰晶石和纯碱的混合物。 g.在阳极上表面人工铲入冰晶石，覆盖12cm厚。 h.安装软连接，在每组阳极导杆与阳极大母线之间安装软连接。 i.安装分流片，在每组阳极钢爪与阴极钢棒间焊接用铁片制成的分流片。 j.通电，通电时控制冲击电压尽量不要超过5. 2V。 k.拆除分流片，当焙烧电压降至3. 5V以下时，即可根据电流分布测量情况，从分 流大的地方开始拆除分流片，直至全部拆除。 1.焙烧66小时后，端头温度达到750度，拧紧全部卡具，掏空电解槽两端头的物 料，保持中缝畅通。 m.启动，从相邻槽用抬包抽取16吨液体高温电解质，利用流槽，从出铝端中缝部 位灌入电解槽，抬电压保持在7V。 n.待物料绝大部分熔化，逐步吊出阳极，人工打捞碳渣干净后，装回阳极，接通槽 控机系统，整理现场，启动即完成。
权利要求
一种大型异形阴极铝电解槽焙烧启动方法，它充分利用了异形电解槽阴极，其特征在于包括以下步骤(1)焙烧材料的选择；(2)异形阴极电解槽的装炉；(3)异形阴极电解槽的焙烧启动。
2. 根据要利要求1所述的大型异形阴极铝电解槽焙烧启动方法，其特征在于 所述的焙烧材料的选择为优选出了 1 2mm的石墨，粒度为2 4mm的锻后石油焦作为发热材料。
3. 根据要利要求1所述的大型异形阴极铝电解槽焙烧启动方法，其特征在于 所述的异形阴极电解槽的装炉包括下步骤(1) 铺设找平层，用铝板挡住异形槽(5)的两端形成围栏，倒入找平材料——石墨粉与 石油焦粉的混合粉(6)，压实，使之与异形阴极上平面基本平齐；(2) 铺设焦粒层，在找平层上铺设一层石油焦粒(9);(3) 阴极槽沟铺设冰晶石围堰，通过模板(8)在异形阴极槽沟中倒入冰晶石(7)，压实， 建成围堰；(4) 阳极安装，取出阴极槽沟冰晶石围堰模板，在异形阴极槽沟(4)的两侧各交错铺设 一组阳极(2)。
4. 根据要利要求1所述的大型异形阴极铝电解槽焙烧启动方法，其特征在于 所述的异形阴极电解槽的焙烧启动包括下步骤(1) 采用湿法启动，打开电解槽端头，掏空两端头阳极之间的中缝部位，架设导流槽， 用真空抬包从相邻电解槽抽取高温液体电解质一次性灌入高温液体电解质；抬电压保持在 6 8伏，加入重量比为1 : 6的纯碱和冰晶石调整电解质水平至30 50cm ;(2) 待电解槽周围物料大部分熔化，从角部开始，吊出阳极，认真打捞碳渣；(3) 清理现场，电解槽启动完成。
5. 根据要利要求1或3所述的大型异形阴极铝电解槽焙烧启动方法，其特征在于 所述焦粒层的厚度为14 16mm。
6. 根据要利要求1所述的大型异形阴极铝电解槽焙烧启动方法，其特征在于 所述阴极槽沟铺设冰晶石(7)围堰的高度高于焦粒层110 130mm。
全文摘要
本发明公开了一种大型异形阴极铝电解槽焙烧启动方法，它充分利用了异形电解槽阴极，其特征在于包括以下步骤焙烧材料的选择、异形阴极电解槽的装炉和异形阴极电解槽的焙烧启动。该方法节能和启动电解槽安全，无需用到天然气或液化气，有效避免了灌铝，从根本上阻断铝液渗漏通道，启动电解槽安全性能大大提高。操作简单，无需各种电气控制台，成本低廉，采用湿法电解质启动，成功率很高。适用于大型异形阴极铝电解槽焙烧的启动。
文档编号C25C3/06GK101709483SQ200910114518
公开日2010年5月19日 申请日期2009年11月2日 优先权日2009年11月2日
发明者刘传辉, 孙学勇, 张峰, 曾建华, 林琳, 熊斌, 王刚, 王献合 申请人:广西来宾银海铝业有限责任公司