一种惰性阳极铝电解槽的预热启动方法

专利名称：一种惰性阳极铝电解槽的预热启动方法
技术领域：
本发明涉及一种适合惰性阳极电解槽的预热启动方法。
背景技术：
自Hall-Heroult的冰晶石_氧化铝熔盐电解法问世以来，焙烧启动一直都是大型 铝电解槽或工业铝电解槽在正常投运前，所必须经历的一个非常重要的过程。电解槽焙烧 启动的好坏将直接影响着电解槽启动后期的稳定生产，以及各项经济技术指标和槽寿命。
焙烧启动对铝电解槽非常重要，焙烧启动的所采用的方法就更加关键。对于具有 上下结构(阳极在上，阴极在下)的大型预焙阳极铝电解槽来说，常用的焙烧方法有焦粒 焙烧、铝液焙烧、燃气焙烧等。这些都是经过人们长期研究和工业化实践，已成熟且广泛应 用的传统方法。 专利99120950. 8和专利00102562. 7中分别介绍了焦粒焙烧和燃气焙烧的方法和 工艺过程。专利200810226873. 9介绍了一种新型导流型铝电解槽的焙烧启动方法，其所述 的电解槽阴极底部带有导流沟和蓄铝池。采用的焙烧方法是焦粒焙烧和燃气焙烧的结合， 或这说是焦粒焙烧结合电解槽自身特点的一种改进。 这些传统的方法尽管在焙烧初期采用的形式不同，但在整个焙烧启动的过程隐含 了两个共同点一是需要阳极参与。在焙烧前期或后期，给阳极通电，靠阳极和电解槽自身 发热来进一步熔化电解质和建立能量平衡；二是焙烧启动以后，都需要通过一段时间较长 的后期管理期来逐步建立能量平衡和物料平衡。在此期间，往往需要保持较高的槽电压、较 高的分子比、较高的电解温度，并且由于清理碳渣、洁净电解质、规整炉膛的需要，阳极效应 发生也较多。各种不稳定的因素有时还会造成电流分布的不均匀。在此期间不仅运行不稳 定，而且电流效率也较低。 然而对于惰性阳极铝电解槽来说，其惰性阳极和相应的阴极，大都不能在焙烧电 解槽过程中直接通电使用或者在没有保护措施下随电解槽一起焙烧。并且惰性阳极抗扰动 性差，在启动后需要平稳的运行，和各运行参数(包括电流密度、电解质成分、电解温度等) 平衡稳定。最好是在惰性阳极通电时就能工作在一个已经建立好能量平衡的环境之中。这 样对惰性电极的使用效果和使用寿命都有好处。 在目前所能看到的专利文献中，对惰性阳极电解槽的焙烧启动大都间接沿用传统 的方法，特别是焙烧阶段。 专利200510031315. 3中所述，将惰性阳极用罐体承装，罐体采用石墨或碳素制 品，承装后的电极如同炭阳极一样，可以在焙烧启动中或换极时使用，以避免热、电和热腐 蚀性气体的冲击。通电后罐体会消耗掉，当露出惰性电极时，电极自然过渡到工作状态。
专利01820302. 7中所述，将若干个惰性电极组合在一起，并加上绝缘保温材料， 形成和炭阳极相似的形状。每组惰性电极组合可以替换现有槽中的一块或一块以上的炭阳 极。其文中透露先用炭阳极焙烧启动电解槽，待电解槽运行稳定后，再用惰性阳极组进行替 换。
US 6，537，438中所述，在预热启动电解槽时，将阴极外涂保护层。保护层中最里层 接触炭阴极的为硼化钛层，中间层为金属铝或合金，最外层为炭。采用气体焙烧的方法，阳 极为金属陶瓷阳极。阳极的保护层来源于焙烧过程中的氧化作用使其表层氧化。
从这些专利中看出，目前对惰性电解槽的焙烧启动，都在采取一定的措施，且目的 仅仅是使其能够间接的采用传统的焙烧方法，而对于启动过程并没有太多的考虑。
惰性电极通电运行后能否建立热平衡，需要多大的极距才可以建立热平衡，电解 槽是否需要采取保温或散热措施等，这些问题都只能在惰性电极通电后，不断的调整才可 以获知和得到解决。也就是说仍然不可避免的要经过所谓的"后期管理期"。现有技术对预 热启动成功与否并没有直接的考虑。并且这些调整过程对惰性电极运行非常的不利。
由此可见，对于惰性阳极电解槽来说，仍然需要一种新的预热启动方法。这种方法 不仅可以加热和焙烧炉膛，还可以提前帮助电解槽建立能量平衡和炉帮。使电极通电后即 可运行在一个稳定的环境中。

发明内容
本发明的目的就是针对上述已有技术的不足，提供一种能有效预热炉膛、熔化电 解质，还能在惰性阳极上槽之前就建立好热平衡和良好炉膛内型的惰性阳极铝电解槽预热 启动方法。 本发明的目的是通过以下技术方案实现的。 —种惰性阳极电解槽的预热启动方法，其特征在于其预热启动过程的步骤依次包 括 (1)在炉膛内铺设与电极组数相一致的电加热元件组； (2)炉膛内装满固体电解质，通电加热至电解质熔化；并不断添加固体电解质，直 至电解质水平达到生产要求； (3)电解质水平达到生产要求后，降低电加热元件的功率，模拟电解槽正常运行时 的发热量； (4)补充氟盐，调整电解质成分；建立能量平衡和炉帮厚度；能量平衡稳定后，每
断开一组内加热电阻，换一组惰性阳极和阴极，直至替换完毕；进行满负荷通电。 本发明的一种惰性阳极电解槽的预热启动方法，其特征在于其步骤(2)为炉膛内
装满固体电解质，按设定的焙烧曲线加热至电解质熔化；并灌入液态电解质使电解质水平
达到所需高度。 本发明的一种惰性阳极电解槽的预热启动方法，其特征在于其步骤(2)为炉膛内 不装电解质，按设定的焙烧曲线加热炉膛至炉膛中粘接剂结焦；并灌入液态电解质使电解 质水平达到所需高度。 本发明的一种惰性阳极电解槽的预热启动方法，启动前可以灌入一定量的铝水， 也可以不灌铝水； 本发明的一种惰性阳极电解槽的预热启动方法，其特征在于其电加热元件组的电 加热元件为加热电阻，加热电阻表面有抗腐蚀材料保护层，保护涂层可选用刚玉、高铝瓷、 碳化硅、石墨、氮化硼的一种。 本发明的一种惰性阳极电解槽的预热启动方法，使用电加热元件阻，首先预热炉膛、熔化电解质，然后可以模拟电解槽正常运行状态的发热量，建立热平衡和炉膛内型，最 后逐个替换电极。此方法适用于立式结构电解槽也适用于上下结构的电解槽。本发明可以 为惰性阳极提供良好的运行条件，从而提高惰性阳极的使用效果和使用寿命。
具体实施例方式
—种惰性阳极电解槽的预热启动方法，该方法不仅包括预热焙烧炉膛，还包括辅 助电解槽提前建立能量平衡和炉帮。该方法可以使惰性阳极和其阴极在通电后即可工作在 一个相对稳定的环境中，避免经历不稳定的"后期管理期"； —种惰性阳极电解槽的预热启动方法，通过在炉膛内铺设多组内加热电阻的方 法，来加热或烘干炉膛；利用自身加热熔化电解质或灌入液态电解质或两者相结合的方法， 使电解质水平达到所需高度；然后利用该内加热电阻，模拟电解槽正常运行时的发热量，提 前为电解槽建立能量平衡和炉膛内型；最后替换电极、并通电启动；或者待电解质温度达 到目标温度后，随即单组逐步替换电极，电极预热的同时电解质温度降低，当温度降低到电 解所需温度时，即通电启动。通电启动前可以灌入一定量的铝水，也可以不灌；整个预热启 动过程分为五个阶段一、制定升温制度，加热、烘干炉膛，使粘接剂结焦；二、熔化电解质 或灌入液态电解质至所需高度；三、模拟电解槽正常运行时的发热量，在建立能量平衡的同 时，还可以调整电解质成分；四、单组逐步拆卸内加热电阻，替换电极；五、待电极充分预热 后，分组通电，直至全部内加热电阻将电极替换完毕，并实现满负荷通电；
下面结合实施例，详细说明本发明
实施例1 炉膛铺设16组内加热电阻，通直流电，炉膛内装满固体电解质，加热约14小时，炉 膛内电解质温度为70(TC。不断添加固体电解质，直至电解质水平为32cm。然后，降低内加 热电阻功率，模拟正常运行时电解槽的发热量。同时补充氟盐，调整电解质成分。48小时后 建立能量平衡，炉帮厚度8cm。能量平衡稳定后，每断开一组内加热电阻，换一组惰性阳极和 阴极(竖式电解槽)，直至替换完毕。在电极充分预热后，电解槽通电启动，启动平稳，正常 运行电压为3. 66V。
实施例2 炉膛铺设16组内加热电阻，通交流电，炉膛内装满固体电解质，根据升温制度升 温，最终炉膛内电解质温度为750°C。不断添加固体电解质，直至电解质水平为32cm。然 后，降低内加热电阻功率，模拟正常运行时电解槽的发热量。同时补充氟盐，调整电解质成 分。48小时后建立能量平衡，炉帮厚度7.8cm。能量平衡稳定后，每断开一组内加热电阻， 换一组惰性阳极和阴极(竖式电解槽)，直至替换完毕。在电极充分预热后，电解槽通电启 动，启动平稳，正常运行电压为3. 63V。
实施例3 炉膛铺设16组内加热电阻，通交流电，炉膛内装满固体电解质，炉膛内达温度 65(TC后。灌熔化好的液体电解质，直至电解质水平为32cm。继续加热至电解质温度为 750°C。然后，降低内加热电阻功率，模拟正常运行时电解槽的发热量。同时补充氟盐，调整 电解质成分。48小时后建立能量平衡，炉帮最薄处厚度6.2cm。能量平衡稳定后，每断开一 组内加热电阻，换一组惰性阳极(上下结构电解槽)，直至替换完毕。在电极充分预热后，电解槽通电启动，启动平稳，正常运行电压为5. 65V。
实施例4 炉膛铺设12组内加热电阻，通交流电，炉膛内不装电解质，根据升温制度升温。目 的为烘干炉膛，并使粘接剂结焦。待结焦完毕后，灌熔化好的液体电解质，直至电解质水平 为32cm。继续加热至电解质温度为75(TC。然后，降低内加热电阻功率，模拟正常运行时电 解槽的发热量。同时补充氟盐，调整电解质成分。48小时后建立能量平衡，炉帮最薄处厚度 6.2cm。能量平衡稳定后，每断开一组内加热电阻，换一组惰性阳极和阴极(竖式电解槽)， 直至替换完毕。在电极充分预热后，电解槽通电启动，启动平稳，正常运行电压为3. 67V。
实施例5 带蓄铝池的导流型电解槽，炉膛铺设12组内加热电阻，蓄铝池4组，共计16组。 通交流电，炉膛内不装电解质，根据升温制度升温。目的为烘干炉膛，并使粘接剂结焦。待 结焦完毕后，灌熔化好的液体电解质，直至电解质水平为32cm。继续加热至电解质温度为 750°C。然后，降低内加热电阻功率，模拟正常运行时电解槽的发热量。同时补充氟盐，调整 电解质成分。48小时后建立能量平衡，炉帮最薄处厚度6.2cm。能量平衡稳定后，每断开一 组内加热电阻，换一组惰性阳极和阴极(竖式电解槽)，直至替换完毕。在电极充分预热后， 电解槽通电启动，启动平稳，正常运行电压为3. 69V。
实施例6 带蓄铝池的导流型电解槽，炉膛铺设12组内加热电阻，蓄铝池4组，共计16组。 通交流电，炉膛内不装电解质，根据升温制度升温。目的为烘干炉膛，并使粘接剂结焦。待 结焦完毕后，灌熔化好的液体电解质，直至电解质水平为31cm。继续加热至电解质温度为 75(TC，再灌入铝液2cm。然后，降低内加热电阻功率，模拟正常运行时电解槽的发热量。48 小时后建立能量平衡，炉帮最薄处厚度6cm。能量平衡稳定后，每断开一组内加热电阻，换一 组惰性阳极和阴极(竖式电解槽)，直至替换完毕。在电极充分预热后，电解槽通电启动，启 动平稳，正常运行电压为3. 68V。
实施例7 炉膛铺设12组内加热电阻，通交流电，炉膛内不装电解质，根据升温制度升温。目 的为烘干炉膛，并使粘接剂结焦。待结焦完毕后，灌熔化好的液体电解质，直至电解质水平 为32cm。继续加热至电解质温度为750°C 。然后，随即替换电极，待电解质温度冷却至720°C 时，通电电解。最终电解槽自身建立了热平衡，电解温度71(TC左右，炉帮最薄处厚度6cm。 能量平衡稳定后，每断开一组内加热电阻，换一组惰性阳极(上下结构电解槽)，直至替换 完毕。在电极充分预热后，电解槽通电启动，启动平稳，正常运行电压为5. 7V。
权利要求
一种惰性阳极电解槽的预热启动方法，其特征在于其预热启动过程的步骤依次包括(1)在炉膛内铺设与电极组数相一致的电加热元件组；(2)炉膛内装满固体电解质，通电加热至电解质熔化；并不断添加固体电解质，直至电解质水平达到生产要求；(3)电解质水平达到生产要求后，降低电加热元件的功率，模拟电解槽正常运行时的发热量；(4)补充氟盐，调整电解质成分；建立能量平衡和炉帮厚度；能量平衡稳定后，每断开一组内加热电阻，换一组惰性阳极和阴极，直至替换完毕；进行满负荷通电。
2. 根据权利要求1所述的一种惰性阳极电解槽的预热启动方法，其特征在于其步骤(2)为炉膛内装满固体电解质，按设定的焙烧曲线加热至电解质熔化；并灌入液态电解质使电解质水平达到所需高度。
3. 根据权利要求1所述的一种惰性阳极电解槽的预热启动方法，其特征在于其步骤(2)为炉膛内不装电解质，按设定的焙烧曲线加热炉膛至炉膛中粘接剂结焦；并灌入液态电解质使电解质水平达到所需高度。
4. 根据权利要求1所述的一种惰性阳极电解槽的预热启动方法，其特征在于通电启动之前在电解槽中灌入铝水或不灌铝水。
5. 根据权利要求1所述的一种惰性阳极电解槽的预热启动方法，其特征在于其电加热元件组的电加热元件为加热电阻，加热电阻表面有抗腐蚀材料保护层，保护涂层为选用刚玉、高铝瓷、碳化硅、石墨、氮化硼的 一种。
全文摘要
本发明涉及一种惰性阳极铝电解槽的预热启动方法，其特征在于其预热启动过程的步骤依次包括(1)在炉膛铺设与电极组数相一致电加热元件组；(2)炉膛内装满固体电解质，通电加热至熔化电解质；并不断添加固体电解质，直至电解质水平达到生产要求；(3)电解质水平达到生产要求后，降低电加热元件的功率，模拟正常运行时电解槽的发热量；(4)补充氟盐，调整电解质成分；建立能量平衡和炉帮厚度；能量平衡稳定后，每断开一组内加热电阻，换一组惰性阳极和阴极，直至替换完毕；进行满负荷通电。本发明的方法，可以很好的预热惰性阳极电解槽，并为惰性阳极的运行提供良好的条件，从而提高惰性阳极的使用效果和使用寿命。
文档编号C25C3/06GK101709484SQ20091024338
公开日2010年5月19日 申请日期2009年12月18日 优先权日2009年12月18日
发明者包生重, 李旺兴, 杨建红 申请人:中国铝业股份有限公司