电解槽使用的冷捣糊焙烧分析

电解槽使用的阴极冷捣糊焙烧分析祁文青（中国铝业青海分公司炉修厂，青海大通）摘要：通过分析电解槽焦粒焙烧特点、糊料焙烧性能变化、电解槽温度差异，认为焦粒焙烧升温快，48小时炉底温度可达800℃，但槽内温度分布不均匀，不宜启动；人造伸腿达到600℃完成结焦，炉底温度达到900℃具备启动条件，即可启动；人造伸腿的升温变化作为启动电解槽判断的关键依据之一。关键词：电解槽阴极冷捣糊1前言在国内铝价持续低迷，铝市场竞争十分激烈，公司生产经营承受巨大压力的情况下，节约成本是电解铝企业面临的问题。在电解铝生产中，电解槽焙烧启动过程不仅不生产产品而且消耗电能，使得电解铝生产单位把问题的焦点移到了焙烧上。电解槽焙烧[1]其目的在于加热阳极和阴极周围的固体电解质料，以及加热阴极，使阴极炭块之间的炭糊烧结，使阴极底部和侧部烧成一个整体。除此之外排除内衬中耐火材料、保温材料等砌体的水分，把冷状态的槽体，缓慢地提高到接近生产操作的温度，为电解槽启动做好准备。由于阴极炭块和侧部炭块是经过焙烧的，而糊料经焙烧才能起到连接作用。所以糊料焙烧的效果是判断电解槽内衬能否连接成一个整体的关键。2焦粒焙烧特点焦粒焙烧中因为焦粒的电阻较大，通电时的冲击电压在5．5V左右，升温速度较快，两天半左右即可达到900℃以上，具备启动条件，但温度分布不均匀，各分布点温差大，这也是焦粒焙烧的缺陷所在[2]。如果着急启动，轻则造成人造伸腿脱落，破坏电解槽碳素内衬结构，重则有可能引起启动后期电解槽早期破损和漏停槽事故的发生。图1为青海分公司某槽焙烧升温曲线，可以看出虽然在48小时炉底温度达到800℃，但由于槽内温度分布还均匀，该槽持续升温仍未启动。图1青海分公司某槽焙烧升温曲线3冷捣糊焙烧性能3.1冷捣糊的膨胀与收缩性能为了分析冷捣糊的膨胀收缩性能，这里引用了实验室检测结果。如图2冷捣糊在焙烧过程的膨胀-收缩曲线。图2中，曲线上的C点对应于沥青的焦化温度，在此点前，糊料是软的，有塑性。C点后，糊料因粘结剂开始焦化而收缩，同时失去塑性，此时受到炭块的膨胀力作用时会产生应力，并将膨胀力传递到外面的内衬。C点后糊料收缩，到大约800D点）时停止收缩，此时粘结剂已基本完成焦化。D点之后直到最高温度E点，糊料膨胀。[3]图2冷捣糊在焙烧过程的膨胀-收缩曲线（自由立式样，升温速度：℃/分，最高温度保温时间：3小时，降温速度：℃/分。）3.2糊料焙烧热分解据资料，埃肯糊料采用苯甲醛改性复合黏结剂A3[4]，分析认为这种结合剂是一种沥青改性酚醛树脂[5]（表2）。表2沥青改性酚醛树脂挥发物逸出热缩和阶段℃热分解聚合阶段℃成焦氧化阶段℃最大挥发速度%/min最大挥发速度时对应温度℃80-290290-470470-10008.7150酚醛树脂在热分解时产生的气体大致如下：第一阶段：至300℃为止。气体状成分占1-2%，还有水、酚、甲醛等；第二阶段：在300-600℃之间。在此期间大部分气体状成分都被放出。还有水、CO、CO2、CH4、酚、甲醛、二甲苯酚类等；第三阶段：在600℃以上。还有水、CO2、CH4、苯、甲苯、酚、甲酚、二甲苯酚类等。综上所述，200℃之前膨胀明显，应减小热冲击的影响；200-500℃糊料具有可塑性，是挥发分大量排除阶段，有大量气体排出，此时的升温速度不宜过快；500-800℃之间成焦收缩，应放缓升温速度。4电解槽内温度差异电解槽内温度差异主要指人造伸腿温度和炉底温度。人造伸腿是阴极炭块和侧部的连接部位，间距较宽，糊料量大，是焙烧重点部位，电解槽早期破损或漏槽多发生在侧部，因此人造伸腿焙烧极其重要。表3为某公司焙烧过程炉底温度和伸腿温度对比情况。表3炉底温度与伸腿温度对比焙烧时间(h)4-2424—4848—7272—96炉底温度(℃)100一4OO400-650650一750750以上仲腿温度(℃)50一150150-400400-550450-600从表3可见，48小时后炉底温度和伸腿温度相差250-300℃，焙烧时间短，温度只是局部达到了要求，槽内温度不均衡，人造伸腿的温度不够；而焙烧时间长时，槽内各部位的温度趋于均衡，俗称“焙烧透了”。对启动工作和后期管理非常用利，也有利于延长电解槽寿命。所以48小时后还应持续升温，减小温差，确保粘结剂的焦化过程基本结束，达到焙烧效果。青海分公司焙电解槽焙烧温度检测分布为A1B1A4A5B2B3A8A9B6B7A10A11B9B10A12B12，主要为炉底温度测量，没有人造伸腿温度检测，如果将伸腿的升温变化作为启动电解槽判断的关键依据之一，将有利于掌握槽内温度分布实际情况。另有资料表明，当温度低于650℃时，氧化的程度较小，但当温度接近950℃时，氧化相当严重，经过氧化的碳，对钠的亲和力较大，因此体膨胀率大，结果造成破裂，电解质更多地渗透进来。人造伸腿达到600℃视为完成结焦，炉底温度达到900℃具备启动条件，即可启动。5结论(1)焦粒焙烧升温快，48小时炉底温度可达800℃，但槽内温度分布不均匀，不宜启动；(2)人造伸腿达到600℃视为完成结焦，炉底温度达到900℃具备启动条件，即可启动；(3)人造伸腿的升温变化作为启动电解槽判断的关键依据之一。参考资料：[1]邱竹贤编著.预焙槽炼铝.冶金工业出版社.2005年1月第三版。[2]7焦庆国,邱仕麟,罗英涛.预焙铝电解槽焦粒焙烧启动方法探讨.铝镁通讯.2004年No2[3]廖贤安1,孙毅2.冷捣糊的特点和技术优势分析.轻金属.2013第4期[4]廖贤安.环保型铝用冷捣糊的研究.2012[5]钱之荣,范广举主编.耐火材料实用手册.冶金工业出版社.1995年3月第三次印刷