500KA电解槽生产工艺路线的研究.doc

500KA电解槽生产工艺路线的探索 ， 程国斌、樊雄兵 新疆东方希望有色金属有限公司 , 新疆 昌吉 831700 摘要：铝电解槽的电流强度和密度越来越高，且电解质中锂、钾盐的含量达到8-9%，在焙烧启动及生产过程中持续总结、改进，形成了适合企业特点的焙烧启动技术、工艺路线及生产控制技术，实现了电解槽高效平稳运行。 关键词: 大容量 高电流密度 复杂电解质 变形 工艺 技术条件 大型预焙阳极电解槽是一个集热场、电场、磁场、力场（结构、流体）为一体，且交互制约、交互影响，但必须达到平衡的复杂系统。目前国内铝电解技术发展趋势是：铝电解槽向超大容量、高电流密度、高技术集成方向发展。电解槽最大容量达到600KA，电流密度从0.70A/cm3发展到0.83A/cm3，吨铝投资由10000元降至5000元，劳动生产率由不足100吨/人.年提高到600吨/人.年以上，铝电解综合能耗达到13200kwh/t-AL以下，其设计、生产技术达到国际先进水平。 随着电解槽容量的增大，电流产生的磁场对电解槽内熔体流动、波动产生剧烈影响，槽内的电热状况也更加复杂。300级以下电解槽电流密度都在0.73A/cm3左右,能量平衡较易控制,这种电解槽可以在较宽松的窗口内实现稳定生产,并能取得较好的技术经济指标。国内500KA电解槽投入工业化生产时间不长，面对电流强度高、电流密度高、电解槽热容大、电解质量相对少，且相当一部分厂家电解质中LIF+KF＞9%，电解温度低于930℃，供电性质差异大等特点，国内还没有比较成熟的工艺控制标准。因此,探索出一套既适宜500KA电解槽热、电、磁及流体场，又适应企业供电特点的焙烧启动技术及正常生产工艺路线，对大容量电解槽生产安全、稳定、优质、高产、低耗具有重要意义。本文从500KA电解槽的焙烧启动技术优化、富锂钾盐复杂电解质体系的应对措施及寻求最佳工艺技术条件等方面进行简单的阐述。 1、500KA焙烧启动技术优化， 1．1 焙烧启动异常分享。 我厂于2012年1月开始世界单系产能最大500KA电解槽的焙烧启动，当时没有较为成熟的500KA电解槽焙烧启动经验。而500KA电解槽槽壳长度达到19.56m ,而宽度变化不大。在焙烧启动过程中，电解槽空间各部位升温梯度及均衡性极难控制。我厂一系列焙烧启动期间，槽壳从两个端头向槽中心呈弧形凸起，摇篮架脱离支撑梁最高达到70mm；焙烧温度不均衡，中缝温度达到980℃，侧部温度630度左右，槽内温差大；启动后槽壳温度侧部窗口达到470℃，底部温度110℃，槽壳上部热应力大于槽下部，导致槽壳上口膨胀大于下口，从而形成槽壳呈弧形上凸变形。分析认为：焙烧启动期槽壳变形主要是由于焙烧启动期间槽壳上部升温过快，槽内衬材料急剧膨胀，槽底部受热不均形成的。因此，在二系列焙烧启动过程中优化了焙烧启动工艺,整个系列330台电解槽没有出现一台槽壳变形的现象. 1．2改善措施 针对500KA电解槽焙烧过程中，中缝升温过快，侧部升温慢情况，我厂在焙烧启动过程中，进行了一系列改进。主要控制要点如下： 改进分流方式。重点对二次分流量及分流点改进，增大分流量后，焙烧最大冲击电压不到3.5V（见图1）。 改空腔焙烧为实腔焙烧。阳极中缝下面铺300mm的电解质，然后加盖冰晶石，物料高度高出阳极高度2mm。 保证阳极间缝内无物料。用效应棒和电解质覆盖严实，防止冰晶石落入极间缝隙。再在阳极上铺厚度17cm冰晶石保温。 （4）控制分流器拆卸时机。槽电压低于3V开始拆卸分流器，防止分流器拆卸过早，电解槽升温过快。 （5）控制焙烧时间和启动时电解质灌入量。焙烧时间不超过90小时，灌电解质时，中缝温度950℃以上，数量不超过12吨。 （6） 采用低电压无效应启动技术。启动时电压控制在7V以下，24小时内电压控制在6.2--7V之间.启动后3个小时开通氧化浓度控制。 （7） 控制极上冰晶石向槽内的加入量和加入速度。阳极中缝边熔化边加入,在16小时内把极上冰晶石推入槽内,保证电解槽不出现干烧和电解质表面发白现象。 （8）分子比控制在2.9--3.0之间，一个月后除工艺参数控制外，电解槽操作/管理快速转入正常期。 图1通电冲击电压统计曲线图 图2焙烧期间电解槽升温曲线图 2、多项措施应对富锂、钾盐复杂电解质 我厂长期使用富锂氧化铝导致电解槽中电解质的氟化锂大量富集，目前氟化锂含量达到5.6%，氟化钾含量达到2.4%。经过实施一些有效措施和工艺技术条件的匹配，我厂电解槽运行平稳，取得较好经济技术指标。 2.1高锂、钾盐含量的电解质体系对电解生产的影响。. 2.1.1高锂、钾盐含量电解质对电解铝生产负面影响。 高锂盐电解质体系，致使电解槽槽温度降低。 电解质对氧化铝的溶解能力差。电解质中1%的氟化锂降低氧化铝的溶解速度5%左右。1%的氟化锂降