一种竖式电极铝电解槽预热启动方法与流程

本发明属于铝冶炼领域，涉及一种竖式电极铝电解槽的预热启动方法。

背景技术：

目前，惰性阳极铝电解技术正在向工业化迈进。惰性阳极铝电解槽的结构比较灵活，可以像预焙炭阳极铝电解槽一样水平布置，也可以竖式布置。采用电极竖式布置的惰性阳极铝电解槽，由于电极面积可以成倍的增加，从而减少电解槽体积、增加产率、减少散热，弥补惰性阳极理论分解电压高于炭阳极的缺点。此外，增加电极面积还可以使电极在相对偏低的电流密度下运行，以降低惰性电极的腐蚀速率。所以竖式电极结构的惰性阳极铝电解槽更具有优势。

对于竖式电极结构的惰性阳极铝电解槽，特别是阴极和电解槽炉膛砌筑在一起，阴极固定在炉膛内的竖式电极结构电解槽，阴极的寿命基本决定了电解槽的寿命，所以预热启动过程将非常重要。

传统预焙阳极铝电解槽常用的预热启动方法有：焦粒焙烧、铝液焙烧、燃气焙烧等。这些焙烧方法的形式尽管不同，但都是需要阳极参与焙烧，并且当达到目标温度后，灌入液体电解质，直接通电即可实现启动电解槽。

对于水平结构的惰性阳极铝电解槽，其预热启动可先采用炭阳极和传统的焙烧方法(例如，焦粒焙烧或燃气焙烧)，灌入液体电解质，通电启动以后，再将炭阳极逐步更换为惰性阳极。

然而对于阴极固定在炉膛内的竖式结构惰性阳极铝电解槽，由于阴极“竖立”在炉膛内部，不太适合直接采用上述的方法。所以，对于阴极固定在炉膛内的竖式电极铝电解槽需要一种适合其结构特点的预热启动方法。

技术实现要素：

本发明的目的就是针对阴极固定在炉膛内的竖式电极结构铝电解槽的结构特点，提供一种新的预热启动方法。该方法能够预热炉膛、熔化电解质，在惰性电极更换过程，还能够保持槽电压和电流分布相对均衡，单槽启动不影响系列电流，实现无扰动启动。

上述发明是通过下述方案实现的：

一种竖式电极铝电解槽预热启动方法，包含如下步骤：

(1)首先将若干组预热焙烧管，均匀地布置在电解槽炉膛内，所述预热焙烧管包括燃烧器和燃烧器喷嘴；

预热焙烧管上还设有阴极保护罩，阴极保护罩能够保护阴极，避免燃烧器喷出的火焰或高温烟气直接冲刷阴极，并且还具备通电加热的功能；

(2)给燃烧器通燃气和空气，使燃烧器能够喷出火焰或高温烟气，用于预热焙烧电解槽；待电解槽炉膛内的温度达到目标温度后，停止燃气和空气的供应，燃烧器停止工作；

(3)给阴极保护罩通电，其发热功率能够维持电解槽炉膛的温度；

(4)电解槽内灌入液体电解质，逐步将阴极保护罩拔出，更换惰性阳极，在电解槽内的阴极保护罩仍继续加热，维持电解质熔体的温度，直至阴极保护罩全部拔出，惰性阳极更换完毕。

进一步地，步骤(2)和步骤(3)，同时进行或交替进行，使其达到目标温度，并保持在目标温度。在燃烧器工作的同时就给阴极保护罩通入直流电，使阴极保护罩加热，辅助电解槽的预热焙烧。

进一步地，一组预热焙烧管带有1个或多个燃烧器和阴极保护罩，燃烧器和阴极保护罩连接。

进一步地，所述阴极保护罩为表面带有耐蚀保护材料的金属导电体，可以在预热启动过程抵抗火焰、高温烟气、电解质熔体以及气体的腐蚀。

进一步地，所述阴极保护罩，在通直流电发热时，电解槽内全部阴极保护罩的总直流电流等于或小于该电解槽正常电解时直流电流。

进一步地，所述燃烧器可以在预热启动过程抵抗火焰、高温烟气、电解质熔体以及气体的腐蚀。

进一步地，在炉膛底部、阴极保护罩与炉膛底部接缝处，撒一层焦粒、电解质粉或冰晶石的一种或多种，以避免燃烧器喷出的火焰或高温烟气直接冲刷炉膛底部。

进一步地，所述预热启动过程，采用分流片分流来降低直流电流的方法，使阴极保护罩通入的直流电小于该电解槽正常电解时的直流电流。

本发明的有益效果为：

本发明所述方法能够预热炉膛、熔化电解质，在惰性电极更换过程，还能够保持槽电压和电流分布相对均衡，单槽启动不影响系列电流，实现无扰动启动。

附图说明

图1为竖式电极结构铝电解槽及其预热焙烧装置(阴极保护罩分体式)；(a)1/4槽结构示意图；(b)将预热焙烧装置布置在槽中；

图2为竖式电极结构铝电解槽及其预热焙烧装置(阴极保护罩组合式)；(a)1/4槽结构示意图；(b)将预热焙烧装置布置在槽中；

图3为竖式电极结构铝电解槽及其预热焙烧装置(无燃烧器)；(a)1/4槽结构示意图；(b)将预热焙烧装置布置在槽中；

附图标记说明：

1、炉膛底部内衬一；2、可润湿性阴极一；3、炉膛侧部内衬一；4、燃烧器一；5、阴极保护罩负极引出母线一；6、阴极保护罩正极引出母线一；7燃烧器喷嘴一；8阴极保护罩一； 9割缝一；

10、炉膛底部内衬二；11、可润湿性阴极二；12、炉膛侧部内衬二；13、燃烧器二；14、阴极保护罩负极引出母线二；15、阴极保护罩正极引出母线二；16阴极保护罩二；17燃烧器喷嘴二；

18、炉膛底部内衬三；19、可润湿性阴极三；20、炉膛侧部内衬三；21、阴极保护罩负极引出母线三；22、阴极保护罩正极引出母线三；23割缝三；24阴极保护罩三。

具体实施方式

本发明的一种竖式电极铝电解槽预热启动方法包含：

(1)首先将若干个带有阴极保护罩的燃烧器，均匀地布置在电解槽炉膛内。阴极保护罩能够保护阴极，并且还具备通电加热的功能；

(2)给燃烧器通燃气和空气，使燃烧器能够喷出火焰或高温烟气，用于预热焙烧电解槽；

(3)待电解槽炉膛内的温度达到目标温度后，停止燃气和空气的供应，燃烧器停止工作；

(4)给阴极保护罩通电，其发热功率能够维持电解槽炉膛的温度；

(5)灌入液体电解质，逐步将燃烧器和阴极保护罩拔出，更换惰性阳极。在电解槽内的阴极保护罩仍继续加热，维持电解质的温度，直至将全部阴极保护罩拔出，惰性阳极更换完毕。

步骤(1)中的阴极保护罩与燃烧器连接；

步骤(4)中，当给阴极保护罩通直流电时，其直流电等于或小于该电解槽正常电解时直流电流；燃烧器和阴极保护罩直流电加热同时工作，共同预热焙烧电解槽；或跳过步骤(2) 和(3)直接采用阴极保护罩通直流电加热来预热焙烧电解槽。

下面结合实施例对本发明作进一步的描述，但并非对其保护范围的限制。

实施例1

本实施中电解槽及预热焙烧装置的结构如图1所示。

该电解槽为40kA惰性阳极铝电解槽，图1中显示为1/4槽。每组阴极长150cm，高30cm，由六块小阴极并列组合而成可润湿性阴极一2。每组预热焙烧管由一个燃烧器一4和燃烧器喷嘴一7组成，燃烧器一4和一个阴极保护罩一8组合装配。每个阴极保护罩一有一根负极引出母线一5和一根正极引出母线一6。燃烧器一4、燃烧器喷嘴一7、阴极保护罩一8均为耐热不锈钢(310s)材质。每组阴极保护罩上均有若干条割缝一9，为调整阴极保护罩电阻而设置。

每组预热焙烧管均自带有保温密封的盖子，在预热焙烧过程可以对电解槽进行保温和密封。图1为了显示电解槽和预热焙烧装置的内部结构，没有画出保温密封的盖子。

该电解槽预热焙烧时，先给燃烧器通入天然气和空气，天然气和空气在燃烧器喷嘴处混合燃烧，喷出火焰和高温烟气，用于预热和焙烧电解槽。并通过控制天然气和空气的供应速度来控制炉膛的升温速度。

待炉膛内的平均温度达到750℃以上时，停止天然气和空气的供应。单独拔出燃烧器，留阴极保护罩在电解槽内。

给阴极保护罩通直流电。其中正极引出母线一6压接在电解槽的横梁母线上(电解槽进电端)，负极引出母线一5压接在电解槽的阴极母线上(电解槽出电端)。所有阴极保护罩通过的直流总电流与电解槽正常工作时电流相同。直流电流接通后，阴极保护罩的正负极电压为3.7V。

向电解槽炉膛内灌入电解质熔体，直至炉膛内电解质熔体的高度达到35cm以上。阴极保护罩继续加热，使电解质熔体温度升高。同时调整电解质成分，直到电解质成分和温度达到惰性阳极运行状态时的标准。正常电解温度850℃。

从电解槽炉膛中按组拔出阴极保护罩，更换为惰性电极。惰性阳极对应电解槽中的阴极，形成阴极和阳极交错排列的竖式结构。惰性阳极全部更换完毕后，惰性电极承担所有直流电流，槽电压3.88V。

启动过程平稳，系列直流电流无变化，槽电压无大幅波动，电流分布均匀。

实施例2

本实施中电解槽及预热焙烧装置的结构如图2所示。

该电解槽为40kA惰性阳极铝电解槽，图2中显示为1/4槽。每组阴极长150cm，高30cm，由若干块小阴极并列组合而成可润湿性阴极二11。每组预热焙烧管由三个燃烧器二13和三个燃烧器喷嘴二17，三个燃烧器和能保护三组阴极的阴极保护罩二16组合装配。阴极保护罩二16上有一根正极引出母线二15和两个负极引出母线二14。燃烧器二13、燃烧器喷嘴二 17、阴极保护罩二16均为耐热不锈钢(310s)材质。

每组预热焙烧管均自带有保温密封的盖子，可以为电解槽在预热焙烧过程进行保温和密封。图2为了显示电解槽和预热焙烧装置的内部结构，没有画出保温密封的盖子。

该电解槽预热焙烧时，先给燃烧器通入天然气和空气，天然气和空气在燃烧器喷嘴处混合燃烧，喷出火焰和高温烟气，用于预热和焙烧电解槽。

在燃烧器工作的同时，将阴极保护罩通直流电。其中正极引出母线二15压接在电解槽的横梁母线上(电解槽进电端)，负极引出母线二14压接在电解槽的阴极母线上(电解槽出电端)。所有阴极保护罩通过的直流总电流与电解槽正常工作时电流相同。直流电流接通后，阴极保护罩的正负极电压为2.3V。

阴极保护罩发热辅助电解槽的预热和焙烧。并通过控制天然气和空气的供应速度来控制炉膛的升温速度。

待炉膛内的平均温度达到850℃时，停止天然气和空气的供应。单独提出燃烧器，留阴极保护罩在电解槽内。

向电解槽炉膛内灌入电解质熔体，直至炉膛内电解质熔体的高度达到35cm以上。阴极保护罩继续加热，维持电解质熔体的温度。同时调整电解质成分，直到电解质的成分和温度达到惰性阳极运行的标准。正常电解温度850℃。

从电解槽炉膛中按组拔出阴极保护罩，更换为惰性电极。每组惰性阳极有3列，分别对应电解槽中的阴极，形成阴极和阳极交错排列的竖式结构。惰性阳极全部更换完毕后，惰性电极承担所有直流电流，槽电压3.9V。

启动过程平稳，系列直流电流无变化，槽电压无大幅波动，电流分布均匀。

实施例3

本实施中电解槽及预热焙烧装置的结构如图3所示。

该电解槽为40kA惰性阳极铝电解槽，图3中显示为1/4槽。每组阴极长150cm，高30cm，由六块小阴极并列组合而成可润湿性阴极三19。每组预热焙烧管仅有一个阴极保护罩三24，不带燃烧器。每个阴极保护罩有一根负极引出母线三21和一根正极引出母线三22。阴极保护罩三24为耐热不锈钢(310s)材质。每组阴极保护罩上均有若干条割缝三23，为调整阴极保护罩电阻而设置。

每组预热焙烧管均自带有保温密封的盖子，在预热焙烧过程可以对电解槽进行保温和密封。图3为了显示电解槽和预热焙烧装置的内部结构，没有画出保温密封的盖子。

该电解槽预热焙烧时，给阴极保护罩通直流电。其中正极引出母线三22压接在电解槽的横梁母线上(电解槽进电端)，负极引出母线三21压接在电解槽的阴极母线上(电解槽出电端)。

为了能够控制阴极保护罩的发热功率，以控制炉膛的升温速度，采用四组分流片，直接连接电解槽进电端阳极母线和出点端阴极母线。初始升温时，四组分流片分担大部分直流电，总槽电压2.8V。随着温度升高，逐步拆除分流片，槽电压逐步升高。最终分流片全部拆除，阴极保护罩承担全部直流电，总槽电压3.9V。

待炉膛内的平均温度达到750℃以上时，向电解槽炉膛内灌入电解质熔体，直至炉膛内电解质熔体的高度达到35cm以上。阴极保护罩继续加热，使电解质熔体温度升高。同时调整电解质成分，直到电解质成分和温度达到惰性阳极运行状态时的标准。正常电解温度850℃。

从电解槽炉膛中按组拔出阴极保护罩，更换为惰性电极。惰性阳极对应电解槽中的阴极，形成阴极和阳极交错排列的竖式结构。惰性阳极全部更换完毕后，惰性电极承担所有直流电流，槽电压3.92V。

启动过程平稳，系列直流电流无变化，电流分布均匀。