摘要：焙烧工艺是将铝电解由低温的状态逐步向高温的状态转换，这项工艺的主要内容就是焙烧工艺的选择，使内衬中的水分可以及时的排出。针对电解槽焙烧启动期间造成铝电解槽破损的问题，我们从焙烧工艺和设备进行了不断探索，严抓筑炉和焙烧启动操作质量，进一步延长了电解槽寿命。本文通过分析各类焙烧的工艺，分析其对电解过程产生的影响，并提出了相应的改进措施。
关键词：焙烧；工艺；铝电解槽
一、预焙铝电解槽焙烧的目的和要求
焙烧的目的：排除砌体水分，加热槽体；焦化炭块之间和阴极钢棒周围的糊料；使阴极接近或达到正常作业温度；焙烧期间熔化了的高分子比电解质渗入炉底，起到堵塞裂缝、修补缺陷的作用；加热阳极及装炉物料，使阳极温度达到生产温度，熔化物料，满足启动需要；满足电解槽内炭素材料对碱性物质的大量吸收。
焙烧的要求：均匀缓慢的加热电解槽阴极内衬、阳极以及装炉物料，使三者达到一定的温度条件，以利于下一步的启动操作。
二、焙烧方法和各类的优缺点
1、焦粒焙烧法。焦粒焙烧法是在电解槽内铺设一层电阻层，其厚度为15毫米，在电力接通后，在阴极和阳极之间会产生热量，形成电解槽的焙烧。焦粒焙烧法的热量主要是由阴极的炭块提供，在焙烧的过程中，不会出现温度骤升的问题，温度是在常温的基础上慢慢地提高，可以有效的防止槽因为温度骤升而发生破裂的问题。而且在加热的过程中，不需要借助其他的设备，而且焙烧在短时间内就能完成，焙烧的效率非常高。但是焦虑焙烧法也存在一定的局限性，其传热不具有均匀性，导致了局部的温度过高，阳极的电流不能平均的分布，会导致局部过热的问题。
2、石墨粉焙烧法。这种方法的原理与焦粒焙烧法的原理具有相似性，应该先将不同粒径的石墨划分出来，然后将石墨粉放在炉底，铺设的厚度在30毫米左右，通电后即可完成焙烧工艺。石墨焙烧法中，石墨的质地比较软，而且铺设的厚度较大，可以与阳极良好的接触，在电流分布上非常的均匀。而且石墨粉具有较好的导电性。但是这项工艺的各个流程要求非常高，在石墨粉进行铺设的过程中，确保石墨粉必须均匀的分布，否则在导电的过程中会出现不均匀的问题，而且石墨粉的成本非常高。
3、燃气焙烧法。燃气焙烧法主要运用天然气的燃烧产生热量，这种方法会产生大量的火焰，通过热量的辐射作用起到良好的加温效果。燃气焙烧法可以很好地控制加热的速度，通过对加热器的调节，可以确保表面的温度比较均匀，而且不会产生较大的温度梯度，防止在阴极的表面产生裂纹，而且在燃烧中不会产生污染。但是燃气被烧的方法在使用中需要采用保温罩，还要借助专门的燃烧装置，在操作上存在一定的难度，操作的复杂程度高，在燃烧的过程中会消耗大量的燃料。燃气焙烧法要求较高的密封性，烟气容易被氧化，导致电解槽的损坏。
三、焙烧方法与槽寿命的关系
1、焦粒焙烧法与槽寿命的关系。阴极炭块在焦粒焙烧的过程中，会出现电流分布不均匀的问题，而且在局部由于电流的分布集中，会导致局部的温度过高，会产生较大的热应力，在这种情况下，热应力如果超过了材料的极限，就会导致裂纹的产生。如果在焙烧的过程中不能合理的处理这些问题，阴极炭块的局部温度会达到一个临界值，温度过高直接导致炭块的破损，对电解槽产生不良的影响。在焦粒焙烧的过程中，在升温的过程中，对温度的控制能力比较弱，而且槽的周围会产生预热不良的问题。如果焙烧的温度在1200摄氏度以下，在炭中还含有其他的物质，如沥青，这时沥青就会在焦化反应中产生收缩现象，阴极的炭块在高温下容易发生膨胀现象，炭的收缩可以防止炭过分的膨胀。在焙烧工艺完成后，由于收缩和膨胀的效果会导致槽产生裂纹。如果在阴极电流的分布十分不均匀，而且温度梯度比较大，当温度超过1200摄氏度后，阴极的炭块不会继续膨胀，含有沥青的炭中还会发生收缩现象，会导致电解槽的破损。
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2、燃气焙烧法与槽寿命的关系。在运用燃气焙烧法的过程中，如果在低温阶段，焙烧的时间不长，而且焙烧工艺完成的速度比较快，在阴极炭块中会形成较大的温度差，这时阴极炭块内的温度不能及时的扩散，会产生较为集中的热应力，在膨胀反应后，会导致骨料和炭块之间发生黏结的现象，导致阴极炭块发生裂缝。而且在燃烧的过程中，如果不能准确的对燃空比进行配置，会导致氧气的浓度过大，阴极炭块会发生氧化现象。在燃烧的过程中，电解质中会存在大量的炭渣。由于阴极炭块自身的结构存在不均匀的问题，而且在燃烧的过程中喷嘴的分布存在缺陷，就会导致阴极炭块发生氧化现象，导致大量的电解质的渗透，缩短了电解槽的使用年限。
四、改进对策
1、焙烧发热阻和焦粒铺设方法的改进
（1）焙烧发热阻的改进。原来单用煅后焦作为发热阻进行通电焙烧电解槽，现将这种发热阻改为煅后焦和石墨碎的混合料（配比为7∶3）作为发热阻进行通电焙烧，从而大大减少了通电初期对电解槽阴极的热冲击。
（2）铺设方法的改进。原来焦粒的铺设方法是采用栅栏框法和铝框法，在阳极正投影的阴极表面铺设一层20～25mm的长方体焦粒床，这种铺设方法由于阳极本身质量的缺陷等原因，致使阳极底面和焦粒层不能充分接触。为增加阳极底面与焦粒的接触面积，改善阳极电流分布，降低冲击电压，在阳极正投影的阴极表面设计使用焦粒筛，将焦粒层铺设成由368个高为30mm的圆锥体排列成阳极底面大小的长方形。这种铺设方法一方面利用小而密集的圆锥焦粒体填补找平阳极底面凹凸；另一方面，阳极局部挤压焦粒层时，由于锥体之间存在较大空隙，被挤压的焦粒向周围空隙扩散，使阳极底掌其余部分与其他圆锥焦粒体进一步接触，有效地增加了阳极底面与焦粒层的接触面积。
2、分流器的改
进与分流器拆除制度的完善为了减小通电初期对电解槽阴极的冲击，将原来的4套分流器采用8套分流器进行代替分流；并在安装之前对分流器与立柱母线的接触部位进行仔细打磨达到除锈、除尘的目的，使之充分接触，导电良好，有利于分流。
3、延长焙烧时间，提高启动温度
预焙铝电解槽焙烧启动条件：启动前焙烧温度必须达到950℃左右、液体电解质高度达到20cm以上，方可启动。这样可保证电解槽的整个阴极内衬完全焙烧，减少对阴极内衬的热冲击。原来电解槽焙烧时间为3天（72h），平均启动温度为780～870℃，液体电解质量少，达不到启动条件，启动时存在一定的困难，如灌入的液体电解质对电解槽阴极尤其是边部炭糊和侧炭的冲击较大。为达到理想的启动条件，经试验，将电解槽焙烧时间延长至4天（96h），电解槽达到了较为理想的焙烧启动条件，焙烧平均启动温度达到890～960℃，物料熔化较为完全，液体电解质量增加，电解槽启动容易，电解质也容易灌进去，消除了启动时抬电压阳极脱离电解质发生断路等安全隐患，同时，对电解槽阴极及边部炭糊和炭块的冲击较小。另外，焙烧期间能产生足够的电解质液，可从中析出高分子冰晶石和刚玉α-Al2O3组成坚硬的固体结壳，均匀覆盖在这种具有横向裂纹的捣固糊烧成体与侧部炭块上面形成炉膛。
结语：在焙烧的过程中，铝电解是一个重要的环节，其在电解铝生产中的地位很重要。焙烧的工艺对电解槽的寿命产生很大的影响，所以，应该通过对不同的焙烧方法的分析，完善方法，提高电解槽的使用年限。
参考文献：
[1]赵霞.预焙铝电解槽寿命影响因素分析研究[D].西安建筑科技大学,2015
[2]梁培王.延长240kA异形阴极铝电解槽寿命的方法研究[D].东北大学,2016.
[3]江海霞.莫来石梯度变化对阴极槽整体筑炉用冷捣糊的性能影响[D].兰州理工大学,2018.
论文作者:陈树柏
论文发表刊物:《基层建设》2019年第23期
论文发表时间:2019/11/15
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