專利名稱：一種異形結(jié)構(gòu)陰極鋁電解槽焙燒方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋁電解技術(shù)領(lǐng)域，涉及高溫熔鹽鋁電解槽的焙燒方法，特別涉及一種
異形結(jié)構(gòu)陰極鋁電解槽焙燒方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)行鋁電解槽工作溫度高達(dá)96(TC左右，而新建或大修后鋁電解槽均在室溫下筑 成，因此，新建或大修后鋁電解槽在進(jìn)入電解工作前，要經(jīng)過焙燒啟動過程。電解槽的焙燒 啟動雖然只有短短的幾天，但焙燒質(zhì)量對電解槽啟動后的工作狀態(tài)產(chǎn)生重大影響，尤其是 對電解槽壽命產(chǎn)生決定性影響。 當(dāng)前，鋁電解槽的焙燒方法主要有三種鋁液焙燒法(如US4181583)，焦粒焙燒法 (如JP55006965)和燃料焙燒法(CN1284572)。上述三種方法在焙燒過程中均存在各自優(yōu) 缺點(diǎn)，鋁液焙燒法盡管操作方便，但是由于高溫液體金屬(80(TC 90(TC )的直接加入，導(dǎo) 致陰極表面和扎糊的溫度上升過快，在熱應(yīng)力的作用下，很容易使陰極內(nèi)襯產(chǎn)生裂紋，給電 解槽漏爐帶來隱患，從而降低了鋁電解槽使用壽命。燃料焙燒法可通過調(diào)節(jié)燃燒器來控制 加熱速度，加熱速度可控性好，并可通過移動加熱器來控制溫度分布，陰極表面溫度分布較 為均勻。但燃料焙燒需要專用復(fù)雜的燃料焙燒裝置，操作難度大，在電解高溫環(huán)境使用燃 油、燃?xì)獾陌踩胧┍仨毜轿?。從工藝的角度，該法最大的缺點(diǎn)是陰極表面氧化問題。由于 高溫?zé)煔獾难鹾靠刂埔约叭紵臻g的密封問題難以解決，陰極表面被煙氣和空氣氧化無 法避免，嚴(yán)重時陰極炭塊和扎糊燃燒，盡管采取了一切可能的防氧化措施，但陰極氧化問題 一直是電解槽破損的重要隱患和燃料焙燒法推廣應(yīng)用的主要障礙。焦粒焙燒法避免了鋁液 焙燒法在焙燒初期陰極斷面溫度梯度大和燃料焙燒法工藝復(fù)雜、成本高及陰極表面氧化嚴(yán) 重等缺陷，被作為現(xiàn)行大型預(yù)焙鋁電解槽焙燒的主要方法，該方法成熟度較高，也是我國現(xiàn) 行鋁電解工業(yè)焙燒啟動的最常用方法。但焦粒焙燒過程中，如操作不當(dāng)，陰、陽極電流分布 不均勻，局部電流過度集中，容易出現(xiàn)個別陽極鋼爪發(fā)紅或陽極脫落等現(xiàn)象，隨著焙燒的進(jìn) 行，表面溫度梯度逐漸增大，其局部最高溫度可達(dá)160(TC，最低溫度為50(TC，最大溫差高 達(dá)110(TC，陰極表面熱應(yīng)力不均勻，從而導(dǎo)致陰極內(nèi)襯出現(xiàn)裂紋。 針對曲面陰極、網(wǎng)狀陰極及開溝(凸起)陰極等異形陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽，焙燒啟動 質(zhì)量的好壞直接決定著異形陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽使用壽命的長短。由于異形陰極結(jié)構(gòu)鋁電解 槽的陰極與現(xiàn)行普通鋁電解槽陰極水平表面結(jié)構(gòu)不同，其焙燒方法無法直接采用現(xiàn)行普通 平面陰極鋁電解槽的焙燒方法。從上述的焙燒方法來看，鋁液焙燒法和燃料焙燒法固有的 缺點(diǎn)在異形陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽上仍無法克服，且由于陰極表面呈非水平式，采用焦粒進(jìn)行 焙燒時，陰極表面上各處的焦粒厚度不一，導(dǎo)致通電焙燒時，焦粒厚處的電流比焦粒薄處的 電流少，電流局部集中，產(chǎn)生的熱應(yīng)力容易引起陰極開裂，降低槽壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種異形結(jié)構(gòu)陰極鋁電解槽焙燒方法，以解決采用傳統(tǒng)焙
3燒方法的異形陰極表面鋪設(shè)焦粒后陰極電流分布不均的問題。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下 —種異形結(jié)構(gòu)陰極鋁電解槽焙燒方法，所述的異形結(jié)構(gòu)陰極包括曲面陰極、網(wǎng)狀 陰極凸起陰極和開溝陰極，其特征在于，包括以下步驟將異形結(jié)構(gòu)陰極表面的凹處用鋁 粉或與凹處對應(yīng)形狀的鋁塊進(jìn)行填充，使得填充后的表面與異形陰極凸起面在同一水平 面上，形成一個陰極平面，在陰極平面上鋪設(shè)一層焦粒，掛上陽極通電焙燒，直到陰極表面 60 70%的面積達(dá)到或超過900°C ，且槽內(nèi)60%以上面積有8 10cm厚的熔融電解質(zhì)后， 再灌入電解質(zhì)進(jìn)行濕法啟動或采用干法啟動。 針對所述的異形結(jié)構(gòu)陰極，采用各種對應(yīng)形狀和尺寸的鋁塊，或粒度為0. 1 5mm
的鋁粉，或鋁粉與鋁塊的復(fù)合，用于填充異形陰極凹處，以平整異形陰極上表面。 針對所述的異形結(jié)構(gòu)陰極，用鋁粉填充異形陰極凹處，以平整異形陰極上表面，鋁
粉粒度范圍為0. 1 5mm。 在鋁塊與陰極表面間接觸處撒上一層石墨粉或金屬鋁粉，其粒度為0. 1 2mm，厚 度為0. 5 lcm，以增強(qiáng)鋁塊與陰極表面接觸處的導(dǎo)電性能。在填平后的陰極表面上所鋪設(shè)焦粒的粒度為0. 1 3mm，厚度為1 3cm。
有益效果 本發(fā)明采用一種鋁塊(鋁粉)-焦粒復(fù)合焙燒技術(shù)。針對不同異形陰極結(jié)構(gòu)的需 要，可將鋁液各種對應(yīng)形狀和規(guī)定尺寸的鋁塊，或采用粒度為0. 1 5mm的鋁粉，或采用鋁 粉與鋁塊的復(fù)合，用于填充異形陰極凹處，以平整異形陰極表面。同時，為了防止鋁塊與陰 極界面接觸不好而出現(xiàn)電弧現(xiàn)象，可在鋁塊與陰極間界面處撒上一層厚度為0. 5 lcm的 石墨粉或金屬鋁粉，其粒度為0. 1 2mm，以增強(qiáng)接觸處的導(dǎo)電性能。本發(fā)明的鋁塊(鋁 粉)-焦粒焙燒技術(shù)，主要基于金屬鋁(電阻率為0.029ii *Qm)具有良好導(dǎo)電能力的特性， 且遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于炭素陰極的導(dǎo)電性能(電阻率20 50 i！ Qm)，當(dāng)異形陰極凹凸處存在高度差 時，鋁塊填充在異形陰極凹處，鋁塊起著導(dǎo)電的橋梁，有效地增大了異形陰極凹處炭塊的電 流強(qiáng)度，提高異形陰極焙燒時電流分布的均勻性。如果在異形陰極凹處填充焦粒，因焦粒的 電阻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于炭素陰極塊，以致異形陰極凹處沒有電流流過，造成異形陰極凹凸部分電 流分布不均。針對異形陰極結(jié)構(gòu)表面非水平式，將凹處填充著導(dǎo)電性良好的鋁塊，大大降低 了異形陰極凸凹處電阻差，解決了異形陰極表面鋪設(shè)焦粒后陰極電流分布不均的問題。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于 1、采用鋁塊(鋁粉)-焦粒復(fù)合焙燒技術(shù)，既避免了鋁液焙燒法焙燒初期對陰極內(nèi) 襯的熱沖擊，又解決了異形陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽單獨(dú)采用焦粒焙燒時因焦粒厚度差異較大而 導(dǎo)致的陰極電流分布不均等問題。 2、該技術(shù)中由于采用鋁塊(鋁粉)進(jìn)行焙燒，當(dāng)焙燒溫度高于鋁的熔點(diǎn)(660°C ) 時，鋁塊熔化成液體，在異形陰極凹處的液體鋁逐漸連成一片，因鋁液既是電的良導(dǎo)體又是 熱的良導(dǎo)體，這樣有利于陰極表面的電流和溫度分布均勻，克服了普通鋁電解槽上采用焦 粒焙燒時焙燒后期出現(xiàn)的電流局部集中和陰極表面溫度分布不均等缺點(diǎn)，提高了陰極內(nèi)襯 的焙燒質(zhì)量。 這種鋁塊(鋁粉)_焦粒復(fù)合焙燒技術(shù)有利于陰極表面的電流和溫度分布均勻，減 小熱震，既避免了鋁液焙燒法對陰極內(nèi)襯的熱沖擊，又解決了異形陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽單獨(dú)采用焦粒焙燒時因焦粒厚度差異較大而導(dǎo)致的陰極電流分布不均等問題，提高了陰極內(nèi)襯 的焙燒質(zhì)量。


圖l為曲面陰極鋁電解裝爐示意圖。曲面陰極5凹處采用對應(yīng)形狀的鋁塊3填平， 并在鋁塊與陰極界面處撒上石墨粉或金屬鋁粉4，以增強(qiáng)鋁塊與曲面陰極表面的接觸。最后 鋪上一層焦粒2(即石油焦粉末)，陽極1直接壓在焦粒上。 圖2為網(wǎng)狀陰極鋁電解裝爐示意圖。在網(wǎng)狀陰極6凹處采用對應(yīng)形狀的鋁塊3填 平，再在其表面鋪上一層焦粒2，陽極1直接壓在焦粒上。 圖3為開溝(凸起)陰極鋁電解裝爐示意圖。在開溝(凸起)陰極8凹處采用鋁 粉7填平，再在其表面鋪上一層焦粒2，陽極1直接壓在焦粒上。
具體實(shí)施例方式通過實(shí)例和附圖對本發(fā)明的鋁塊(鋁粉)-焦粒焙燒技術(shù)進(jìn)一步說明
實(shí)施例1 以300kA曲面陰極和網(wǎng)狀陰極預(yù)焙鋁電解槽為例，針對曲面陰極5(如圖1)和網(wǎng) 狀陰極6(如圖2)，鋁塊形狀與曲面或網(wǎng)狀陰極上表面相吻合如圖1和2中鋁塊3所示，鋪 放鋁塊3之前，可在曲面陰極表面上撒上一層厚度為0. 5 lcm石墨粉或金屬鋁粉4 (如圖 1)，也可直接將鋁塊鋪在陰極凹處，使陰極上表面在同一水平面上，再在鋁塊填充后的陰極 水平表面上鋪設(shè)一層厚度1 3cm的焦粒2(焦粉粒度為0. 1 3mm)，掛上陽極l，安裝分 流片，陽極導(dǎo)桿與陽極母線間采用軟母線進(jìn)行連接，按預(yù)定位置安放熱電偶，堆砌電解質(zhì)塊 裝爐，通電后焙燒65 75h，槽電壓從最初的4. 0 4. 2V(沖擊電壓為5. 0 5. 2V)逐步降 至2. 0 2. 2V，待中縫、陽極縫間的冰晶石熔化成一定高度(10 15cm)的電解質(zhì)液，陰極 表面溫度從室溫焙燒逐步升至900 95(TC時，至此，電解槽焙燒完成，可開始啟動，大修槽 可采用從其他生產(chǎn)槽中抽取電解質(zhì)灌入啟動電解槽中，進(jìn)行濕法啟動。新建鋁廠第一臺槽 可采用干法啟動。
實(shí)施例2 以300kA開溝(凸起)陰極預(yù)焙鋁電解槽為例，針對開溝(凸起)陰極8(如圖3)， 采用鋁粉7(粒度為0. 1 5mm)填充在陰極凹處，使陰極上表面在同一水平面上，再在陰極 水平表面上鋪設(shè)一層厚度1 3cm的焦粒2(焦粉粒度約為1 3mm)，掛上陽極l，安裝分 流片，陽極導(dǎo)桿與陽極母線間采用軟母線進(jìn)行連接，按預(yù)定位置安放熱電偶，堆砌電解質(zhì)塊 裝爐，通電后焙燒60 70h，槽電壓從最初的4. 0 4. 2V(沖擊電壓約為5. 1 5. 3V)逐步 降至2. 1 2. 3V，待中縫、陽極縫間的冰晶石熔化成一定高度(10 15cm)的電解質(zhì)液，陰 極表面溫度從室溫焙燒逐步升至900 95(TC時，至此，電解槽焙燒完成，可開始啟動，大修 槽可采用從其他生產(chǎn)槽中抽取電解質(zhì)灌入啟動電解槽中，進(jìn)行濕法啟動。新建鋁廠第一臺 槽可采用干法啟動。
權(quán)利要求
一種異形結(jié)構(gòu)陰極鋁電解槽焙燒方法，所述的異形結(jié)構(gòu)陰極包括曲面陰極、網(wǎng)狀陰極凸起陰極和開溝陰極，其特征在于，包括以下步驟將異形結(jié)構(gòu)陰極表面的凹處用鋁粉或與凹處對應(yīng)形狀的鋁塊進(jìn)行填充，使得填充后的表面與異形陰極凸起面在同一水平面上，形成一個陰極平面，在陰極平面上鋪設(shè)一層焦粒，掛上陽極通電焙燒，直到陰極表面60～70％的面積達(dá)到或超過900℃，且槽內(nèi)60％以上面積有8～10cm厚的熔融電解質(zhì)后，再灌入電解質(zhì)進(jìn)行濕法啟動或采用干法啟動。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的異形結(jié)構(gòu)陰極鋁電解槽焙燒方法，其特征在于針對所述的 異形結(jié)構(gòu)陰極，采用各種對應(yīng)形狀和尺寸的鋁塊，或粒度為0. 1 5mm的鋁粉，或鋁粉與鋁 塊的復(fù)合，用于填充異形陰極凹處，以平整異形陰極上表面。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的異形結(jié)構(gòu)陰極鋁電解槽焙燒方法，其特征在于針對所述的 異形結(jié)構(gòu)陰極，用鋁粉填充異形陰極凹處，以平整異形陰極上表面，鋁粉粒度范圍為0. 1 5mm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的異形結(jié)構(gòu)陰極鋁電解槽焙燒方法，其特征在于，在鋁塊與陰 極表面間接觸處撒上一層石墨粉或金屬鋁粉，其粒度為0. 1 2mm，厚度為0. 5 lcm，以增 強(qiáng)鋁塊與陰極表面接觸處的導(dǎo)電性能。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1 4任一項(xiàng)所述的異形結(jié)構(gòu)陰極鋁電解槽焙燒方法，其特征在于，在 填平后的陰極表面上所鋪設(shè)焦粒的粒度為0. 1 3mm，厚度為1 3cm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種異形結(jié)構(gòu)陰極鋁電解槽焙燒方法，將異形結(jié)構(gòu)陰極表面的凹處用鋁粉或與凹處對應(yīng)形狀的鋁塊進(jìn)行填充，使得填充后的表面與異形陰極凸起面在同一水平面上，再在陰極平面上鋪設(shè)一層焦粒，掛上陽極通電焙燒，直到陰極表面60～70％的面積達(dá)到或超過900℃，且槽內(nèi)60％以上面積有10cm厚的熔融電解質(zhì)后，再灌入電解質(zhì)進(jìn)行濕法啟動或采用干法啟動。這種鋁塊/鋁粉-焦粒復(fù)合焙燒技術(shù)有利于陰極表面的電流和溫度分布均勻，減小熱震，既避免了鋁液焙燒法對陰極內(nèi)襯的熱沖擊，又解決了異形陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽單獨(dú)采用焦粒焙燒時因焦粒厚度差異較大而導(dǎo)致的陰極電流分布不均等問題，提高了陰極內(nèi)襯的焙燒質(zhì)量。
文檔編號C25C3/00GK101724859SQ200910226630
公開日2010年6月9日 申請日期2009年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月15日
發(fā)明者丁鳳其, 呂曉軍, 李劼, 謝長春, 賴延清 申請人:中南大學(xué)