预焙阳极电解槽炭渣减少技术

谈预焙开槽阳极在电解槽使用中的问题作者：李鸿斌程生兰来源：《中国科技博览》2013年第24期【摘要】：铝电解预焙阳极炭块是铝电解生产中的一种重要原材料，它在铝电解的生产中起着“心脏”的作用。

阳极炭块内在质量和各项技术参数的设计直接影响着电解生产工艺、经济指标以及生产成本。

本文通过对包铝在200KA预焙槽近几年的使用，探讨了使用过程中出现并注意解决的问题。

【关键词】：电解槽、电压、效应系数、开槽阳极、阳极开裂、阳极掉角。

中图分类号：TQ151.1+51、包铝是在2008年底至2009年初开始使用开槽阳极。

在200KA预焙槽上使用的，目前已使用了三年，目前使用的情况较好，200KA电解系列的生产工艺、经济指标见下表1.。

2、包铝使用的开槽方式为是在生阳极成型过程中成槽。

这种方式的主要优点是：（1）开槽无需额外设备。

（2）不象在机械加工时对生成的碳粉进行收集、运送和循环。

该方式的缺点是：（1）槽的方向受阳极块取出方向的控制。

（2）成槽后的生阳极在搬运过程中易受到损坏，增加了废品率。

这时棍道运输就不如积放式运输好。

（3）在焙烧过程中填充料常填满成型的槽并与表面粘连。

清理槽沟很麻烦，且需要专用的设备。

（4）将清理不彻底的阳极块用于电解生产中，则会增加碳尘量，从而增加了电解质电阻和降低电流效率。

3.1、要加大对开槽阳极的抽检频次及数量，对电解影响较大的抗压强度、真密度、CO2反应性等参数的监控。

包铝在使用使用开槽阳极后，将抽检的取样量由120吨取一个样本，增加到了取两个样本。

这样可以有针对进行使用炭块情况和参数的对比，做到对使用情况的有效监控。

3.2、要加强对开槽炭块的外观检查。

由于开槽阳极开槽方式决定，炭块的强度受到一定影响，再加上运输、吊装等因素造成阳极开裂、阳极掉角、开槽中夹杂的焙烧料较多，将检查不到位的阳极块用于电解生产中，则会增加碳渣量，从而增加了电解质电阻和降低电流效率。

3.2.1、阳极开裂、阳极掉角进入电解生产，则会使开槽阳极通过改善电解质的流动场，来改善电解槽的温度场。

预焙阳极焙烧工艺的优化与实践王喜春高翔李东根焦作万方铝业股份有限公司，河南,焦作 454171摘要：本文介绍了焦作万方对预焙阳极焙烧炉控制方法的改进，炉墙缝的合理设置和填充料的正确使用，最终焙烧温度的确定，焙烧曲线的优化，使挥发分能燃烧充分，降低了重油消耗，产品质量、实收率及外观合格率都得到了大幅提高，铝电解使用性能良好。

火焰移动周期可从36h缩短到27h，效益显著。

关键词：预焙阳极；焙烧工艺；优化；挥发分；充分燃烧；质量提高我国的敞开式环式焙烧炉是在消化80年代初引进的日轻焙烧技术的基础上发展起来的，常用的焙烧工艺不能充分利用挥发分燃烧产生的热量，致使焙烧热能消耗一直较高；挥发分燃烧不充分，造成烟气净化负担较重；升温速度控制不理想，产品质量较差。

焦作万方54室敞开式阳极焙烧炉设计产能为4.2万吨/年，由三个火焰系统组成，每个炉室有8条火道7个料箱，分6层卧装；焙烧炉面设备采用机电一体化燃烧架和机电一体化排烟架，DCS自动控制系统；以重油作燃料；所用生阳极为大颗粒配方，沥青用量为17%；于2001年3月投入生产。

经过对焙烧工艺的不断探索和优化，焦作万方在挥发分充分燃烧、燃料消耗降低、实收率增加、阳极内在质量及外观合格率提高等方面取得了较好效果。

1. 控制方法的改进传统升温曲线一般都是控制每个炉室的每条火道的温度，根据温度情况，用人工调节排烟架风门开度和燃料量进行温度控制。

挥发分开始排出时由于炉室温度低基本不能燃烧，到次高温炉室，炭块挥发分大量排出导致炉室温度超高时，则打开看火孔透入冷空气降温，所以挥发分燃烧产生的热量，没有得到充分利用。

一种方法是只控制燃烧架加热的高温炉室温度，负压控制完全凭人工经验，保证高温炉室不带正压就行了，低温炉室温度不控制。

结果是预热炉室温度跟不上升温曲线，挥发分基本没有燃烧就排入了烟道，燃料消耗高，产品实收率低。

焦作万方阳极焙烧加热设备采用脉冲式燃烧控制器，DCS自动控制系统，可精确对每条火道的温度和负压进行自动调节，控温精度为：预热段±20℃；加热段±2℃。

阳极块预热交换装置在生产中的应用孙晓奎（河南神火集团铝业公司，河南永城476600）发布时间：2009-10-27摘要：电解生产过程中进行阳极交换，影响电解槽稳定运行，恶化环境，还易造成人身伤害事故的发生。

新型阳极预热装置技术生产应用可以充分利用热能、减少热辐射，还可以降低对电解槽技术条件的干扰，节约成本。

关键词：阳极热交换；电解槽；节约成本铝是世界上大量使用的金属, 各种各样的铝材料广泛应用于工业和民用工程中。

随着我国现代化建设的逐步深入，在一些领域中，科学研究、生产实践已经进入国际先进水平的行业。

我国的电解铝生产技术，自20 世纪80 年代初引进160kA 预焙阳极电解槽开始，到现在的300kA 以上级预焙阳极电解槽生产电解铝，已经发生了质的飞跃，成为世界上掌握高电流大型电解槽生产技术的少数几个国家之一，在世界铝工业生产技术上，占有一席重要的地位。

换极作业是大型预焙槽炼铝过程中一项重要的操作内容。

神火铝业有限公司350kA预焙铝电解槽阳极部分采用六点进电，共22组双阳极块，换极周期初步定为30天，与一般中小型预焙槽相比换极的操作面大，且各阳极块组分布的电流较大，所以，在具体的换极作业过程中，不仅工作量大，还易由于热损失使阳极产生偏流从而导致针振等问题。

根据我们实测的新极换上后其48 h导电率随时间变化曲线图，可以发现新极上槽后，1～2 h后阳极开始导电,16 h左右导电量达到正常值70%，此时等距离压降值为2～7 mV左右，24 h左右达到正常值。

研究新极16 h电流分布的意义在于衡量新极的安装精度，因为从电解槽稳定性考虑，要求新极24 h（角部新极48 h）通过满电流时其底掌与其他残极组底掌正好持平。

一、生产现状电解生产过程中进行阳极交换，既拔出低位残极坐上新极，而电解生产用部分阳极潮湿，导致阳极坐入电解槽中电解质飞溅，阳极周边沸腾剧烈，时间长达2个多小时，不仅影响操作质量，期间电压升高，针振增大，从而影响电解槽稳定运行。

铝电解生产中阳极效应原因分析、危害性以及解决措施阳极效应是熔盐电解特有的现象，而以电解铝生产表现优为明显。

生产中当阳极效应发生时，电解槽电压急剧升高，达到20～50V，有时甚至更高。

它的发生对整个电解系列产生很大影响，使电流效率降低，影响电解各个技术指标，且使铝的产量和质量降低，破坏了整个电解系列的平稳供电。

在处理的方法上，不外乎有两种：用效应棒（木棒）熄灭，或降低阳极，增加氧化铝的下料量。

达到熄灭阳极效应的目的。

到目前还未发现有更好的处理方法。

当今社会，特别是西方国家，对铝电解生产中阳极效应的控制极为严格。

目前已从若干年的氟化物转向温室气体PFCs=CF4＋C2F6在阳极效应的发生量（USEPA）。

[4]著名国际铝专家Haupin提出的"瞄准零效应"的管理思路，值得我们思考，Haupin认为，根据铝工业发展的现状，"零效应"管理最为理想。

为此笔者认为：在环保日益重要的今天，铝电解生产中特别是在大型预焙槽生产中应严格控制阳极效应，只要电解槽槽况正常，就不必来效应。

"零效应"管理是铝电解生产今后发展的方向。

1.阳极效应发生的机理到目前关于阳极效应发生的机理众说纷纭，但是较好地解释阳极效应的发生机理的是"阳极过程改变学说" 这种观点认为[1]：阳极效应的发生是由于随着电解过程的进行，电解质中含氧离子逐渐减少，当达到一定程度后，则有氟析出且与阳极炭作用生成炭的氟化物，炭的氟化物在分解时又析出细微的炭粒，这些炭粒附在阳极表面上，阻止了电解质与阳极的接触，使电解质不能很好地湿润阳极，就像水不能湿润涂油的表面一样，使电解质-阳极间形成一层导电不良的气膜，阳极过电压增大，引起阳极效应。

当加入新的氧化铝后，在阳极上又析出氧，氧与炭粉反应，逐渐使阳极表面清静，电阻减小，电解过程又趋于正常。

阳极效应的机理是[4]：Zc=RT/Fin{ic/ic－I}式中Nc-产生阳极效应的浓度过电压；R-气体常数；T-温度，0K；F-法拉第常数；Ic--临界电流密度；i--任一阳极上的最大电流密度；Nc--0.00004308Tin{ ic/ic－I }临界电流密度是溶解氧化铝浓度的函数；然而也受电解质流动，电解质温度，阳极尺寸（包括消耗后阳极的界面变化）和槽膛体积的影响。

铝电解槽应用优质阳极炭块的技术经济分析与评价摘要∶该文主要从铝电解式生产中的阳极损耗、电耗、阳级破坏性故障降低，以及强化输出电压活力等方面和阳级特性的有关问题亲入手，统计并剖析了铝电解槽用优良阳极和普通阳极以及品质较差的阳极之间的区别，并阐述了判别方式，作者认为若使用优良的阳极，吨铝生产成本可降低约三百多元人民币。

关键词：铝电解槽；优质阳极炭块；技术分析一、引言有些铝厂在购进阳极时，谁便宜买了谁的，使中国对高品质阳极的制造遇到了困难。

在铝电解槽产品中，采用质量高品质产品的价格相对较高，还是采用品质一般或质量稍差但产品价格相对低廉的阳极炭块较好呢？两者在铝电解槽应用过程中究竟有多大区别，本文将力图从科技与经济效益上解析和评价这一问题[1]。

二、铝电解槽应用优质阳极炭块的问题近年来，中国国内的阳极炭块交易市场逐渐转向了买方市场，由于产品供应过剩，产品价格一路下降。

在太阳阳极生产原料石油焦和煤沥青料涨价达到40%的情形下，阳级炭块产品为3560-1950元上下。

于是某些炭素厂大打价钱战，用不计成本的低廉产品求得占有行业市场一席之地。

产品价格低，无利润空间，只好用低价质量差的原料和“带病”的设备、落后的工艺以求减少亏损。

只要严密地根据ISO国际标准的十多项技术指标（包含物化特性，应用特性和微量元件）检查是能够辨别优良阳级的。

但由于当前中国国内太阳能炭块产品质量规范，仍是最常见的“硬度”、“阻值率”、“灰分”、“真密度系数”和“体积密度系数”等几个主要技术指标，而大多数厂家对阳级炭块的热学技术应用性能指标以及各种微量元件都还没有测定，所以对太阳能极炭块的质量优良与否，主要是靠在电解槽上的实际使用效果来辨别。

但这种区别时效性较慢，加之很多铝厂都无法保证同一个电解槽上只有同一家厂家出产的炭块，而不同厂家出产的炭块又要分槽利用，所以鱼目混珠，优劣难分。

三、铝电解槽阳极节电计算阳极炭块阻力率通常在52~68μ。

根据焙烧高温、原料品质、阳极制作工艺技术条件等影响阳极电阻率。

浅谈400KA预焙阳极电解槽制作安装工艺摘要：为了延长400kA预焙阳极电解槽的使用寿命和完善综合控制技术，本文介绍和阐述了400KA预焙阳极电解槽制作安装施工的最新工艺，重点是在金属材料钣金放样及制做过程中的新工艺，新办法。

关键词：400KA预焙阳极电解槽钣金放样新工艺1、端侧施工新工艺1.1端板下料工艺，第一步放线加焊接收缩条量，要按设计要求正公差极限下料。

长度加10MM余量，切除小斜侧板相交多余部分，即按设计要求下料一次完成。

多余部分成圆弧形料难以利用而新工艺预先下的料可做其它另部件利用，提高了材料利用率，节约了材料。

1.2端侧板无需先压圆弧再与端侧组焊胎组对固定。

新工艺将压弧与组装端侧板合并为一项工序一次完成，大大的缩小了制作加工时间过去无论是辊压成型、还是双头顶压成型所用时间和人工都长，辊压一个端板最快大约用20至30分钟，2个人组装到组焊胎上固定好也需要约30分钟，画线切割多余部分大约需要30分钟。

新工艺压弧和组装端板合并后，先将端侧板放线，组装、压弧固定，合计约1小时完成任务，压弧工序仅用1分钟便可完成。

仅需加设15个卡具固定，旧工艺需约30个卡具。

新端侧胎具技术亮点：1主要部分是以组装焊接胎具做为端侧板压弧成型胎，使端侧板与胎具紧密结合然后固定。

这样就减去了靠人力强行将端板与胎具严密结合的工序和劳动力。

2第二个亮点是端侧胎上口焊接变形，端板与筋板焊接后变形10MM高有约3：MM间隙，在有卡具固定的部位有约1MM间隙，这就使端侧上口边缓产生3MM以上的波浪弯曲，超出技术规范平直度≤2MM的要求，就需要投入人力去矫正平直，新工艺是在端侧胎上口加焊通长平直卡具，使之通长受力消除波浪弯曲缺陷，受力原理是在筋板组焊部位做反变形，在筋板部位加加焊6MM高变形带，与通长卡具形成支点，如同杠杆将端侧板下口与胎具卡紧，上口通长形成约2MM的反变形，焊接脱胎后的上口边缓达到≤2的技术要求。

2、长侧施工新工艺2.1在400KA电解槽长侧制作中在下料工序一次将长侧板切边开孔完成，开孔和总长增加余量10——14MM，外环板用仿形开72孔和80孔，用仿形切割器开孔，一般是将样板阎定在仿形架上对准被割部位线中心，使上下对正切割。

预焙阳极电解槽炭渣减少技术作者：佚名来源：本站整理点击数：436 更新时间：2009-03-06【字体：小大】预焙阳极电解槽炭渣减少技术炭渣可以从阳极、阴极以及电解过程中铝的二次反应等途径产生。

炭阳极在电解过程中的选择性氧化，阴极炭块的剥落掉渣，当电角质对炭渣湿润性较好时，两者分离能力差，炭渣悬浮在电解质中，与电解质混在一起不易分离，电解质熔体发黏，火焰喷出的电解质呈白色条状，可在固体电解质的断面上清楚地看到灰色或灰白色的夹渣，通过降低槽温，添加氟化铝、氟化镁，可促进炭渣与电解质的分离。

在电解生产正常时，电解质中的炭渣是以燃烧消耗的：当电解质中炭渣生成量多，炭渣就不能完全燃烧，从而影响电解质的流动性，这时必须捞出炭渣。

炭渣的产生也使阳极的消耗增大、阳极的消耗除了氧化产生的炭渣外，还有几种阳极的消耗方式，铝用炭素阳极消耗方式有以下几种：（1）电化学消耗：（2）布达尔反应（Boundouard reaction）：炭阳极和CO2之间的发应为：当温度超过930℃，反应几乎完全向右进行，约占总炭耗的2%～10%，对于自焙槽高达18%[109]。

（3）空气燃烧：通常发生在阳极的顶部和暴露的侧面，如反应式（4-3）和式（4-4）。

预焙阳极顶部的温度可以从200℃变化到700℃。

热力学计算表明，CO和CO2的分压比在400℃是0.2，在550℃就超过1。

低温时式（4-3）占主导地位，在高温时式（4-4）占主导地位，对预焙槽通常在10%左右[110]。

（4）炭渣：炭渣造成的阳极消耗属于机械消耗，黏结剂沥青结焦活性大，它优先氧化后，大块的骨科焦粒就由阳极表面突出，并在重力作用和电解质搅动下，从阳极脱落，形成炭渣。

一般占总炭耗的1%～10%。

（5）二次反应：电解过程中产生的CO2气体可以和熔体中的还原性金属发生反应：在以上五种阳极消耗方式中，电化学消耗占总炭耗的75%～90%，此外，大约还有12%是由二次反应所引起的电流空耗所造成[111]。

碳渣的形成及控制措施浅析铝电解用炭素阳极，是将煅后焦、沥青、生碎和残极按照一定比例进行混合，经振动成型、高温焙烧和导杆浇铸生产出满足电解需要的组装阳极块。

在电解槽内工作过程中，炭阳极不断消耗，发生电化学反应生成CO2及CO气体和金属铝液。

因炭素原料质量、阳极加工质量、换极作业质量和电解质体系自身存在的问题，使炭阳极在电解槽中出现掉渣现象，进而溶解或漂浮于电解质表面，一、铝电解生产中碳渣形成的原因在冰晶石-氧化铝的溶盐电解预焙槽中，阳极碳块作为铝电解的心脏部分，一直被人们所关注，其质量的好坏，直接影响着电解的进行和产品的质量。

如果碳块的质量达不到要求，将在铝电解质溶液中产生过多的碳渣，对铝电解过程产生一系列不利的影响，如造成电解质电压升高，导致热槽的产生，这不但引起电解消耗的增加，而且当热槽产生时将引起铝电解生产的诸多技术经济指标恶化，同时对电解槽的寿命也有影响，就其形成原因，大致可归纳为以下几种。

1、由于阳极加工质量问题引起的掉渣.炭素材料在加工成阳极制品的过程中，其制品质量不同程度地受到工序过程中的主客观制约因素的影响，如煅烧带温度不够、成型配料不均匀、成型密实度不够，偏离焙烧工艺曲线，部分焙烧块的强度、比电阻和真比重等理化指标达不到工艺要求，在电解槽内受电解质冲刷形成掉渣，增加阳极电阻率。

2、由于原料质量问题引起的掉渣。

铝电解用炭素阳极，主要生产原料为石油焦和沥青等，部分石油焦掺杂少量煤粉和其它杂质，不同石油焦含有煤粉和其他杂质的量各不相同，品位越低的石油焦含有杂质的成分越大，杂质中含有的P、V、S等微量元素严重降低阳极的抗氧化性，生产阳极块用原料是通过掺配不同品位的石油焦和沥青等物料来实现混捏成型的，各种杂质化合物随之进入阳极，部分通过高温焙烧挥发，剩余部分成为灰份留在阳极内部，并在电解生产过程中释放在电解槽内，降低阳极的抗氧化，诱发阳极掉渣。

3、作业操作质量较差引起的掉渣。

换极作业质量十分重要，尤其在没有按照技术规范操作时，阳极也易掉渣。