预焙槽焦粒焙烧启动中的几个关键问题探讨

　　国内目前采用的焙烧方法主要有两种：铝液焙烧和后来兴起的焦粒焙烧。关于这两种方法的优劣，已有了相当的论述，本文不再重复。结果是，大多数的厂家选择了焦粒焙烧，以求减少对电解槽内衬材料的热冲击；对筑炉时存在的裂缝等缺陷，希望在启动后由电解质优先进入从而阻挡铝液的持续渗入。但在生产实践中却各有各的做法，甚至存在模糊认识，焦粒焙烧升温速度过快，温度不均衡的缺陷还不能很好解决。

　　1 关于焙烧时间和温度梯度
　　焙烧的目的有三：排除水分和挥发分；使炭素内衬初步烧结为一个整体；使基体温度达到或接近正常生产的温度。
　　这里的关键问题是炭素内衬烧结为一个整体。我们知道，半石墨质阴极炭块是焙烧过的，实际上就是边缝糊和间缝糊如何焙烧以及如何与阴极炭块尽可能烧结为一个整体的问题。
　　对于炭素材料而言，在200℃以前为软化阶段，主要是排除吸附水和化合水，升温速度可以而且应当加快，可达10℃/h，否则软化时间过长，会造成人造伸腿变形、不规整；在200～700℃间，特别是200～500℃是挥发分大量排出的阶段，此阶段升温应尽可能慢，不宜超过5℃／h，否则挥发分急剧排除使之产生焙烧裂纹，含导致结构疏松，孔度增加，密实程度不够；在700℃以上，粘结剂的焦化过程已基本结束，此阶段可适当加快，可达10℃／h。于是，我们便可以计算出炭素材料焙烧到1000℃，较理想的焙烧时间应为138小时。
　　我以前接触到搞铝电解的一种激进思想，认为焙烧时间不超过72小时就行，理由是国外就是72小时甚至是56小时。但我认为了解的不够全面，因为国外的材料科学是我国无法望其项背的，且相关技术我们也没有完全掌握。
我们采取一种简单的方式来比较：铝液焙烧时间一般都定为不低于6天，甚至是8天，为什么焦粒焙烧时间可以大大缩短呢?仅仅是因为铝液焙烧提供的能量不足吗?但焦粒焙烧后期也会遇到能量输入不足的问题(其焙烧电压与铝液焙烧基本一样)，况且铝液焙烧是可以通过提高电压来很好地增加能量输入的。
　　实践上，以前沁阳铝试验厂的280kA槽焙烧时间多数为72～80小时，但从效果看，有强制启动之嫌；焦作万方的280kA槽焙烧时间为96小时，启动已经平稳的多了；荏平铝厂的190kA槽焙烧时间甚至达到6天，效果较好，该厂还有一个反面的例子：两台槽焙烧时间仅3天就强行启动，导致启动后期难以管理，出现了炉底冷、电压摆等情况，从中我们可以得出阶段性结论，焙烧时间不是越短越好，要能达到焙烧的理想目的，最好达到5天。当然也不是越长越好，因为对100台槽来讲，每延长一天，按2．7V焙烧电压，也要多支出63万元电费。
　　这里最关键的技术是控制温度梯度按目标要求进行，需要探索和掌握的调节能量输入的台理手段。

　　2 关于分流技术
　　对于焦粒培烧技术来讲，针对上文提到的两大缺陷，采取了相应的技术措施：一是分流技术，二是软连接技术。现在开发的软连接技术应该说是符合需要的，分流技术却并不能很好地符合炭素材料的升温要求，因为它初期的分流率偏小。
最早在沁阳铝试验厂是在每个阳极铸钢爪与阴极爆炸焊块上焊接4片120×1mm的钢带，最大分流率可达52．5％。但操作起来非常复杂，焊接就需要1．5小时，不适合大批槽启动。
　　荏平铝厂是在每个阳极铸钢爪与阴极爆炸焊块上焊接2片60×5mm的钢带，前两天带分流片运行，据称最大分流率可达80％。焦作万方与平果铝厂都是将出电侧的横母线与下台槽的立柱母线用分流器连接，但分流率只有约30％。
　　换一种思维模式，既然出电侧的横母线与下台槽的立柱母线可以用分流器连接，为什么不直接在短路母线或相邻槽的阴极母线上设计几个分流器呢?这样既便于安装和拆除，也可以方便凋节分流率，使电解槽尽可能按目标升温。

3 关于降电压和温度的时机
　　传统技术一般要求启动后期的槽温比正常生产保持高约20～30℃，维持一个月左右再逐步降低，理由是我们担心其热平衡尚未完全建立，还有一个理由是建立炉膛。来看-下如图1所显示的数据。
　　这是内衬温度升温表，其焙烧时间为77小时。6#(即图中上边的那一条)是阴极炭块下表面的温度，9#是氧化铝层内的温度，其它的各点数据都与此有很好的符合性，故仅列出有代表性的两条。
从图中可以看出，在加热120小时后内衬材料的升温已经趋缓且基本达到了最值。在其它焙烧时间为96小时的槽子看，内衬温度也都在启动两天后趋于平稳。
　　所以，在启动2天后开始逐步降温，7～10天后电压、温度基本降至正常已经没有技术障碍了。降电压的原则是以温度为控制目标，电压仅仅是手段。
　假设这种技术比传统技术提前了一个月降低了电压和温度，按电效高出3％，可多产效益203万元；电压低0.4V，可节电282万元。

　　4 关于炉膛的建立
　　一般上都说高温建炉膛(在实际操作中很多都是这样做的)，但这种说法不全面，准确的说法应该是高分子比、高温建炉膛。因为多种晶体物质组成的混合熔体，在冷凝时都有一个固定的初晶温度，即熔度。从Al2O3-Na3AlF6-AlF3的三元系相图中可以看出，如果添加10％AlF3(分子比为2.73)，将比中性电解质的初晶温度降低约20℃，可达约960℃。所以在低分子比情况下，不管什么槽膛温度建立起来的炉膛，电解质的熔度都是偏低的，但当分子比较高时，建立起来的炉膛熔度较高，能抵御一般意义上的热冲击。
所以我们在启动后期，没必要长时间保持槽膛高温，那是在拿更利的矛--"高温"，来比较盾--"筑炉材料"孰强孰弱罢了，对电解槽寿命不仅无利，而且有害。我们更应关注的是在提高分子比前提下的适当时间的高温。

　　5 结语
　　(1)为了使炭素材料能较好的烧结为一个整体，具有较好的强度和密衬性，焙烧升温速度在200℃以前和700℃以后，都可达到10℃/h，而在200～500℃之间，则最好慢一些，以不超过5℃/h为宜。相应地焙烧时间也应达到5天左右为宜。
　　(2)对于分流技术，可以直接在短路母线或相邻槽的阴极母线上设计几个分流器，这样安装方便，调节分流率方便，对控制按目标升温有利。
　　(3)在启动2天后开始逐步降温，7～10天后电压、温度基本降至正常是可行的，具有先进性和经济性。降电压的原则是以温度为控制目标，电压作为手段。
　　(4)建立炉膛的重点是提高分子比，而不必一味地延长高温时间，只有析出电解质的熔度高，建起的炉膛才稳固。