延长铝电解炭渣熔炼炉内衬使用寿命

2022-12-15王利俊

轻金属 2022年10期

王利俊

(内蒙古大唐国际呼和浩特铝电有限责任公司，内蒙古呼和浩特 010206)

1 炭渣产生的原因

铝电解用阳极是将煅后焦、沥青、生碎和残极按照一定比例进行混合，经振动成型、高温焙烧等工序生产出满足电解需要的阳极块。在电解槽内工作过程中，炭阳极不断消耗，与氧化铝发生电化学反应生成 CO2及CO气体和金属铝液[1]。由于原料质量、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，进而熔解或漂浮于电解质表面，形成炭渣[2]。

2 炭渣对铝电解生产的影响

2.1 对电解质成分的影响

炭阳极在槽内掉渣后，炭渣漂浮或熔解在电解质中，一部分靠电解槽自身分离排出，一部分由人工打捞，还有少部分不能捞出，仍滞留在电解质内或漂浮在电解质表层，导致电解质含碳增加，恶化电解质成分，影响到电流效率[3]。

2.2 对电解能耗的影响

电解质含炭渣会使熔体电阻增大，电耗随之增加，同时槽温上升，严重时破坏现有的规整炉膛。炭渣粒度越小越易熔解在电解质中，还不易分离排出，造成恶性循环。炭渣还会加剧铝液的二次熔解，降低电流效率[4]。

2.3 对环境保护的影响

正常情况下，阳极在电解槽内发生电化学反应生成二氧化碳阳极气体经烟气净化系统净化排空。随着电解槽炭渣的增多，被净化系统带出的炭渣粉末及其夹杂物进入大气中，成为大气污染物，严重地影响环境质量。炭渣增多，打捞力度的增大，进入炭渣的氟化盐必将增多，势必造成氟化盐的大量浪费，同时也造成对环境的污染[4]。

3 炭渣熔炼炉设计与砌筑

当前炭渣处理技木有浮选和火法处理技术。二者相比较，火法处理技术具有电解质纯度高、经济效益好的特点，是一种十分有前景的处理技术[5]。经统计，我公司电解车间每日约打捞出12 t废炭渣，年产生量约4380 t。为实现废物综合利用，降低企业生产成本，保护生态环境，我公司于2018年6月1日开工新建2台火法熔炼炉，日处理20 t废炭渣，车间占地面积800 m2。

炭渣熔炼炉主要包括熔炼炉本体、燃烧系统、烟气掺冷风系统、出料系统。炭渣通过炉口加入炉膛内，燃烧系统将炉膛炉温升至1300℃左右，经过一段时间后物料融化，炉渣析出，由扒渣爪(斗)从炉口扒出，液态电解质由炉底出料口流出至料斗，经自然冷却成为固态。熔炼过程中产生的烟气接入电解烟气净化系统，用氧化铝吸收挥发的氟化物返回电解槽使用，回收的电解质供电解槽再次使用，实现阳极炭渣的无害化处理与电解质综合回收利用。

图1 炭渣熔炼炉

图2 炭渣熔炼工艺流程图

4 火法处理过程存在的主要问题

我公司电解炭渣熔炼炉于2019年3月4日开始烘炉进行调试生产。新建炭渣熔炼炉采用普通红砖及高铝砖进行砌筑，电解质具有强烈的腐蚀性,对炭渣熔炼炉内衬产生腐蚀。由于内衬材料选型及砌筑不合理，熔炼炉试运行12天后出现炉壁多处发红，耐火砖塌陷，熔炼炉被迫停炉重新进行砌筑。同时由于熔炼炉采用平顶结构，不利于气体的流动，炉温不均匀[6]，提炼的成品电解质中碳含量偏高。

图3 熔炼炉内衬材料被电解质侵蚀

5 措施

5.1 合理选用内衬材料

经过对同行业现有熔炼炉进行实地考察与数据收集，重新对炭渣熔炼炉内衬材料进行优化选型，新砌筑内衬采用普通红砖、高铝砖及电熔镁铬砖进行砌筑。

图4 熔炼炉重新砌筑

表1 炭渣熔炼炉内衬砌筑材料明细表

5.2 优化砌筑方式

炉顶采用拱形结构，由于拱顶结构相对平顶结构而言，完善了燃烧空间的合理性，过渡转角有利于气体的流动性，提高了炉内横截面的温度均匀性，并在保证燃烧性能基础上，兼顾结构尺寸的科学性和用材的稳固性，确保炉顶的牢固安装。

5.3 合理制定烘炉曲线

在熔炼炉烘炉过程中，严格按事先制定的烘炉曲线执行，使在烘炉过程中有可以遵循的标准，保证烘炉质量，逐渐升温将炉膛内内衬水分逐步蒸干，使耐火胶泥充分烧结，增加内衬的使用寿命，做到安全烘炉。

图5 熔炼炉烘炉曲线

5.4 规范操作形成炉帮

生产过程中通过工艺不断优化制定出操作规程，严格按规程执行。烘炉结束后将约600 kg炭渣通过加料口加入炉膛内。点火将燃烧器开至最大功率，待炉膛炉温升至1300℃左右，持续约30分钟后停止加热，期间严禁向炉膛内吹风。将熔融电解质液面上的炭渣，用扒渣爪(斗)从加料口扒出，扒渣完毕后，从出料口放出部分液态电解质(约150 kg)后，使炉膛自然冷却。当炉膛温度降至850℃后(降温过程严禁吹风)形成保护层，检查炉壁挂料情况，如保护层不明显，重新进行挂料，直至形成保护层后进行正常生产。