240kA铝电解槽节能生产实践

240kA铝电解槽节能生产实践

井含海，王登成

青海百河铝业有限责任公司 青海，西宁 811600

摘要：在我国，铝电解一直都是一个耗电大户，导致铝电解耗电大的主要因素在于平均电压偏高以及电流效率相对较低，本文主要从理论角度对240kA铝电解槽电流效率恒定状况下有关节能降耗途径进行深入探究，同时依照实践生产环节，提出了合理有效的解决措施，利用这种方式实现节能降耗的相关目标，继而促使生产技术的经济指标得到显著提升。

关键词：240kA铝电解槽；节能生产；实践

引言

要促使能量效率达到显著提升，需尽量降低实际能耗，要实现能耗与电耗降低，需注意提升电流效率，降低槽的平均电压。

一、铝电解槽电压的组成

铝电解槽电压的组成电压的数值包括电解槽的反电动势、电解质电压降、阳极电压降、阴极电压降、槽周母线电压降及阳极效应分电压组成。目前炼铝实际生产出发，可以考虑从降低电解质电压降，阴、阳极压降，槽周母线压降及阳极效应分摊电压方面寻求突破。降低槽电压是提高能量效率的两个主角之一，也为继续增加电流提供的空间。经过几十年的努力铝业界在降低阳极组件和阴极组件的电压降方面取得了实际可行的经验，也得到炼铝工作者的认可，但是从进一步降低极距而实现低电压的操作方面，仍有不同的认识和顾虑。因为，无论怎么说，槽电压或极距高了好操作，因此，降低极距的最大障碍还是认识与实践。当然，认识问题是主要的，也就是说低极距对电流效率影响有多大，是有影响还是没有影响?最近几年无论是从实践方面还是从理论方面都认为，只要铝液层的稳定性能满足不与阳极短路和电压不摆动，似乎就不会影响电流效率。近年来，由于磁流体动力设计、点式下料器和计算机控制技术的应用的不断进步，以及槽膛形状的规整化和两水平选择的合理化，使得极距由过去的5cm降低到4cm或以下。因此国际上在采用低分子比条件下实施3.9-4.0cm极距的操作要比我国目前技术条件苛刻得多。

二、降低铝直流电耗的措施

（一）降低电解质压降

电解质压降占槽电压的35%左右，所占的比例较大，也是节能的重点，其提升空间较大。电解质电压降同极距、电流密度、电解质电阻率和阳极浸入电解质中的深度有关。缩短极距、减小电流密度、増大电解质导电性、增加阳极浸入电解质中的深度都有助于减小电解质压降。

电解质压降=ρ*h*l，式中:ρ--电解质电阻率，h--极距，l--电流强度，不同的槽电解质压降差异较大，有两方面的原因，一是电解质电阻率ρ相同时，极距h大小有差异;二是极距h相同时，电解质电阻率ρ有差异。在大型预焙槽上，每缩短极矩1cm，大约可以降低电压300-330mv，目前工业槽的极距一般是4-5cm，看来节电的潜力似乎很大。但是，由于各个阳极碳块底掌的位置高矮不齐，铝液表面也起伏不平。因此在生产操作上，对于极矩的控制采取慎重的态度，一般不轻易缩短极矩，以免影响电流效率或阳极“长包”而引起电解槽生产失常。如此，我们只能从降低电解质电阻率入手。有关资料已经证明在电解质添加L可以有效的降低电解质电阻率，但考虑到L价格等因素，在生产实践中多为添加AF3AF3每增加1%，大约降低电解质电压降20-25m。事实证明，保持电解质CaF2含量5%左右，分子比2.4-2.5左右，将能使电解质电压降控制在比较合理的范围内，另外，电解质含碳是使电解质电阻率升高的重要因素，因此加强打捞碳渣作业和使用机械强度较高的阳极碳块可以有效的降低电解质压降，继而降低直流电耗。

（二）降低阳极压降

铝电解槽的阳极压降主要由卡具压降、铝导杄压降、钢爪压降、钢炭压降、炭块压降五部分组成。减小阳极电流密度、改进碳块质量均可降低阳极电压降。桥铝对降低阳极压降做了如下规定：

1.严格把好质量关，换极过程中对阳极导杆及水平大母线接触面用板锉进行处理，并擦干净阳极导杆及水平大母线上的灰尘，换极后卡具压降控制在8mv以下。

2.督促各运行人员及时对专责槽全槽卡具压降进行处理，使每根导杆的卡具压降处理至10m以下，每周进行检查考核。

3.保护好阳极碳环，并加足保温料，降低钢炭压降。

4.定点定期实验使用底部开槽阳极，使用开槽阳极一方面能促使阳极气体向外界排放，减少气泡在阳极底部停留时间和阳极底部气泡的覆盖率，有利于减小阳极气体压降，降低槽电压，达到节能的目的。

（三）降低阴极压降

阴极压降组成为炉底沉淀情况阴极炭素材料、碳一钢接合处压降及方钢头接点压降几项决定。本文根据436#异型阴极实际情况重点论述炉底沉淀问题。桥铝异型阴极由20组表面涂了硼化钛的双凸台阴极组成。凹槽中沉淀多于凸台上沉淀，凸台上无多量沉淀，其主要原因有：

1.电解温度及分子比保持适中。过低的分子比能降低电解质初晶温度，降低氧化铝在电解质中的溶解度从而造成炉底沉淀。

2.两水平保持较为适宜。铝水平为28--30cm，能减小水平电流的影响，稳定槽况;电解质水平为19--21cm有利于氧化铝在电解质中溶解。

（四）减少阳极效应

发生阳极效应时，槽电压会升高到十几伏或几十伏，导致了阳极电流密度过大，槽温迅速提高，而且，效应发生时铝的二次反应加剧，严重降低了电流效率，一般来讲，效应分摊电压在0.075-0.1V之间，控制阳极效应系数，减少阳极效应持续时间，是节省电能的途径之一。桥铝现在采用无效应生产，使效应系数控制在0.01以下，取得了良好的经济效益。

三、相关节能举措

（一）提升换极操作质量

促使换极操作质量适度提升，依照槽的实际状况，保持适宜的换极附加电压。换极作业可能会对电解槽的热平衡造成相对严重的不良影响，在换极之后，草温度变化的测量数据以及换极热孙的理论计算是可以保持一致的。理论计算双阳极的升温吸热量几乎是60-30mv的工作电压，而冷阳极所减少的表面热损失大约是25-30mv的工作电压，依照此种分析趋势，对双阳极进行合理更换可产生大约40mv的热平衡波动，此种热量是必须的，但是此吸热过程往往需要24小时左右的时间才能完成。其前八个小时的吸热量大约是50%以上，基于此，在换极之后的前八个小时内附加相当于20mv的日均设定电压和新阳极的相关吸热需求一般都是相同的。

（二）消除电压针摆

将小摆重视起来，同时还需预防大摆，及时消除掉电压针摆，令电耗尽可能降低。在电解槽出现小摆现象之后，需从多方面分析导致这种现象出现的重要因素，保持阳极底掌的整体平整度。更换角部阳极之时，作业需掌握好伸腿与炉底等状况，合理处理异常状况。

结语

综上所述，本文主要分析了异型阴极铝电解槽降低平均电压，以此控制吨铝直流电耗的过程。

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