铝电解槽综合节能技术的开发与应用

铝电解槽综合节能技术的开发与应用

何新光

新疆众和股份有限公司，新疆 乌鲁木齐 830013

摘要：现代铝电解槽生产热效率一般只有50%，大约有50%的热量散失于周围环境和被烟气带走。其中一部分热量是通过槽四周和阳极上部以辐射、对流的方式损失掉，并且大量的高温空气排放入大气中也是一种能源浪费和热污染。当代铝电解技术发展的方向是向着“低极距、节能减排”的技术方向发展。研究开发保温型铝电解槽，降低电解槽热量损失是实现电解生产节能减排的重要手段。本文结合生产实践，对铝电解综合节能技术进行分析和探讨。

关键词：铝电解槽；节能技术；开发；应用；

引言

在铝电解生产过程中，碳素阳极可作为导体，将直流电导入电解槽，也可作为基本原料，参与电化学反应。随着电化学反应的进行，阳极被不断消耗，因此需要定期更换阳极。但是，每次更换阳极都是对电解槽的一次干扰，更换阳极后电解槽物料和能量平衡遭到破坏、电流分布发生变化，并且在操作过程中搅动铝液加速了铝的二次反应，降低电流效率;另外，如果操作不规范，壳面块打捞不干净，还会造成阳极长包甚至发生滚铝事故等。

1电解槽保温节能技术

研讨开发保温型铝电解槽，减少电解槽热损失，实现铝电解槽在低电压下稳定高效运行是目前全球铝行业的发展趋向，特别是在当前电价居高不下，能源极度紧张的情况下，各企业纷纷研究开发应用各种保温技术，降低铝电解槽散热量，从而实现最大限度降低吨铝电耗，降低生产成本。因此，加强铝电解生产保温技术的研究开发及应用，实现低耗、经济、环保生产，具有非常重要的意义。传统散热型铝电解槽散热比例如图1所示，从图1中可以看出要减弱铝电解槽散热，提高能量利用率，必须加强铝电解槽槽上部和侧部保温。针对400kA大型预焙电解槽散热情况及生产工艺配置情况综合分析后，研究开发了节能型新型铝电解槽结构及新型保温型槽罩，使电解槽由“散热型”向“保温型”转变，提高了电解槽能量利用率，延长了槽寿命，改善了作业环境，降低了企业生产成本，实现铝电解槽低耗、低排、低成本及长寿运行。

图1传统大型预焙槽散热比例

2铝电解槽常见事故原因

2.1电解槽炉底、炉膛严重恶化

铝电解启动后，如果出现热平衡或者物料平衡失衡，则会导致炉膛或炉底恶化，突出表现为工艺匹配不合理，炉帮薄且不规则，侧部散热大，炉底偏凉，电解槽易产生结壳或沉淀。另外，在启动后期，如果电解槽温度下降太快且低温保持，加上电解质水平长期偏低，电解质溶解氧化铝的能力变差，电解槽就会频繁出现堵料、漏料等现象，电解槽中缝有大量沉淀，加之作业质量得不到保证，导致电解槽运行长期不稳定。这种电解槽铝液液面变形严重，水平电流大，稍有波动，易发生滚铝。预防的主体思路是做好焙烧启动和后期管理，以及正常生产期的精细管理，防止电解槽出现波动。电解槽的生产状况大部分取决于前期的焙烧启动和后期管理。１）焙烧时保持炉底焙烧温度的均匀，防止过烧或过凉，以免对炉底散热和导电均匀产生影响。一定要保证高温、高分子比启动，确保启动过程中高温、高分子比的电解质充分渗透到焙烧时产生的内衬裂缝中，形成均匀坚固的防渗屏障。２）要严格执行后期管理方案，使各项技术条件缓慢过渡到正常生产条件，形成坚固均匀的炉膛。

2.2阳极效应的影响

阳极效应的产生机理较复杂，且与电解质的组成和电解生产条件相关。一般来说，当电解质中氧化铝浓度低到某个程度时，会产生阳极效应。当阳极电流密度较大时，较易发生阳极效应。电流密度越大，阳极效应发生时的氧化铝浓度越高。阳极效应会导致电能浪费，使氟化盐的挥发损失增加，影响周围其他槽的正常生产，但阳极效应发生时，熔融电解质对其中包裹的炭粒湿润不良，可使炭渣较易从电解质中分离出来，从而使电解质的比电阻下降，槽电压因而也会降低。此外，电解槽发生阳极效应时，会比正常生产时产生更多热量，其中大部分热量可用于溶解氧化铝，从而有助于消除槽内沉淀。

3新型上部密闭保温技术

3.1槽罩

传统的电解槽槽罩是由一层薄铝板和铝方管框架组成，结构简单。在实际使用过程中保温效果不是很理想，电解槽的散热损失比较大，从而使得槽电压的降低比较困难。为此，公司研发了一种新的保温型槽罩。槽罩四周采用L形铝型材与方形铝型材组合焊接，确保安装连接处有足够的强度，同时增强密封性，中间层为轻质保温材料层，用角形铝材压紧固定，增强保温性能，底部安装固定在电解槽上，实现槽罩支撑的稳定性，内外两层为薄铝板制成。

3.2换极前准备工作

1. 换极前认真测量电解质水平，电解质水平低于17cm时，必须从邻近槽倒入热电解质，电解质达到要求后再进行换极作业。2)打磨阳极导杆，对阳极大母线进行清灰，降低阳极压降。3)换极前先确认电解槽噪声，若电解槽噪声较大，处理正常后再进行换极。

3.3气缸密封及锤头刮削器

目前电解槽现在的打壳锤头与槽体之间的密封是采用铁框架固定的密封砖，但由于密封砖经常脱落和损坏。造成锤杆在上下运动中经常性地把密封砖带起来，从而锤头与槽体接触位置缝隙变大，起不到密封效果，造成槽上部烟气外漏、热量损失。为此，设计使用了（320×320×3）mm的钢板，在钢板上开一个孔洞直径105mm。安装时锤头直接穿过孔洞。随着打壳锤头与熔融电解质接触时间的增加，打壳锤头发生“粘包”现象，即由电解质粘接在打壳锤头上形成。它的存在会阻碍正常的物料平衡，氧化铝浓度不易控制，引起槽电压波动，阳极效应增加，浪费电能，电流效率降低，同时增加吨铝碳耗，增大电解工作量。为此，打壳锤头的刮削器在现有的打壳锤头的基础上安装一个刮削装置。经过分析讨论，刮削装置可采用高炭钢淬火制作，利用缸筒对其底部进行打磨设计，形成锋利的圆尖角，以便在每次打壳后高效率的清除打壳锤头上的融熔电解质，完成刮削器的设计。刮削器的安装：考虑在正常生产情况下如何方便快捷地对打壳锤头安装刮削器。对打磨好的刮削装置，在其根部设计两根安装拉杆，在拉杆的顶部设计固定螺栓，将其固定于控制锤头动作的气缸底座的角钢处，并安装绝缘块，即将整套机构固定在打壳气缸安装角钢下部。其中导向拉杆采用准40mm炭钢制作，拉杆轴套采用机械加工固定，并采用M36双螺母轴套调节固定于安装气缸的角钢处。

结束语

开发的铝电解综合节能技术无疑是另辟蹊径，为铝电解工业节能降耗寻找到了新的出路。从目前22台电解槽实际应用情况来看，主要取得以下成绩：1）每年可以节电500多万度电，对公司节能减排作出了积极贡献；2）减少无组织排放（HF、CO、CO2、SO）2扩散，改善劳动者工作环境，降低职业病发生风险；3）减少电解槽散热，减少热量损失并降低氟化铝挥发。同时降低风机频率，彻底解决电解槽包锤头，减轻职工劳动强度。达到了降低电耗，降低生产成本的目的；4）设备的使用寿命得到延长。

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