换极对铝电解槽稳定性的影响及改进措施

换极对铝电解槽稳定性的影响及改进措施

雷延平

河南中孚铝业有限公司 河南 郑州 451200

摘要：铝电解的稳定运行是获得良好技术经济指标的前提和保障，影响铝电解稳定运行的因素主要是电、热、磁三方面，即铝电解行业所说的三场。当电场槽的电磁场平衡状态遭到破坏时，不平衡的磁场力推动铝液旋转、翻滚，从而形成滚铝。滚铝是铝电解病槽的一种体现，一旦电解槽发生滚铝现象，电解槽的运行稳定性降低，波动幅度变大，增加安全风险；同时由于阴、阳极大范围发生短路，产生电流空耗，降低电流效率，加之电压升高，能耗指标受到影响。若处理不好，电解槽长时间无法达到稳定状态，可能导致停槽。如果铝液和电解质溢出，冲刷阴极母线，严重时则会造成系列停电。可见，铝电解槽发生滚铝对生产造成诸多不利影响，甚至发生停槽、停电的严重后果，因此应高度重视铝电解槽的滚铝，并预防滚铝事故的发生。

关键词：铝电解槽;换极作业;换极顺序;稳定性

引言

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。

1新型结构电解槽

铝电解槽炉膛内衬通常按区域分为侧部内衬和底部内衬。侧部内衬主要作用是保护电解槽下部槽壳免受高温电解质熔体的侵蚀；底部内衬除了能支撑阴极结构还有最重要的保温的作用，故底部内衬需使用具有足够机械强度和较高容重的保温材料，在防止保温材料变形的同时具有较好的保温性能。2010年以前国内铝电解企业采用的生产工艺技术路线基本都是“四高一低”，该工艺技术条件的一个突出特点就是需要高电压来维持高效率，这种工艺技术路线看似能量收入很高，但能量利用率50%都达不到，电解槽损失掉的能量将超过一半以上。为了避免多余能量被浪费，电解槽的内衬设计大都采用“底部保温、侧部散热”的设计思路。2010年之后，伴随着国家对铝电解企业节能减排要求的进一步提高和企业用电成本的大幅提升，绝大多数铝企业都开始探索能“低电压”运行的低能耗生产工艺模式，这种工艺控制虽然使得能量收入在原有基础上降低，但同时对电解槽的其他工艺条件方面尤其是保温性能提出了更严格要求，原有的内衬设计理念已经不再适用企业发展，企业想要发展的突破点就是必须寻求能够满足“低电压”生产工艺条件的其他内衬设计方式。

2滚铝的根本原因

滚铝的根本原因在于电解槽内理想的电流分布状态遭到破坏，形成不平衡的磁场。正常运行的电解槽，槽膛规整，槽底干净，电流可按设计的大小和路径流经电解槽各处，使各个方向上的磁场基本平衡，磁场力较小，铝液规律地缓慢运动，相对平静。但当电解槽的槽膛遭到破坏时，槽底沉淀多而且厚薄不均匀，造成阴、阳极电流紊乱，破坏磁场的平衡，从而产生不平衡的磁场力，作用于铝液，使铝液加速不规则运动，特别是铝液层中纵向水平电流增加，产生的磁场力将局部铝液推向槽外，导致铝液发生剧烈翻滚。

3换极对铝电解槽稳定性的改进措施

3.1调整工艺条件

合理匹配电压、两水平(电解质水平，铝水平)和分子比的关系，保证电解槽过热度控制在8°-10°。过热度太高，易熔化炉帮，造成水平电流过大，电解槽容易在换极作业后出现电压摆;过热度太低，则电解质黏度增加，氧化铝的溶解性变差，在换极后，易发生局部阳极效应，甚至滚铝。保持良好的炉膛内形。强化电解槽初期管理，在电解槽启动初期，形成高分子比炉帮，后期管理严格执行技术规范，保持较清洁的炉底状况。若炉底沉淀多，或者结壳厚，换极时阳极可能与炉底结壳或者沉淀接触，造成电压摆。。当电解质低于标准时，先从高电解质槽倒入热电解质，再进行换极作业，防止在换极过程中因为电解质水平过低，造成阳极偏流和电压摆。在生产过程中，换极前必须确认电解槽的噪声值。若电解槽噪声值偏高，则暂缓换极，待噪声调整正常后再进行换极。处理电解槽针振、摆动时，严禁同时调整)块及以上阳极。合理确定电解槽换极顺序。不同的换极顺序对电解槽的稳定性和电流效率影响较大，要严格遵循交叉换极的原则，且同一电解槽内严禁连续换极，特殊情况，须使用热残极。设置合理的换极附加电压。为弥补换极后热收入不足，需设置换极附加电压，原则上附加电压热量应大于或等于换极的热损失与新极吸热之和。实践表明，四段电压附加对电解槽的平稳运行更有利。提升阳极温度。升高阳极温度有利于减少电解槽热损失，提升阳极导电速度，增强电解槽稳定性。目前常见的阳极预热方式为槽道间阳极预热、残极直接预热、电解烟气预热。某公司实现了阳极直接浇筑上槽，确保了上槽前阳极温度大于8°。

3.2匹配各项技术参数、标准化管控

合理的技术参数匹配是铝电解槽稳定生产的基础，生产中应针对不同的槽况采用不同的工艺参数与之匹配。伸腿肥大问题的解决应有一个较长的过程，在这个过程中要以保证槽况稳定和高电流效率为基础，因此各项工艺技术参数管控要平稳，不宜大起大落，人工操作应更精细。伸腿肥大电解槽参数调整要做到标准化，以温度控制为中心，通过调控电压、分子比、两水平，保持稳定压倒一切的调整思路。在工艺调整中，温度比正常槽高5℃左右，分子比比正常槽高0.1左右，电解质水平保持在（19~20）cm，铝水平偏高槽适当加大出铝量，铝水平偏低槽适当减少出铝量，电压提高（50~80）mV，增加过热度，提升氧化铝溶解能力。

3.3焙烧曲线进行调整

阳极加高到700mm，高度比原来增加了50mm，阳极块体积增加。工艺曲线是焙烧出合格阳极产品的基本保证，它决定了阳极在炉内焙烧加热时间的长短和加热温度的高低。升温速率、焙烧温度和均热时间是焙烧曲线控制的关键因素，而这些因素最终都要反应在阳极的温度控制上，只有使料箱中阳极的升温情况符合焙烧要求的焙烧曲线才是合理的。同一焙烧曲线应用在不同的焙烧炉上，会带来不同的焙烧效果。因此，焙烧曲线必须根据不同焙烧炉的结构和热工条件而定。

结束语

本文总结现场生产经验，对电解槽发生滚铝时的现象进行了详细介绍，为判断电解槽是否发生滚铝提供依据。分析了发生滚铝的根本原因，指出滚铝发生前电解槽的特点，并对电解生产过程中可能导致滚铝的５种常见原因进行了具体分析，针对性提出了相应的预防措施，最后给出了滚铝事故的处理建议和措施。通过本文的介绍，可根据现场生产情况采取相应的有效措施降低电解槽滚铝事故的发生，提高预判电解槽发生滚铝的准确性，为铝电解槽稳定运行和节能降耗提供保障。

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