浅谈铝电解槽掉电压原因及处理措施

浅谈铝电解槽掉电压原因及处理措施

梁云丰 李永胜 李建雄

（云南铝业股份有限公司阳宗海铝电解分公司 云南 昆明 650502）

摘要：本文通过对铝电解槽掉电压的原因进行分析，指出掉电压对电解槽的危害，并提出了掉电压问题的处理方法和预防措施，对维护电解槽稳定高效生产，有较大的促进作用。

关键词：铝电解槽  掉电压  炉膛  处理

前言

掉电压又称“电压下滑”，从理论上讲在磁场的作用下，由于铝电解槽槽内溶体在内外作用力的影响下，使电解质和铝液界面形状发生改变，造成极距发生变化，电流分布不均匀而引起电解槽监测电阻或电压时发生周期性波动的一种不稳定现象。

1 掉电压原因

1.1 工艺控制不当导致的掉电压

（1）由于槽电压偏低、电流强度低、铝水平过高、分子比过低，长期炉底偏凉,炉底沉淀结壳多，伸腿长，铝水运动受阻翻滚到电解质上面直接阳极底掌接触短路，造成电压下滑。

（2）由于炉膛上涨严重炉膛畸形，槽底结壳分布不均匀，炉帮空，造成铝液中纵向电流增多，水平磁场与纵向电流相互作用，产生一种向上的电磁力使局部的铝液向上翻滚接触阳极底掌短路，造成电压下滑。

（3）由于分子比调整过快，电解质含炭，局部氧化铝浓度高。分子比调整过快，会使电解质过热度偏大而熔化炉帮，侧部散热增大，炉底发凉结壳而形成水平电流。表现形式往往为槽温下降过快而产生电压摆。另外炉底沉淀过多，伸腿涨的过大，阴极压降升高致使水平电流增加，形成畸形炉膛，并产生电压摆。以下是某铝厂300kA系列112号槽分子比上一个周期2.58，经过调整后降至2.3，下降过快导致掉电压。

图1 工艺控制不当导致的掉电压

1.2 压槽极距不够导致的掉电压

（1）换极、收边、出铝、堵料等操作过程落入电解槽内物料过多导致局部炉底沉淀过厚，电解槽浓度过大，电阻增大槽电压升高，人为或槽控机强制降电压导致的压极距，造成掉电压。

（2）阳极滑落入铝水短路导致的掉电压。阳极掉块使阳极电流密度增大，由于掉渣掉块，缩小了阳极的导电面积，电极电阻升高，炭渣累积，电解质电阻增大，在阳极在阳极侧部，使炉帮融化，造成掉电压。以下是某铝厂300kA系列135号槽由于阳极掉块引起掉电压。

图2 压槽极距不够导致的掉电压

1.3设备原因导致掉电压

1.槽控机各电路板故障造成类似掉电压现象。

2.阴极、阳极不导电导致磁场混乱引起掉电压。

3.下料器不均匀，造成槽子氧化铝浓度差异过大，局部沉淀过多，炉帮化空，导致掉电压。

2 掉电压危害

2.1 直接升高工作电压，增加电耗。

2.2 电解槽掉电压，增加了处理时间和工作难度。耗费大量人力，物力和设备，潜在着较大间接损失。

2.3 由于掉电压使电解质和铝液的流速加快，界面层变化大，铝的二次反应增加，降低了电流效率；另外，电解温度将上升许多，导致电解质中氟化铝挥发加快，增加了氟化盐的损失。

3 掉电压处理措施

3.1 短期处理方法：

(1)先校正氧化铝浓度：因为掉电压后效率下降，二次反应增加，熔化炉帮，造成氧化铝浓度高，可以在原NB设定基础上拉长20%。

(2)设定电压可以适当抬高关或关闭RC后，电压稳定后要及时缓慢降回，一次下降幅度不要超过50mV。

(3)勤测全流分布并做好对比分析，多分析少调极，勤捞碳渣。

(4)出铝最好分两个班各出一半，避免出铝量过大对槽子的干扰。

(5)因电压偏高运行，密切监控电解质水平，高了及时取出，按下限控制。

(6)测量该槽阴极电流分布数据、排查回路母线前期有无漏炉等造成的冲蚀坑、接触不良等设备上问题。

(7)排查槽控箱各电路板有无问题，电路板有问题也会造成类似掉电压情况。

(8)称氧化铝下铝量，有没有因为下料器不均造成槽子氧化铝浓度差异大，局部沉淀多。

(9)加强槽壳温度测量，这种情况容易发生侧部发红，甚至漏炉。

(10)停氟或氟盐减半添加量，分子比保持高点，这种槽子一般是前期氟盐添加量过大，槽温低。

3.2 处理实例及分析

3.2.1 某电解槽基本情况

以下是某铝厂300kA系列135号槽514槽，槽龄1027天，由于1月和2月氟化铝添加过量，2月中旬分子比槽温急剧下降（分子比2.34，槽温935），槽子走冷严重氧化铝溶解度降低，电解质电阻增大，槽子异常增加，平均电压4V上升至4.1V，炉底沉淀增加炉底压降303上升至324，槽子出现小幅掉电压现象，3月初氟化铝下料器故障，整箱氟化铝（300kg左右）漏入槽内，掉电压现象加剧，炉帮熔化平均炉帮从13.2cm下降至12.2cm（B9.10位置16cm下降至2cm）。

图3 某厂135槽工艺曲线图

3.2.2 处理方法：

①设定电压提至4.1V槽况稳定后逐步下调。

②氟化铝停2天，10kg加一周。

③高温期每天置换电解质30包。

④回调在产铝2吨。

⑤清理边部散热带、换极清理炉底沉淀，B9.10位置换极时扎边。

⑥每班监测地沟三钢温度2次。

3.2.3 处理效果

目前该槽无掉电压现象，平均电压降至4.03V，炉底压降306，噪声值18-20mV之间，槽温943-948℃之间，分子比偏高2.56。

    最快的就是压铝抬电压，氟盐停几天！坏处就是，压铝抬电压，会掩盖问题，会造成炉底越来越冷，发热中心上移，炉底沉淀增加，见效快，后遗症多。
3.3 长期处理方法

（1）适当提高分子比，增加氧化铝的溶解性，提高电解质的导电率，增加有效极距，提高分子比和电压使全槽变热后，炉帮优先化空，漏炉隐患较大。
（2）出铝量根据槽子过热度来调整。槽子过热度大可以适当少出，过热度合适或偏小应该加大出铝量，最终是要把铝水撤下去，让发热中心下移来处理炉底沉淀与伸腿。但是铝水下撤的过程一定要慢，不能过急、过快。当铝水撤至一定程度时，伸腿沉淀露出，电压摆较为严重，存在较大隐患。

（3）电压在稳定的情况下要缓慢下降，让发热中心下移。
（4）换极时要细心处理各环节,尤其炉底和伸腿以及临极情况排查处理，必须把沉淀结壳处理了。
（5）加强炉面维护，极上料均匀，侧部散热带适当收出。

（6）勤捞碳渣处理炉底沉淀。
  保持当高的分子比，电压设定优先以稳定为原则，缓慢撤铝保持热平衡稳定，逐步处理炉底沉淀与伸腿。

4 掉电压预防措施

4.1启动槽初期炉帮的建立

电解槽非正常期要严格控制工艺，形成规整坚硬的高分子的炉帮，避免畸形炉膛的生成。

4.2正常生产槽

控制电解质体系状况，防止炉帮融化，防止炉膛发育上涨。

4.2.1 有计划、稳妥地调整电解质的分子比

在电解质分子比的调整上要有计划性，根据槽温、分子比、设定电压的实际情况及变化情况调整分子比。氟化铝的添加要有专人负责、检查和落实，确保添加的规范性和准确性。

4.2.2 预防电解槽走向冷行程

通过获取的效应峰值电压、铝水平、电解质水平、分子比变化、氧化铝投入量等判断电解槽是否处于冷行程。若有冷行程趋势，应立即从设定电压、出铝任务、氟化铝添加量、保温料厚度、效应系数等方面进行调整，遏制冷趋势，阻止电压摆的发生。但调整时应注意可动的技术条件最多动两到三个即可，不可多动，并且动的幅度不能过大

4.2.3 提高换极质量

换极作业是对电解槽稳定性影响最大的作业过程。也是电解车间生产管理的重点。其操作过程要严格执行换极作业规程，保证阳极定位的精度，确保16小时电流分布在1.5-2.5mV之间。勾块作业要确保质量，尽量将掉入槽内的结块够捞干净，并附带处理炉底沉淀。另外换极作业不能延时太长，以防槽子热损失太大，趋于冷行程。

4.2.4 防止阳极掉块、脱落和长包

提高阳极质量并加强天车工的操作水平，杜绝作业时打掉阳极事故的发生，加强基础工作的检查，防止阳极氧化，造成掉渣，掉块。

结束语

重视工艺技术条件的保持和调整，运用双平衡思想去研究电解曲线，把电解槽运行保持在稳定有序的状态下工作。曲线异常时快速发现问题，到现场求证后根据分析的原因制定措施及时纠正，杜绝掉电压的发生，从而实现稳定生产的目的。

参考文献

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第一作者简介：梁云丰，男，1993.9~，云南曲靖人，冶金助理工程师，从事铝冶炼工作7年。