200 kA 電解槽新型結構槽節能技術

供稿|楊國峰

200 kA 電解槽新型結構槽節能技術

供稿|楊國峰

內容導讀

電解鋁行業是高能耗行業，節能降耗將是中國電解鋁技術創新與發展持續不斷的主旋律。文章結合新型陰極結構電解槽在200 kA電解槽上的焙燒與啟動、主要參數的配置分析，并與普通電解槽對比，描述了正常生產中存在的問題，及時有效地措施，達到節能降耗的目的。

能源是企業的命脈，鋁工業正面臨越來越大的資源、能源和環境的壓力，能耗與環保問題已成為影響電解鋁工業可持續發展的關鍵因素。在今后相當長的一段時期內，節能降耗和環保技術創新將是中國電解鋁技術發展的主旋律[1]。

鋁電解陰極鋁液表面的穩定性對鋁電解生產來說是非常重要的。鋁液表面的波動不僅增加陰極的表面積，相應增加了鋁液的鏡面，增大了鋁的溶解損失，從而使電流效率降低，而且降低了極距，使那些通過降低極距來降低電壓達到降低電耗的技術應用受到制約。生產直流電耗長期高于噸鋁13000 kWh[2]。

新型結構電解槽

為降低電耗，中國鋁業青海分公司于2011年引進了國內最新研發的新型陰極結構鋁電解槽節能技術：將平面的陰極做成了有凸臺 (與陰極表面的距離為 12 cm) 的異型結構，凸臺起到減緩陰極表面液態鋁的流速和波動的目的；陰極表面有兩溝一池 (導流溝、匯鋁溝、蓄鋁池)，將陰極上產出的液態鋁通過導流溝引導至中縫的匯流溝里，再通過匯流溝匯集到蓄鋁池里。同時配套有焙燒、啟動方法和相適應的工藝技術條件，可有效達到降低電耗、降低成本的目標。目前 42 臺新型陰極結構鋁電解槽平均電壓 3.802 V，平均電流效率 91.46 %，平均噸鋁直流電耗 12387 kWh。

焙燒與啟動

以陽極炭塊作為填充物的焦粒焙燒法為基礎實現焙燒。

將陰極炭塊用塑料薄膜封蓋，凸臺之間的兩溝用冰晶石進行填充，然后用塑料薄膜進行封蓋，防止在填充兩溝時冰晶石粘附在陰極表面。實現陰極表面相對平整，然后在平面上鋪焦粒 (焦粒不應鋪在裝有冰晶石的地方)，以焦粒和陽極炭塊作為電阻體，通電后產生熱量。

新型裝爐鋪設焦粒的優點：⑴ 凸臺的吸附能力較強，能有效減少物料進入陽極底掌；⑵ 節約物料；⑶ 焙燒時爐膛溫度均勻；⑷ 焙燒過程中陽極電流分布均勻；⑸ 無紅鋼爪現象；⑹ 在拆除分流器時電壓平穩；⑺ 啟動時沖擊電壓不高，確保了安全；⑻ 啟動后無過多的碳渣，減輕了勞動強度；⑼ 焙燒電壓相對較低，綜合焙燒成本有所降低。

新型槽主要參數

通過幾個月的摸索、試驗，總結出來新型陰極結構槽的正常管理期的技術參數見表 1。

新型陰極結構槽對側部、角部、前后二層鋼窗進行了保溫，目的是在較低電壓下運行，較少熱量損失，提高電能效率的利用率。表 2 數據為 2011 年 12 月至 2012 年 4 月的平均值，對新型陰極結構電解槽與普通電解槽進行了對比分析，新型陰極結構電解槽工作電壓、平均電壓、陰極壓降較低，達到了降低電耗、降低成本的目的，特別是側部鋼窗溫度比普通電解槽低 31 ℃，確保了單槽安全和系列安全。

存在的問題及應對措施

新型結構電解槽實驗槽期出現了設定電壓與工作電壓偏離值較大，碳渣分離不良，嚴重時出現陽極長包，側部鋼窗溫度偏高，導致爐幫形成困難等現象。

經過 2 個多月的生產實踐，新型結構電解槽出現的問題逐一得到有效解決，主要措施有：

(1) 根據槽況及運行趨勢，對設定電壓進行有計劃分步驟控制，在槽況穩定的基礎上適當緩慢降低設定電壓，不能求快。每降低一次電壓要保持一周左右時間進行觀察。對設定電壓高于 3.90 V 的槽前期，降低幅度為每次 5~10 mV，以每 10 d 作為一個周期進行。電壓降至 3.90 V 以下后，按照每 10 d 2~5 mV 作為一個降低電壓周期進行設定。當設定電壓降至 3.75~3.85 V 時，要緩慢降低設定電壓值，關鍵是保證槽況要平穩，噪聲值不能超過額定值。在降低電壓過程中一定要控制好氟鹽投放量和分子比變化，絕對不能夠用高分子比的保持來為降電壓制造不利條件。

表 1 兩種電解槽正常管理期的技術參數表

表 2 電解槽平均參數 (2012 年 12 月至 2012 年 4 月的平均值)

(2) 嚴格滿足新型結構電解槽技術條件，前期出鋁后鋁水平決不能低于 28 cm。在電壓能夠有效降低的前提下，盡量保持較高的鋁水平，有利于碳渣的排除。

(3) 建立新型結構電解槽“單槽”電子檔案，主要內容有：1) 槽溫變化及控制情況跟蹤，匹配技術條件。控制槽溫在 930 ℃ 以內。對于 930 ℃ 以上槽溫電解槽，視為病槽，第一時間進行處理。2) 單槽下料量(氧化鋁+氟鹽料量)變化情況跟蹤。對于氧化鋁料量低于 3100 kg,以及氟鹽投放量與分子比變化相悖的，及時查找原因，進行處理；3) 鋼窗溫度、陰極數據測量及異常問題處理跟蹤。正常槽每月測一次鋼窗溫度、陰極鋼棒溫度 (電流分布)，問題槽隨時測量、監控。4) 原鋁質量變化及控制情況跟蹤，尤其對鐵含量變化要引起高度重視。

(4) 做好新型結構電解槽生產運行管理及預防監護：1) 換極時認真摸查爐底、伸腿；2) 規范 201 槽大面整形，均勻陽極保溫料厚度，適當清寬側部爐幫，必須清出側部壓鐵；3) 提高換極質量，均勻陽極電流分布；4) 利用一切機會充分、及時打撈 201 槽碳渣；5) 控制技術條件，穩定槽況，確保打殼下料，控制突發 (閃爍) 效應；6) 做好均衡出鋁控制，尤其當鋁水平下縮時，注意控制出鋁任務量，務必確保技術條件穩定和槽況穩定；7) 對出現陰極鋼棒異常時，及時妥善處理，對陰極鋼棒發紅、鋼棒溫度持續偏高的，及時進行切斷、分流降溫、防漏處理。

結束語

采用新型陰極結構電解槽，并在原有技術條件基礎上優化了裝爐、焙燒、啟動，達到了指標的優化，確保了安全。雖然在生產當中遇到了一些問題，但通過全體職工的努力，都得到了有效解決。與普通電解槽相比，新型陰極結構電解槽噸鋁節電約 700~750 kWh，達到了降低電耗、降低成本的目的。

[1] 將小林. 大型預焙槽電流分布的特點. 輕金屬，1997(2)：25

[2] 邱竹賢. 鋁電解糟的絕緣側壁. 北京：冶金工業出版社，2005

Measures to Achieve Reduce Power Consumption of New Cathode Structure on 200 kA Electrolyzer

YANG Guo-feng

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楊國峰 (1981—)，男，冶煉工程師，工作于中國鋁業青海分公司第三電解廠六車間。

中國鋁業青海分公司，青海 大通 810100