200KA預(yù)焙電解槽爐底結(jié)殼的節(jié)能效果分析

【摘要】通過生產(chǎn)實踐，分析和闡明了200KA預(yù)焙槽爐底結(jié)殼形成的原因、處理措施，打到節(jié)能效果。

【關(guān)鍵詞】預(yù)焙電解槽；爐底結(jié)殼；原因；措施

面臨越來越大的資源、能源和環(huán)境的壓力，電耗、環(huán)保已成為影響中國電解鋁工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素。在今后相當(dāng)長的一段時期內(nèi)，節(jié)能降耗和環(huán)保將是中國電解鋁技術(shù)發(fā)展的主旋律。表1是國內(nèi)外一些先進(jìn)電解鋁企業(yè)的工藝技術(shù)指標(biāo)對比情況，可以看出，青海分公司在節(jié)能降耗方面與國內(nèi)外先進(jìn)電解鋁企業(yè)存在一定的差距，同時也顯示出我們在節(jié)能降耗方面有很大的潛力可挖。

近年來，我國電解鋁工業(yè)發(fā)展迅速，電解鋁產(chǎn)量逐年上升，已達(dá)到世界第一位。我國電解鋁工業(yè)的迅速發(fā)展主要得益于近年來中間點式下料預(yù)焙槽的飛速發(fā)展。目前，國際上大型預(yù)焙槽電流效率已達(dá)到 93%-96%，直流電耗達(dá)13000∽13400KWh/t.Al的電解系列越來越多。在電流強(qiáng)度確定的情況下，鋁電解工藝技術(shù)條件就成為電解技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的決定性因素。隨著電解工藝技術(shù)條件的不斷優(yōu)化和電解槽自動控制技術(shù)的不斷發(fā)展，電流效率不斷提高，噸鋁電耗不斷下降[1]。

自80年代以來，國際上最先進(jìn)的只能模糊控制技術(shù)指導(dǎo)取得了良好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)[2]。但在生產(chǎn)運行中，電解槽爐底有沉淀結(jié)殼的發(fā)生，影響電解槽平穩(wěn)生產(chǎn)和取得更高的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。針對爐底結(jié)殼，經(jīng)過大量的生產(chǎn)實踐，基本摸索出了一套避免形成、控制和處理爐底沉淀結(jié)殼的管理經(jīng)驗。

1.爐底結(jié)殼形成的原因

爐底結(jié)殼時投入電解槽中的氧化鋁料沒有被完全溶解掉沉到爐底形成沉淀，沉淀遇冷態(tài)變硬而形成的。

1.1分子比保持過低

1.1.1應(yīng)用分子比操作的優(yōu)點

分子比是在鋁電解生產(chǎn)中需要進(jìn)行控制的重要工藝參數(shù)。經(jīng)過理論分析和生產(chǎn)實踐證明，降低分子比是提高電解鋁電流效率的有效途徑。應(yīng)用低分子比操作有以下優(yōu)點[3]：

（1）電解質(zhì)的初晶溫度低可降低電解質(zhì)溫度。

（2）Na+在陰極上放電的可能性小。

（3）電解質(zhì)的密度和粘度有所降低，從而電解質(zhì)的流動性好，并有利于金屬鋁從電解質(zhì)中析出。

（4）電解質(zhì)同碳素和鋁液鏡面上的表面張力增大，有助于炭粒從電解質(zhì)分離和減少鋁在電解質(zhì)中溶解度。

（5）槽面上的電解質(zhì)結(jié)殼松軟，便于加工操作。

1.1.2降低分子比存在的不利方面

降低分子比雖然對降低電解質(zhì)初晶溫度、提高電流效率有利，但也存在三個不利方面：

（1）揮發(fā)損失較大。

（2）氧化鋁濃度溶解性降低。

（3）電解質(zhì)導(dǎo)電率降低，其電阻增大。

雖然我廠200KA電解槽同樣采用的是氧化鋁濃度模糊控制技術(shù)，氧化鋁濃度控制在較低的濃度范圍內(nèi)（1.5%-2.5%），但是，由于分子比保持過低（低于2.4），電解質(zhì)溶解氧化鋁的能力大幅下降，從下料器下到電解槽中的氧化鋁料，一部分無法被電解質(zhì)所溶解而沉到爐底上，同時，分子比過低，槽溫也對應(yīng)轉(zhuǎn)低，爐底處于冷態(tài)，沉淀被硬化而形成結(jié)殼。這是爐底結(jié)殼形成的一個主要原因。

1.2電解質(zhì)水平偏低

電解質(zhì)的波動及易引起電解槽的波動，當(dāng)電解質(zhì)水平降低，電解質(zhì)量小，溶解氧化鋁料量也相對應(yīng)的減小，因而下到電解槽中的氧化鋁料有一部分溶解不了而直接沉到爐底山形成沉淀，受冷生成結(jié)殼。

1.3電解槽鋁量偏大

在電解槽內(nèi)保持適量的鋁液水平是有益的。

（1）它能夠保護(hù)槽底陰極炭塊，不使炭化鋁在槽底上大量生成而增加電阻。

（2）陽極中央?yún)^(qū)域部分多余的熱量可通過這層熱的良好導(dǎo)體輸?shù)疥枠O四周，使槽內(nèi)各部分溫度趨于均勻。

（3）適當(dāng)?shù)匿X液高度能填平槽底上的高洼不平之處，使電流比較均勻地通過槽底，并能夠削弱 磁場的作用力，使鋁液傾斜和波動性減小。

（4）適當(dāng)?shù)匿X液數(shù)量能夠控制陰極爐膛的變化，可以增加陰極電流密度，有利于電流效率的提高。

但鋁液水平保持過高，鋁量偏大，通過鋁液散失的熱量就大，會使槽底發(fā)冷，使槽底的沉淀變冷而硬化結(jié)殼。同時，由于電解槽容積有限，槽子爐面高度有限，鋁液過多，直接導(dǎo)致電解質(zhì)的數(shù)量減小，電解質(zhì)水平不易控制，易發(fā)生大量沉淀和爐底結(jié)殼。

1.4氧化鋁濃度過大

雖然我廠200KA預(yù)焙槽采用氧化鋁濃度智能模糊控制技術(shù)，但由于氧化鋁濃度不能在線檢測到，而是依據(jù)槽電阻與氧化鋁濃度的關(guān)系來間接判斷槽子氧化鋁濃度高低，會產(chǎn)生一定的偏差。同時，對設(shè)備故障造成槽子氧化鋁下料過量時，不能及時予以停料來修正氧化鋁濃度，這就會出現(xiàn)由于設(shè)備故障、計算機(jī)算法偏差，造成氧化鋁濃度高而無法自動調(diào)整，爐底易發(fā)生沉淀甚至結(jié)殼。

1.5人工作業(yè)的影響

在電解生產(chǎn)過程中，電解槽定期或不定期的進(jìn)行一些人工作業(yè)，如：換陽極、邊部加工、出鋁、陽極效應(yīng)處理、抬母線等。這些人工作業(yè)會對控制過程產(chǎn)生干擾，也對電解槽的能量平衡、物料平衡和槽況的穩(wěn)定性帶來較大影響，尤其是邊部加工和換陽極，由于一次投入到槽中的氧化鋁量較大，電解槽不易馬上消化溶解掉，不被溶解的氧化鋁料沉到爐底形成沉淀甚至結(jié)殼。

2.處理措施

爐底結(jié)殼形成關(guān)鍵在于工藝技術(shù)條件的不匹配和作業(yè)質(zhì)量不高兩個主要因素，使電解槽走向冷行程后預(yù)防處理不及時的后果。爐底結(jié)殼一旦形成會對槽子正常生產(chǎn)產(chǎn)生較大的危害性，如鋁液穩(wěn)定性差引起槽噪聲值偏大，水平電流過大溶化邊部爐幫、爐底壓降增高而使槽子實際工作電壓降低、極距過低，局部二次反應(yīng)增加使鋁的損失增加，同時二次反應(yīng)產(chǎn)出大量的熱量，使溫度增高，這些都導(dǎo)致電流效率降低，能耗增高。嚴(yán)重是易發(fā)生壓槽、滾鋁等病槽事故。若爐底沉淀已形成結(jié)殼，首先應(yīng)提高極距，盡量減少二次反應(yīng)，增加熱收入，提高分子比，保持盡可能高的電解質(zhì)水平，人工單雙點控料降低電解質(zhì)中的氧化鋁濃度，以達(dá)到逐步溶化結(jié)殼溶解氧化鋁，平整爐底規(guī)整爐膛的目的。

2.1適當(dāng)增加熱收入，減少熱支出

適當(dāng)提高工作電壓，提高電解質(zhì)水平，提高電解質(zhì)溫度，增加電解槽熱收入并適當(dāng)增加陽極保溫料，減少電解槽上部散熱量，達(dá)到增加熱收入，減少熱支出，灰分熱平衡。

2.2保持適宜的技術(shù)條件[4]

（1）分子比保持不能過低，尤其是不能低于2.4，使電解質(zhì)有較大的溶解氧化鋁料的能力 。

（2）電解質(zhì)保持不能過低，尤其是電解質(zhì)水平不能低于19cm，保證槽子內(nèi)有足夠的電解質(zhì)數(shù)量來溶解氧化鋁料。

（3）保持適宜的鋁液水平，以出鋁后鋁液水平22-24cm為宜。為了加速沉淀結(jié)殼溶化可采用分次出鋁的辦法（增加出鋁次數(shù)，而減少一次出鋁量）提高爐底溫度。

（4）保持合適的陽極效應(yīng)系數(shù)，以 0.1-0.08次/槽.日。

（5）單槽每天下料量應(yīng)控制在實際產(chǎn)出效率換算后的±50kg。

3.結(jié)論

重視工藝技術(shù)條件的保持與調(diào)整，工藝參數(shù)重視工藝技術(shù)參數(shù)的保持與調(diào)整，工藝參數(shù)的匹配與控制，對電解槽的穩(wěn)定影響是全面的、長期的，而操作質(zhì)量的影響是片面的、局部的、合理的電解工藝控制可增強(qiáng)電解槽自平衡能力，防止電解槽槽底發(fā)生惡化，增加電壓的有效利用率，從而達(dá)到穩(wěn)定生產(chǎn)和降低能耗的目的。

【參考文獻(xiàn)】

[1]楊重愚主編.輕金屬冶金[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1991.

[2]邱竹賢.預(yù)焙槽煉鋁（第三版）.冶金工業(yè)出版社.

[3]現(xiàn)代大型預(yù)焙槽生產(chǎn)技術(shù).東北大學(xué)出版社.

[4]三電解啟動后期技術(shù)與管理生產(chǎn)實線經(jīng)驗總結(jié).