淺析200kA預焙槽低電壓下提高電流效率的措施

呂文斌

（中國鋁業青海分公司，青海 西寧 810108）

0 前言

某公司投產至今已有30年，一直進行電流效率的研究，從理論到實踐都有了很大的進展。近年來，200kA預焙槽實施了低電壓生產技術。但推行低電壓生產不久，發現電解槽電流效率較推行前降低幅度較大，為此，該公司召開了班組長和專業技術人員研討會，決定攻關200kA預焙槽低電壓生產下提高電流效率的措施。

1 電流效率低的原因分析

電流效率低主要是電解電流通過了陰極，應該產鋁，但實際沒有產鋁。電流效率低原因有以下幾項：

1.1 鋁的二次反應損失

因推行了低電壓生產技術前期，電解槽熱平衡不好，供料間隔設定不合理等因素，造成槽溫較高，陽極效應系數加大，部分槽陽極效應系數達到0.2次/槽·日以上，導致電解槽內CO2(氣)濃度增大，同時因陽極效應系數升高，電解槽內下層鋁液翻滾到電解質內到達陽極表面機會加大，從而為鋁的二次反應提供了良好的反應條件。

1.2 鈉的析出

鈉的析出反應式為：6Na(溶)+3CO2(氣)+2AlF3(溶)=6NaF(溶)+Al2O3+3CO(氣)。

1.3 Al4C3的生成

反應式為：4Al(溶)+3C(固)=Al4C3(固)，因推行了低電壓生產技術和強化電流降電壓技術，電解槽陰極塊為201項目陰極塊，陰極生產廠家生產該種陰極塊時間不久，經驗不足，有部分陰極塊濕潤型不好，質量欠佳，加速了Al4C3的生成。

1.4 雜質引起的損失

實踐證明電解質中 Fe、P、V、Si、Zn、Ti和 Ga 等雜質的陽離子每增加0.01%，電流效率降低0.1～0.7%。因某公司推行了低電壓生產技術和強化電流降電壓技術期間，為降低成本，為電解槽購進了高硫焦含量較大的陽極炭塊，因高硫焦雜質含量較高，一定程度影響了電流效率。

1.5 陰極和陽極之間的瞬時短路

因操作不慎，陰極和陽極之間的發生瞬時短路，主要是在更換陽極或出鋁時，因操作不慎使陽極同鋁液接觸造成瞬時短路而引起的電流損失。

2 提高電流效率的措施

2.1 強化電流

某公司200kA電解槽設計陽極電流密度0.7215A/cm2，經研究院和工程技術人員詳細計算，各母線足夠承載強化后電流的容量，為此某公司決定將系列電流從200kA強化至215kA，215kA時陽極電流密度0.7756A/cm2，仍低于國際國內先進電解槽陽極電流密度。

2.2 規整爐膛內形

電解槽具有良好的爐膛內形，它可以減少水平磁場，收縮鋁液鏡面沉積在爐膛內壁上的，提高陰極電流密度，降低鋁液波動，同時較厚的爐幫可以減少熱損失，從而提高電流效率。在實施低電壓初期，形成較厚的爐幫，但部分槽伸腿增長，尤其是角部陽極伸腿過分增長，導致爐膛畸形，使電流效率下降。為此采取措施有：一是，每周處理角部陽極伸腿；二是，充分利用換極機會，打撈好炭渣，并處理電解槽畸形爐膛。

2.3 降低陽極效應系數

2.3.1 嚴格執行殼頭包、打撈炭渣和大堆料檢查制度，及時消除殼頭包，保證氧化鋁供料的暢通，以降低由于物料的卡堵而造成的陽極效應系數升高；

2.3.2 規范換極作業，操作前必須扒干凈殘極上的浮料，減少物料的無序進入；

2.3.3 堅持電解槽日評判制度，開展好電解槽橫班對標活動；

2.3.4 加強供料管理，凈化車間每班深入現場進行檢查，及時了解供料及煙氣凈化情況，防止堵料或下料器故障發生的效應；

2.3.5 加強電解槽下料點的稱量和檢查，杜絕大堆料造成的電解槽缺料而發生陽極效應；

2.3.6 電解計算機站對異常槽進行電解槽下料異常通報，提醒電解工及時處理異常情況。

圖1 低電壓推行初期電解槽爐膛

圖2 采取措施后標準爐膛

3 優化工藝參數

3.1 保持合理的電解溫度

實踐證明電解溫度每降低10℃，電流效率能提高1.5-1.8%。因此將電解溫度控制在920-930℃的范圍內，能獲得較高的電流效率。

3.2 保持合理兩水平

電解槽內鋁水平要設定合理，過高可造成爐底偏冷，太低易造成槽溫上升，影響電流效率。因此，不同的電解槽應根據實際情況設置相應的鋁液高度，不可因為單純的為了降低電壓，減少針振穩定磁場而大幅度提高鋁液高度。建議實施低電壓技術電解槽可采用19-21cm鋁液高度為宜，電解質水平保持24-26.5cm。

3.3 電解質成份調整

表1 電解質體系主要成分及調整目標

3.4 其他提高電流效率的措施

圖3 200kA電解系列電流效率完成圖

3.4.1 狠抓換極操作質量，卡具壓降要求控制在5mv以內；

3.4.2 為確保新極16小時電流分布合格率達標，對要換的陽極提前預熱，增加換極后陽極的及時導電性；

3.4.3 及時維修端頭破損的槽蓋板，減少漏電；

3.4.4 利用每次停電機會處理電解槽四周的雜物，減少漏電；

3.4.5 使用高質量的陽極塊和陰極塊，減少炭渣量，提高陽極、電解質和陰極的電導率。

4 取得效果

4.1 經濟效益

電流效率從2012年的90.71%提高到2013年上半年91.21%，電流效率較實施前提高了0.5%，圖3是電流效率完成圖，平均槽電壓從2012年3.958V降為2013年上半年3.942V，下降了0.116V。

該系列有278臺槽生產槽，電流強度強化至215kA，每度電費0.34元／kWh，實施前噸鋁直流電耗13134kWh/t，實施后噸鋁直流電耗12954kWh/t，則該系列年節約電耗效益為：

年節約電耗效益=(實施前噸鋁直流電耗－實施后噸鋁直流電耗)×年產量×電費=(13134kWh/t－12954kWh/t)×158900t／年×0.34 元 ／kWh=972萬元／年。

系列年增加產量=(實施后效率－實施前效率)×0.3356×24×215KA×278臺×365d×10-3=878.5噸。

4.2 社會效益

項目實施后電解系列陽極效應系數由0.15次/槽·日降至0.07次/槽·日以下，效應持續時間由3-4分鐘降至2-3分鐘。因效應系數和效應持續時間的降低，減少了CO2、CO、CF4、C2F6等溫室氣體的排放量，同時節約了電能，為節能減排做出了貢獻。

[1]邱竹賢.預焙槽煉鋁[M].冶金工業出版社，2005.

[2]劉業翔.現代鋁電解[M].冶金工業出版社，2008.

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[4]黃棟飚，白明昌，郭慶峰.400kA系列預焙槽低電壓運行生產實踐[J].輕金屬，2011.