200kA大型預焙鋁電解槽的節能降耗工藝初探

付瑞云

摘要：在進行電解生產的時候，如何盡可能的提高電流的利用率，減少電耗是鋁企業一直關注的問題，也是其努力的目標，本文就200kA大型預焙鋁電解槽的節能降耗工藝略談，以期對鋁行業的發展有所幫助。

關鍵詞：200kA大型預焙鋁電解槽 節能降耗工藝

如今，我國的鋁工業正在不斷的發展壯大，需要更多的能源、資源和更好的環境，現今，影響鋁工業發展的主要因素就是電耗和環保。根據相關研究，200kA大型預焙鋁電解槽的能量耗損中，熱量耗損占了百分之七十六的比例，電流效率的損失占到了百分之十，電壓降占占到了百分之十三的比重，可見電耗是一個非常重要的技術經濟指標。

一、降低電解槽的電壓

降低電解槽電壓的方式主要有以下幾種：第一，減小電解質的電阻，進而增強電解質的導電性；第二，減少陽極效應以分攤電壓；第三，減小陰陽兩極的過電壓；第四，降低爐底的壓降。降低電解槽的電壓實質上是降低電解質的電壓，電解質的壓降主要與極距、電流的密度、電解質的電阻率以及陽極被進入電解液里面的深度有關系，電解質的壓降在電解槽中的電壓所占比重是百分之三十五到百分之四十，將極距縮短、將電流密度減小、選用具有更強導電性的電解質以及增加陽極在電解液中的深度都可以有效的降低電解質的壓降。考慮到經濟效益，減小電流的密度和增加陽極在電解液中的深度會影響鋁的產量和質量，所以最好的方法是把極距進行適當的縮短和選取具更強導電性的電解質。縮短極距的方法是下調工作電壓，這會對電流的效率以及電解槽的穩定造成負面影響，因此同時要選取具有更強導電性的電解質共同使用，這樣才可以實現降低電壓而不會產生負面影響的目的。

二、減少熱消耗

前文中已經提到過熱消耗占到了百分之七十六的比例，這是相當大的比重，其中上部結構的熱消耗占到了大約百分之五十一，氧化鋁的表面和炭表面一共占大約百分之二十八，在上部結構的熱消耗中占百分之五十五的比重，所以減少熱消耗的最有效措施就是降低殼面上的熱消耗，方法就是在更換陽極添加保溫料，或者在大面整形的時候加強進行對殼面的保溫工作，具體的做法是在新極和陽極之間加入大約兩百千克至兩百五十千克的極上保溫材料，并且給將陽極上的保溫料補足，然后用鋁耙整平，露出二到四厘米的鋼爪窗口，然后蓋好槽蓋板；大面整形的方法是把比較高的老殼敲下去，但是注意不可以破壞側部，接下來用碎塊填補好冒火的地方，再加入大約十六厘米到十八厘米的保溫材料，并且在陽極外側邊沿和爐面制造出一個自然的斜面，來清除含有二價鐵離子的化合物。

三、采取措施延長電解槽的使用壽命

電解槽的陰極上的材料會與高溫的電解質溶體和鋁液進行直接的接觸，陰極材料上的內襯材料的質量和砌筑工藝會對電解槽的運行效果和使用壽命產生直接的影響，所以選擇內襯材料的時候，要選擇抗腐蝕性強、氧化性強、耐高溫和導電性強的內襯材料能夠有效延長電解槽的使用壽命，另外，盡可能的改善筑爐工藝，優化電解技術都能夠有效提高電流效率、延長電解槽的使用壽命，具體的做法就是這樣：首先，在底塊中加入大約百分之二十的無煙煤和石墨，能夠改善底塊的質量，原因是它們在鈉的作用下是最穩定的；第二，提高槽底的質量，尤其是搗固縫的質量，這里是電解槽底最弱的地方；第三，保證均勻加熱，在啟動之前，槽底的溫度要維持在九百五十度以上，因為在這樣的溫度條件下，鈉和碳的化合物分解最有效果，可以有效減少鈉對槽底的負面影響；第四，啟動的時候，添加一些氟化鈣和氟化鈉，能夠起到浸潤槽底的作用；第五，加強槽殼的強度，尤其是上部翼緣位置，還有無底槽基礎的強度和熱穩定性能，能夠有效減少甚至防止槽底出現變形的情況。

四、提高電解液的導電性

在電解槽里面，總會不可避免的有碳渣的存在，有的在電解質表面，有的在電解質內部，碳渣主要來自陽極，碳渣越細，就會容易留在電解質中，對電解質的導電性產生負面影響。要想提高電解液的導電性，除了選擇更加具有導電性的電解質以外，還可以增強現有電解質的導電性，提高電解質的導電性有以下方法：第一，選擇合適的添加劑，比如氟化鋰和氯化鈉，也可以在裝爐時添加二氟化鎂和二氟化鈣，其中雖然二氟化鎂對于熔體的導電性有一定的負面影響，但是卻可以有效的對熔體的碳渣起到極大的凈化作用，添加比例是加入0.6噸的二氟化鈣和0.8噸的二氟化鎂；第二，進行換極工作時的操作要更加精細。在換極之前，要扒好陽極表面的浮料，及時處理掉槽底的沉淀物，如果沉淀物過多，會使得電流的分布不均勻，使得電壓升高，而如果清除掉沉淀物，就可以減小電壓的波動甚至使電壓不波動，進而有效的提高生產效率；最后，盡量的將人為的干擾降到最低，絕對不可以人工操作，采取措施提高智能模糊控制系統的能力和精確度，同時注意及時清理碳渣，能夠降低電解質的電阻，進而增強導電性。

五、提高電流的效率

主要從以下幾個方面來提高電流的效率：第一，降低電解質的溫度，比如冰晶石的溫度每降低十度，電流效率就會提高百分之二至百分之三，主要方式為下調電解質的分子比（本質是增加三氟化鋁的含量，改變了電解質的成分）、降低陽極的電流密度；第二，提高電解質成分的純度，現在隨著技術的進步，電解質的純度已經已經有了很大程度的提高，從百分之五十至六十提高到了百分之八十甚至九十，穩定了電解槽的溫度，極大的提高了經濟效益；第三，保證陽極電流的均勻分布，一般情況下，電解槽的極距大約是四厘米到六點五厘米之間，電流的效率會隨著極距的增加而隨之提高，同時電壓也會增加，極距過小的情況下，會加快二次反應，極大的降低電流的效率，如果電流分布不均勻，會使得電流效率明顯下降，所以相關工作人員要及時進行檢查并妥善處理。200kA的大型預焙鋁電解槽有28個陽極，要想保證極距的一致存在一定的難度，這樣有一些炭塊的極距就會比較低，導致電流分布不均勻，局部會發熱，進而降低電流的效率。

六、降低效應系數

絕大部分陽極反應的發生都與氧化鋁的濃度有關，電解槽發生陽極反應的主要因素是氧化鋁濃度的偏低或者電解質濃度的偏低。氧化鋁濃度的控制是鋁電解生產中非常重要的一個環節。就目前電解鋁廠的狀況來看，用到的氧化鋁主要是中間狀的氧化鋁。中間狀的氧化鋁溶解速率比較慢，從而有利于氧化鋁落到爐底形成沉淀，經過長期的積累沉淀之后就會使得爐底的壓降不斷增加，由于不可以添加氧化鋁的缺失，那么就會發生效應。

對氧化鋁濃度的算法進行完善之后，我們可以利用“激勵—反饋”這一機制來控制氧化鋁的濃度。“激勵”就是通過刺激電解槽來解決電解槽下料采取欠量或過量的方案，而“反饋”就是槽電阻R的變化情況。欠量和過量所對應的就是電解槽中氧化鋁濃度的減少和增加。此外，出來欠量和過量這兩種變化形式之外，還有呈過欠量階梯式變化的。這種階梯式的變化要比長時間的欠量和過量要好，這能夠在一定程度上減少電解槽化爐膛的情況出現，并且在臺階的變化中存在優先的機制，敏感的電解槽臺階變化比較快，而不敏感的就變化的比較慢。這種階梯式形式的變化可以保證電解槽長期的處于低濃度，當濃度發生變化后也可以及時的調整回來，最終使得氧化鋁的濃度控制工作順利的進行。

七、 結束語

隨著我國經濟和科技的穩定進步和快速發展，我們要充分運用現代科技優化預焙鋁工作的進行，實現降低成本、提高產量、質量和工作效率的目的，同時要以節能、節源和減少損耗為原則，總而言之，優化工作條件是減少損耗的根本手段。另外，為了達到節能降耗的目的，我們也可以充分運用創新的先進技術、更為先進的配套設備以及新的焙燒方法等，還有很多的方式方法，本文只是給出了一些比較基礎的改善方法，皆作拋磚引玉之用，以期對我國的煉鋁事業有所幫助，只要用心，就會找到更好的方法達到節能減耗的目的。

參考文獻

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（作者單位：中國鋁業股份有限公司蘭州分公司）