鋁電解中陽極效應的原因及控制措施分析

張 磊

（沈陽科技學院，遼寧 沈陽 110167）

陽極效應會對鋁電解整個過程造成巨大損失，在生產控制中，相關人員的工作重點應放在陽極效應規避中，這可以在根源處斬斷效應帶來的一系列負面影響。在系統設計應用中，相關人員應找到影響效應熄滅成功率的因素，如此才能使系統的自動化控制力度加大，陽極效應才能消失在萌芽階段。本文主要針對鋁電解中陽極效應的原因及控制措施進行分析。

1 陽極效應造成的危害

主要包括以下六方面，其一在陽極效應作用下，電解槽的電壓和電流都不再正常，電壓的變化，會使電流運行效率降低，這不利于電能的有效利用，高電壓和過電流會使環境溫度升高，長期以往，電能浪費量必然增加[1]。其二該效應不僅會浪費電能，其對電壓和電流的影響，會使整個供電系統運行效率降低，安全系數降低，當鋁廠供電需求和供電質量得不到滿足時，鋁廠的生產效率自然會下降，如果不控制該效應，其造成的危害會越來越大，并形成惡性循環。其三陽極效應的發生也會影響鋁電解速度，在效應作用影響最大時，電解過程會停止，鋁便無法生產。其四當生產效率降低時，原材料用量會增大，產出量會減少，且該效應還會造成氟化鹽的揮發，這意味著鋁廠需要投入更多的原材料，才會生產出等量的鋁產品。其五陽極效應還會對周圍環境造成負面影響，勞動條件的惡化必然會對工作人員身心帶來影響。其六效應作用下的最終產品質量會下降，甚至不達標。其七會使電解槽的能量無法再保持平衡，爐膛也會發生質損。

2 鋁電解陽極效應的原因分析

（1）陽極效應機理。鋁電解環節電解對象主要為冰晶石-氧化鋁熔體，電解槽中的陽極組成物質主要為炭，在電解過程中，電解對象的濃度會逐漸被稀釋，當該濃度過低時，炭端濕潤度下降，其對氣體的吸收效率會提升，炭陽極氣體過多，會形成阻隔電流的氣體膜，炭本身會被氣體膜覆蓋，相關的導電面積便會減少，這會使電流密度會逐漸飆升至最大值，這超出了安全規定標準數值，這便是陽極效應產生機理[2]。

（2）陽極效應原因。第一，換極作業過程中的陽極效應。其發生原因主要包括以下幾方面，其一在電解對象濃度較低的條件下，發生換極作業，陽極被調開后，其電流密度會上升，遠遠超過電解對象能承受的最大電流密度，在這種狀態下，陽極效應必然發生。其二電解質不合格，換極作業便可能對其造成影響，使其導電面積發生改變，在陽極調出后，電解質會回落，此過程便會造成陽極電流密度變大。第二，出鋁過程中的陽極效應。其發生原因主要包括以下三方面，其一在電解氧化鋁過程中，相關人員應控制鋁液和陽極回落時間，使其保持同步，該過程需要通過計算機設備調控槽控機來達到目的，但如果槽控機的出鋁鍵失效或出現滯后現象，兩者則會先后落下，電解質落下時，陽極還未落下，這會使陽極的電流密度遠遠超過電流密度安全標準值，陽極效應自然發生。其二該過程中的過料量是有限的，不能滿足鋁的過量加工，這也會造成陽極效應。其三電解槽中的溫度應保持恒溫，溫度參數才不會成為陽極效應發生的導火索，在實際中，電解槽經常會出現降溫現象，有時是出鋁散熱引發，有時則是冷料加入后導致的降溫。在這樣的環境中，槽子必然發生陽極效應。第三，減量期發生的陽極效應。發生原因主要包括以下兩種，其一在電壓擺過程中，材料數量減少，陽極上升，會為陽極效應發生創造機會，這樣的反應時間過長會加快陽極效應發生。其二操作不規范引發的減量加工現象，欠料加工條件下，氧化鋁濃度必然降低，陽極效應會發生。第四，增量期發生的陽極反應。發生原因主要如下，其一下料口堵塞，增量指令失效，氧化鋁濃度無法上升，則會發生陽極效應。其二同上，下料量減少，也會發生陽極效應。其三電解質雜質多，會影響氧化鋁的溶解程度，雖然電解槽處于增量期，但實際的氧化鋁濃度依然很低。其四停電狀態下，槽溫下降。

3 鋁電解中陽極效應控制措施

（1）強化自控預報系統的建設。在鋁電解生產過程中，鋁廠會利用信息技術編制陽極效應預報程序和相關系統，專門用其來監督電解質中氧化鋁濃度的變化、電解槽電阻變化、電流密度變化等，這些變化有可能會導致陽極效應，相關人員需要在預報程序中設置臨界值，便可達到預報目的，當實際變化情況遠遠超過臨界安全狀態時，預報系統會發生警報。預報控制系統預報的主要參考依據是氧化鋁濃度和電阻關系曲線圖。該系統雖能預報警示，但依舊存在缺陷，相關人員還需要優化系統，使其能準確反映氧化鋁變化后的濃度。

（2）構建完善的自動熄滅控制系統。自動熄滅控制系統意在將陽極效應扼殺在搖籃里，使其在萌芽狀態便被消除。所以該系統要比自控預報系統優良，當然其在應用中也會受到一些因素的影響，如加料量、槽況等，相關人員需要結合這些因素，合理優化設計系統。相關系統為ELAS系統，該系統中的自動熄滅效應控制模塊比較完善，可以及時發現陽極效應，及時消除效應。在構建系統完畢，相關操作人員還要掌握該系統的操作方法，如實執行自動熄滅陽極效應步驟。

（3）規范現場操作。在增量期，工作人員的誤操作會造成陽極效應，在換極過程中，工作人員操作不規范，導致異常物料落到電解槽，換極精度會降低，在異常物料打撈過程中，整個換極空間和時間會增多，這反而會增加陽極效應的發生幾率，相關人員需要規范現場操作，減少換極過程中的廢物和時間。與此同時，相關人員還要控制電解槽的溫度，使其一直保持在恒溫狀態。減量期的下料系統也是重點控制對象，避免物料堵塞或物料量減少現象，如此電解槽中的氧化鋁濃度才不會降低。

（4）保證參數合理有效。下料系統與計算機設備連接在一起，這方便相關人員遠程操控電解鋁過程，相關人員需要通過設備，查看下料參數變化情況，主要對監控曲線進行分析，找到其中的異常參數，下料時間間隔等參數還要與實際需求相適應，如此鋁電解過程中的參數才合理有效。

（5）減少停電次數。停電時間過長，也會導致氧化鋁濃度降低，鋁廠需要做好本廠的供電系統管理工作，保證供電可靠，減少停電次數，使電能穩定，使電解槽中的電壓不會高升，如此電流密度也不會飆升，整個電解槽也會更加穩定。

（6）其他控制措施。首先找到陽極效應降低消除條件，如控制氧化鋁質量，提升陽極質量，使用優質下料器，提供充足的原料，提升下料均勻度，避免電解質萎縮等等，都可以作為控制措施。

4 結語

在鋁電解陽極效應熄滅控制中，相關人員應清楚意識到陽極效應弊大于利，還應對具體的危害性和原因、作用機理等了如指掌，這些信息是自動熄滅控制系統設計的參考依據。在系統應用發展中，相關人員還應致力于系統的優化設計，集成先進技術來提升系統的自動化程度，使熄滅系統對陽極效應的作用優勢更顯著。