淺談330KA平面陰極鋁電解槽低電壓生產(chǎn)實(shí)踐

舒 建

（廣西來賓銀海鋁業(yè)有限責(zé)任公司，廣西 來賓 546135）

1 鋁電解槽低電壓研究的意義

由于電解鋁行業(yè)是耗電大戶，所以，鋁電解節(jié)能意義非常重大。在實(shí)際生產(chǎn)過程，影響鋁電解生產(chǎn)的電能，主要通過提高電解槽電流效率和降低電解槽平均電壓。由于全國鋁電解企業(yè)起點(diǎn)不同，導(dǎo)致原鋁直流電耗的差異也比較大，比較好的企業(yè)原鋁噸鋁直流電耗12500Kwh,比較差的企業(yè)原鋁直流電耗高達(dá)13500～14000Kwh，可見，不同的企業(yè)之間的電耗差距很大。所以，鋁電解節(jié)能潛力巨大。在實(shí)踐的生產(chǎn)中可以通過降低電解溫度、合理的電解質(zhì)成分、合理的極距和較低的氧化鋁濃度、低的效應(yīng)系數(shù)來提高電流效率。通過提高電解質(zhì)的電導(dǎo)率、降低陽極過電壓、改善導(dǎo)體接觸點(diǎn)、減少陽極效應(yīng)分?jǐn)偅瑏韺?shí)現(xiàn)降低平均電壓[1]。

2 鋁電解電壓的理論基礎(chǔ)

（1）平均電壓。對于電解槽平均電壓由三個部分組成：V平＝V工作＋V效應(yīng)＋V黑。其中：黑電壓——我們也叫它線路電壓，在電解槽的設(shè)計定型后，要想降低黑電壓，可以從增加電解槽的絕緣性能，同時改善導(dǎo)體之間的接觸點(diǎn)增加導(dǎo)電母線的截面積，但需要增加公司的成本投入，所以降低黑電壓潛力并不大。效應(yīng)電壓——是指電解槽發(fā)生效應(yīng)后分?jǐn)傇陔娊獠鄣碾妷?V效應(yīng))。

（2）槽電壓。槽電壓由七個部分組成：E槽＝E分解＋E過+E電解質(zhì)＋E陽極＋E陰極＋E母線＋E其它。逐步降低槽電壓是維護(hù)電解槽熱平衡最重要的因素，它決定著電能消耗率。槽電壓偏高，則電能消耗越高，且容易破壞規(guī)整的爐膛，甚至導(dǎo)致電解槽熱行程，增加在產(chǎn)鋁的燃燒損失，影響電流效率的提高。①電解質(zhì)壓降主要受電解質(zhì)的極距和導(dǎo)電率影響。正常情況下，電解質(zhì)中炭粒的含量為0.04%，對電解質(zhì)導(dǎo)電率的影響不過1%。如果電解槽電解質(zhì)中的炭渣增加，當(dāng)達(dá)到0.6%時導(dǎo)電率將會降低10%左右。電解質(zhì)中懸浮的氧化鋁顆粒，會影響電解質(zhì)的導(dǎo)電率。同時會減少電解質(zhì)對炭粒的濕潤性，我們可以采用弱酸電解質(zhì)(分子比為2.2～2.4)，也可以添加一些能降低電解質(zhì)的導(dǎo)電率的添加劑來提高電解質(zhì)的導(dǎo)電率。②降低陽極壓降，在我們實(shí)踐生產(chǎn)中要想降低陽極壓降，可以從嚴(yán)格控制陽極糊的比電阻。所以提高陽極糊的導(dǎo)性能，降比電阻10Ωmm2/m的關(guān)鍵所在，可以節(jié)省直流電耗170Kwh/tAl左右。提高陽極工作質(zhì)量并嚴(yán)格控制陽極碳塊重量，在保證陽極工作正常，陽極電流分布均勻的情況下，降低陽極壓降，另外，適當(dāng)對磷生鐵成份配比進(jìn)行調(diào)節(jié)，因?yàn)榱咨F成份對于澆鑄性能及接觸點(diǎn)壓降有明顯的影響。

3 管理中實(shí)現(xiàn)低電壓依據(jù)

在生產(chǎn)過程中要想實(shí)現(xiàn)降低電壓，對電解槽的日常的管理要求比較高，管理中影響電解槽電壓主要有換陽極操作質(zhì)量、陽極卡具壓降、減少陽極效應(yīng)發(fā)生和電解質(zhì)壓降等。在生產(chǎn)中只有精心操作，才能降低壓降的目的。

（1）換極操作質(zhì)量。在換極的時候，打開槽蓋板不能超過四塊，以減少熱量的損失，重點(diǎn)抓住三個環(huán)節(jié)，即提前與計算機(jī)聯(lián)系，撈塊干凈，扒料，陽極設(shè)置精度。在天車未拔出殘極前必須檢查殘極導(dǎo)桿上有無畫線記錄，確保新極畫線時有該線作參照物，準(zhǔn)確裝入槽內(nèi)，從而保證電解電解槽陽極導(dǎo)電均勻，工作正常平穩(wěn)生產(chǎn)。裝極的時候要裝正、居中、緊貼大母線，收邊的時候要在下面覆蓋一小層氧化鋁粉，以減少燒空、燒塌；同時收邊的時候使用的快料要小（直徑20cm以內(nèi)），不能使用大塊收邊，在覆蓋的保溫料要足夠，以達(dá)到更好的保溫效果。

（2）陽極卡具壓降。陽極導(dǎo)桿表面不光滑會導(dǎo)致導(dǎo)桿與卡具接觸壓降增加，所以，我們用角磨機(jī)來打磨陽極導(dǎo)桿，盡量降低壓降，換陽極前先把導(dǎo)桿打磨光滑。同時，裝陽極需把導(dǎo)桿和水平母線表面清刷干凈，進(jìn)行抬母線操作時要人工復(fù)緊卡具，卡具操作完成后及時測量卡具壓降，壓降值大于10mV的人工用鋁錘敲打并再次復(fù)緊。使卡具壓降控制在10mV內(nèi)，從而確保整體的卡具壓降較低。

（3）減少陽極效應(yīng)發(fā)生。在生產(chǎn)現(xiàn)場減少陽極效應(yīng)的發(fā)生，降低電解槽分?jǐn)傠妷海刂坪眯?yīng)會給生產(chǎn)帶來好處，作為管理者要控制好電解槽工藝技術(shù)條件，合理優(yōu)化電解槽工藝技術(shù)條件，保證電解槽能量平衡。在生產(chǎn)現(xiàn)場的操作人員要經(jīng)常巡視電解槽的下料情況，并檢查電解槽的設(shè)備情況，及時清理打擊頭包和打擊頭卡堵，減少陽極效應(yīng)的發(fā)生。同時經(jīng)常看電解槽電壓曲線，發(fā)現(xiàn)電壓有上升趨勢，必須檢查電解槽的情況，控制效應(yīng)次數(shù)和時間可以從根本上減少陽極電壓分?jǐn)偂?/p>

（4）電解質(zhì)壓降。在實(shí)際的生產(chǎn)中，想做到所有的槽極矩保持一致非常困難，只要通過傳統(tǒng)的方式設(shè)置陽極，選擇最佳的設(shè)定電壓，從而使電流效率不受損失，而工作電壓最低，可以降低直流電耗。在極距相同下，不同的電解質(zhì)成分壓降不同，主要受到電阻率不同。事實(shí)證明，電解質(zhì)CaF2的含量在5%左右，分子比控制在2.4～2.5時，電解質(zhì)壓降將控制在比較合適的范圍。同時加強(qiáng)電解質(zhì)中碳渣的打撈，可以有效提高電解質(zhì)的電導(dǎo)率，降低電解質(zhì)壓降。

4 鋁電解槽生產(chǎn)實(shí)踐運(yùn)行情況

（1）爐底壓降。爐底的好壞直接關(guān)系到電解槽穩(wěn)定的條件，也關(guān)系到電解槽低電壓生產(chǎn)維持時間的長短。12月份開始，電解槽電壓降到了3.85V，經(jīng)過幾個月對電解槽爐底壓降測量和換極跟蹤摸爐底，爐底壓降控制在390mV以下，中縫有稀沉淀，說明電解槽爐底狀況比較好。

（2）電解槽下料量。在設(shè)備穩(wěn)定的情況下，下料量可以反應(yīng)電解槽的效率。在電解槽逐漸開始降電壓，我們從電解槽報表可以看出，下料量開始逐漸減少，平均下料量都在4820kg，在生產(chǎn)現(xiàn)場對電解槽稱料，每個點(diǎn)下料量在1.8kg，屬于正常范圍，說明電解槽效率隨著電壓的下降效率開始下降[2]。

（3）電壓擺時間。電解槽電壓擺直接反應(yīng)電解槽的槽況，電壓擺越多，槽況越不穩(wěn)定，反之，越穩(wěn)定。經(jīng)過幾個月低電壓生產(chǎn)，電解槽電壓擺單槽控制在5分鐘以內(nèi)，電壓擺時間沒有隨電壓下降增加。

（4）鐵硅含量。鐵硅含量是關(guān)系到原鋁合格率，從側(cè)面反應(yīng)電解槽的穩(wěn)定情況，也反應(yīng)電解槽爐膛情況，從這幾個月化驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，鐵硅含量隨著電壓降低有所變化，尤其是硅的含量下降明顯，說明電解槽爐膛開始收縮。

5 與試驗(yàn)前生產(chǎn)指標(biāo)對比

（1）平均電壓。從圖1可以看出，試驗(yàn)后電壓比試驗(yàn)前電壓下降246mV，降低的幅度很大，同時2013年12月份開始，電解槽的平均電壓控制在3.88V左右，電壓變化不明顯，說明電解槽比較穩(wěn)定。

圖1 試驗(yàn)前后電壓對比圖

（2）電流效率。從圖2可以看出，試驗(yàn)前電流效率比試驗(yàn)后電流效率高2%，試驗(yàn)后電解槽的平均電流效率為91.3%，電壓降下來后，電流效率損失比較大。

圖2 試驗(yàn)前后電流效率對比圖

（3）直流電耗。從圖3可以看出，試驗(yàn)后直流電耗比試驗(yàn)前電耗下降明顯，與試驗(yàn)后的平均噸鋁電耗相比，下降515Kwh/tAL，說明降電壓取得比較好的能耗指標(biāo)。

圖3 試驗(yàn)前后直流電耗對比圖

（4）效應(yīng)系數(shù)。從圖4可以看出，試驗(yàn)后的效應(yīng)系數(shù)與試驗(yàn)前的效應(yīng)系數(shù)相比，效應(yīng)系數(shù)下降至0.08槽/日，說明在低電壓生產(chǎn)實(shí)踐過程中，控制效應(yīng)是降低能耗的關(guān)鍵。

圖4 試驗(yàn)前后效應(yīng)系數(shù)對比圖

6 結(jié)語

330KA鋁電解槽生產(chǎn)實(shí)踐證明，在進(jìn)行電解槽低電壓生產(chǎn)中，電解槽爐底壓降控制在390mV以下，才能使電解槽爐底狀況良好，電壓擺時間單槽控制在5分鐘/天，保證電解槽穩(wěn)定。與試驗(yàn)前生產(chǎn)指標(biāo)對比，平均電壓下降246mV,電流效率下降2%，效應(yīng)系數(shù)降低了0.08槽/日，噸鋁直流電耗下降515Kwh。經(jīng)過現(xiàn)場工作人員長時間的生產(chǎn)實(shí)踐，得出低電壓生產(chǎn)會使電流效率下降，但可以降低直流電耗，綜合的能耗指標(biāo)明顯下降。

[1]宋祥君.400KA鋁電解槽能源優(yōu)化控制系統(tǒng)及實(shí)現(xiàn)[D].湖南:中南大學(xué),2010.

[2]廣西投資集團(tuán)公司內(nèi)部資料.