330KA鋁電解槽零效應生產管理研究

舒 建

（廣西來賓銀海鋁業(yè)有限責任公司，廣西 來賓 546135）

隨著鋁電解技術的進步，陽極效應的價值逐步喪失，其對電解槽穩(wěn)定生產的不利影響反而更加突出。陽極效應的利弊是相對而言的，效應管理與“零效應”管理并非矛盾，它們是時代變遷與技術進步的產物。

1 氧化鋁濃度控制技術是“零效應”管理的必要前提

（1）氧化鋁濃度與電解質壓降的變化關系：由于氧化鋁溶解時生成體積龐大的鋁氧氟絡合離子，電解質電阻隨著氧化鋁濃度升高而增大，但氧化鋁濃度低于4.0%左右以后，由于電解質對炭陽極的濕潤性下降，陽極過電壓逐步升高。

圖1 電解質電阻與氧化鋁濃度關系

（2）氧化鋁濃度與初晶溫度的關系：電解質初晶溫度與成分密切相關，其中氧化鋁濃度是影響電解質初晶溫度的突出因素。根據(jù)邱竹賢和張杰明教授的研究公式：

T初晶=1007.625－2.675x1－4.834x2－3.292x3－2.906x4－0.250x1x2－0.033x1x3－0.025x1x4－0.528x2x3＋0.229x2x4－0.166x3x4

式 中 ： x1——AlF3濃 度，x2——Al2O3濃 度，x3——MgF2濃度，x4——CaF2濃度

該式的適用范圍是0～8%AlF3，0～6%Al2O3，0～6%MgF2和0～6%CaF2。在正常生產條件下，氧化鋁濃度對電解質初晶溫度的影響最大，氧化鋁濃度變化1%對應的初晶溫度變化為6℃～8℃，而且當添加MgF2時影響更大。因此，從電解質初晶溫度的穩(wěn)定性方面考慮，選擇MgF2作添加劑宜慎之又慎。

（3）氧化鋁濃度對電流效率的影響：低分子比和低過熱度工藝都是提高電流效率的有效途徑，但他們是相互制約的，因為低分子比和低過熱度都不利于氧化鋁溶解，都不利于電解生產平穩(wěn)進行。因此氧化鋁濃度控制技術是組織低分子比和低過熱度電解生產的必要前提。在陰極區(qū)間，鋁在電解質中的溶解度與鋁液上表面的氧化鋁濃度呈反比，又不利于提高電流效率，但總體而言低氧化鋁濃度有利于提高電流效率。

圖2 氧化鋁濃度與電流效率關系

2 過熱度控制是“零效應”管理的難點和重點

正常作業(yè)對過熱度的要求：換極作業(yè)對電解質過熱度的影響最大，更換雙陽極對電解質過熱度的影響為5℃～8℃，由于換極間隔與陽極升溫周期不一致，電解質過熱度長期反復波動，更換單陽極過熱度變化為3℃～5℃，正常槽需要十小時以上才能恢復平衡。電解質過熱度應充分考慮換極和下料量變化的客觀影響，根據(jù)生產實際確定過熱度，過高則溶化爐幫而影響濃度控制并降低電流效率，過低則造成陽極效應失控，爐底沉淀增加，并因形成沉淀而降低分子比。因此，國內電解質過熱度宜控制為10℃～15℃，國外先進技術過熱度7℃左右，我們現(xiàn)階段可望而不可及。

3 零效應控制方法分析

（1）效應時間控制：效應時間保持多長時間為宜，應根據(jù)電解槽熱平衡控制能力而定。一般而言，冷槽的效應時間可適當長一點，以補充熱收入，提高電解質過熱度，這是電解槽突發(fā)效應的實際需要，但不能以陽極效應作為處理爐底沉淀的方法；熱槽原則上應避免發(fā)生效應，以防止進一步破壞熱平衡。

（2）效應突發(fā)原因分析：在單槽或整個系列陽極效應失控的時候，應該首先對效應發(fā)生原因進行統(tǒng)計分析，找出共性。2010年10月，某公司330kA系列實際效應系數(shù)高達0.5左右，11月1日我們開始對每一個突發(fā)效應進行分析，具體因素統(tǒng)計如表1。

表1 具體因素

通過統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，效應失控的主要原因是換極作業(yè)和氧化鋁濃度偏低誘發(fā)，而換極作業(yè)誘發(fā)效應的根源是過熱度變化所致，濃度偏低誘發(fā)陽極效應的根源是過熱度偏低和NB間隔偏大造成的。330kA鋁電解槽的理論NB間隔應該為70～75秒，但生產實踐中由于計算機濃度控制效果不佳，技術管理者被迫延長NB間隔以實現(xiàn)低氧化鋁濃度生產。經過總結分析，我們把最大過量周期由120min縮短為60min，每次過量加工周期提高氧化鋁濃度約1%，提高了濃度控制的可靠性，為NB間隔理性回歸創(chuàng)造了條件。由于換極熱補償還未解決，我們目前的效應系數(shù)只能達到0.1左右。低過熱度與低效應系數(shù)是一對矛盾體，如何控制過熱度區(qū)間是一個非常復雜的管理問題，但其關鍵還是如何細化換極作業(yè)和氧化鋁濃度控制兩個環(huán)節(jié)，這是我國現(xiàn)階段“零效應”管理的重中之重。

近年來，我公司的電解槽管理上，在效應控制方面取得了突破性進展，效應系數(shù)已接近0.1，日均效應分攤電壓已達到6 mV～9mV，基本實現(xiàn)了節(jié)能和環(huán)保的雙重目的。目前離生產管理的目標值的3 mV～5mV值還有一定的距離，這將在以后的效應管控上，逐步實現(xiàn)“零效應”管理。

4 結論

本文介紹了氧化鋁濃度是“零效應”的前提，得出了適宜的效應系數(shù)是降低過熱度追求高效率的現(xiàn)實需要，縮短效應時間是對過熱度控制能力不足的有益補充，也是保持熱平衡的需要。減少電解槽換極作業(yè)對過熱度控制的影響。同時在生產管理中以減少物料平衡對熱平衡控制的影響，并力爭把氧化鋁濃度控制在1.8%～3.0%的理想?yún)^(qū)間，是實現(xiàn)“零效應”生產關鍵所在。