330KA 鋁電解槽生產過程中電流效率的提升研究

羅偉林

（來賓銀海鋁業有限責任公司，廣西 來賓 546100）

電流效率可以綜合的反映出鋁電解的生產過程各項指標，體現出生產過程的技術性與經濟性，同時也體現了電解槽的產能與電量的消耗。本文將結合來賓銀海鋁330KA系列電解槽提升電流效率的實踐進行分析；本廠電解一系列由貴陽院設計，共計280臺槽，共分為8個工區，單槽采用雙陽極生產，共計20組/槽。

1 鋁電解生產現狀

當前，鋁電解產能嚴重過剩，直接造成產需失衡，價格下跌，導致國內電解鋁企業盈利狀況明顯惡化。作為建設周期短，進入門檻低，高退出壁壘的行業，在未來的一端時間內，中國鋁電解產能過剩的困局依舊得不到緩解，因此各大企業紛紛開始研究內部脫困之策，而提升電流效率是最快的捷徑之一。

影響鋁電解電流效率的主要因素有：化學損失、物理損失與機械損失等，即鋁的溶解與再氧化過程的電流損失；鋁離子與其余高價離子不完全放電造成的電流空耗；鈉離子放電造成電流損失；機械設備利用率低造成的損失等，這些因素由于電解溫度有直接關系，因此電流效率的影響因素更加復雜。

通過對提升鋁電解生產過程中電流的效率的研究，本廠電流效率提升1.5%，大幅降低企業能耗，為企業帶來巨大的經濟效益。本文將結合工藝、生產過程、設計與人員等方面進行分析，以供探討[1]。

2 提升鋁電解生產過程電流效率的指導思想

（1）電解槽的設計方面。設計環節作為鋁電解生產過程的起始環節，往往決定了后續生產過程的電流效率。在電解槽陰極結構與母線排布上，應對力場、熱場與磁場因素進行仔細分析，借助計算機仿真軟件進行科學的模擬，避免經驗化的過度干擾，綜合三方面的影響，進行陰極結構與母線布局的優化。熱工設計中對內襯材料的選擇，應對保溫性能進行驗證，減少電解質凝結導致絕緣層的出現。磁場設計應對導電體與母線進行優化，降低磁場對鋁電解液的影響，減少電解液的波動范圍。在設計方面，本廠采用貴陽研究院設計的阻流塊技術異形槽，同時利用雙陽級組結構，增加陽極電流的平衡性，有效增加電解極距，降低電壓需求。在陽極設計方面，采用磷生鐵連接結構，便于與陽極結合，增加陽極結構的穩定性。在母線電流密度的設計上，在適當考慮投資的前提下增加母線截面，降低電流密度，進而降低母線上電能的消耗。在陰極電流密度上，可以通過增加陰極電流密度達到提升電流效率的目的。

（2）電解槽的施工與維護。選擇合適的電解槽材料可以保證力場設計與熱工設計的穩定性，常見的電解槽材料有耐火磚、耐火顆粒、硅酸鈣保溫磚與碳氮化硅磚等，他們可以保證側部與槽底的散熱要求。本廠選用節能性能遠遠高于普通碳塊的半石墨材質的碳塊。在電解槽的砌筑方面，應嚴格遵循相關施工規范，增加工序間的配合，對陰極棒孔與耐火顆粒等重要環節進行仔細檢查；側部碳塊的施工中應涂抹碳膠，減少與槽殼之間的間隙，使兩者緊密配合；扎糊的施工中應保證施工效果，避免熔體滲入到內襯位置，降低電流效率，增加耗電量；陽極棒孔處的施工中應采用耐火顆粒進行填充，阻擋熔體向槽底的滲漏。母線安裝過程中焊接點應仔細檢查，避免焊接不良造成能耗的增加，避免焊縫夾渣與焊點疏松等情況的出現。母線系統的壓接面應平整光滑，采用酒精洗凈后進行充分壓實，一旦出現灼傷應磨平處理。本廠在筑爐過程中采用了阻流塊槽，側部為氮化硅材料，可以有效的避免槽側電流短路等情況[2-4]。

（3）生產過程中影響電流效率的因素。電流損失與溶解損失是導致電流效率下降的主要因素，電流的損失主要表現為陰極、陽極局部短路，槽殼處導電體的漏電，電解質中電流流向槽體碳素材料導致的漏電等，這些情況下電流的損失直接造成電流效率的下降。鋁的溶解損失在電流效率降低中的比例高達10%～20%，主要原因來自溫度升高造成的電解質溶解度的增加，鋁液鏡面增加導致鋁與電解質接觸面增加，鋁液與電解質循環加快造成的溶解鋁的擴散，它們都加速了鋁的損失。要提升鋁的利用率，就需要降低鋁的溶解度，本廠在實踐中通過增加添加劑ALF3降低電解質初晶溫度，進而降低鋁的擴散；另外采取A級碳素陽極，使得碳渣率大大減少，不僅減輕職工勞動強度，且極大增加了有效極距。

此外，本廠注在氧化鋁濃度的控制。在采用了沈陽鑫博槽控機后，以往氧化鋁濃度過高的現場得到有效控制，使過欠比比由1.85提升到2.0～2.15以上水平，氧化鋁濃度的正常控制，使得電流效率在生產過程中提升近1%。

（4）工藝流程的管理。除了要保證陽極、陰極、原材料、備件與檢修等外部條件，還要對工藝流程的合理性與科學性進行嚴格的控制，制定詳細的考核體系，使技術與操作得到妥善控制。在生產過程中，本廠通過增加開槽的數量，降低公共母線上電壓的分攤，減少頻繁停槽造成的壓降，始終保持275臺槽以上在線運行；對鋁渣與殘鋁進行回收，降低鋁的投入量；降低漏電現象的發生，穩定電壓，使電壓均勻分配到各個電解槽上。

在施工管理上，加強對電解槽的管理，避免內襯施工中出現隱患，保證電解槽的壽命與電流效率；槽的形狀應整齊規整，保證技術與操作上具有良好的基礎，滿足物料平衡與熱平衡等指標要求；降低熱量散失，利用氧化鋁等保溫材料進行陽極施工質量的保證，避免較高散熱電壓造成鋁水平的過高；降低電解質初晶溫度與電解質的過熱度，保證溫度的穩定性，實現鋁電解生產的低溫性。

在管控模式上，本廠采用集中管控方式，提升了管理的專業化、精細化與專人化水平。集中管理模式形成之后，工藝組負責電解系列的全部工藝技術管理，具體通過建立各類技術臺賬，對每一項數據進行認真的分析比對，及時準確判斷電解槽的運行趨勢，保障電解槽的安全平穩高效運行，有效提升電流效率。

3 鋁電解生產過程中電流效率提升的工藝控制

（1）合適的電解溫度。電解質溫度過高時會引起金屬鋁損失的增加，降低電流效率，同時還可能導致槽膛的熔化，使物料與電能的消耗增加；電解質溫度過低會造成電解質密度的增加，粘度提升，鋁液與電解質難以分離，陽極氣體排除受阻，同時還會造成電解質溶解鋁能力的下降，造成槽底沉淀的增加。因此合理控制電解溫度，保證電解槽處于正常狀態，可以提升電流效率，降低能源消耗。當前在電解質溫度的降低上主要采用降低過熱度與降低初晶溫度，實質上都離不開對電解質成分的改變。單純的降低電解質初晶溫度提升電流效率的效果有限，而且前面也分析了溫度的降低還不利于各種電解操作，因此降低電解質初晶溫度的研究受到制約，主要研究方向變為降低電解質的過熱度。電解質的溫度選擇上應做到穩定，對低溫進行有效的保持，才能保證生產的穩定性，穩定的生產會減少電解溫度的波動，造成過熱度的降低。目前，本廠電解溫度常年保持在950℃～955℃。

（2）合適的分子化。電解質的分子化程度決定了初晶溫度，降低分子化在一定程度上可以提升電流效率。電解質的分子比小于2.4時就被稱作低分子比狀態，實驗證明分子比降低時會降低鋁的溶解度。堿性電解質中降低分子比可以提升鋁與氟化鈉的反應，導致鋁損失的增加，同時增加鈉離子放電的概率，導致電流效率的下降。酸性電解質中氟化鋁可以提升鋁液與電解質的表面張力，使鋁與電解質分離，降低鋁的損失。因此保持弱酸性與低分子比可以在一定程度上提升電流效率。本廠將分子比控制在2.48～2.52之間，過熱度保持在8℃～12℃。

（3）合適的鋁量。鋁具有較好的導熱性，提升鋁水平可以大大提升陽極熱量的散失，使電解槽溫度保持在正常水平，同時還可以收縮鋁液鏡面，提高陰極電流電流進而提升電流效率。鋁水平的增加可以降低陽極電流密度，避免熱量的過度集中，適當的降低鋁水平可以避免熱量的損失，保護電解槽的熱穩定性。本廠為保證充足的在產鋁量，將鋁水平保持在25cm左右，此外加裝電子精準出鋁系統，有效保證了出鋁精度的準確，確保在產鋁的充足。

（4）保持良好的基礎工作。在基礎工作方面，本廠重點就換極合格率、鋁鋁壓降合格率、電壓擺合格率以及爐面基礎工作保持等作為重點抓手，采用“公司、車間、工區以及班組”四級聯動的模式對基礎工作進行聯動檢查，獎懲，有效保證了基礎工作的穩定。

4 結語

鋁電解生產作為鋁的主要生產方法，對電能的消耗極大，要促進鋁電解生產過程中電流效率的利用率，就需要結合鋁電解的特點，進行工藝、技術與管理等環節的優化。