大型預(yù)焙鋁電解槽限電及恢復(fù)過程的探討

衡茂林

（中國鋁業(yè)青海分公司，青海 西寧 810108）

近年來我國電力供應(yīng)形勢日趨緊張，加上國家針對高耗能產(chǎn)業(yè)的一系列措施，鋁電解作為高耗能產(chǎn)業(yè)面臨著很大的挑戰(zhàn)。面對電力供應(yīng)緊張和在一些不可預(yù)知的突發(fā)事件的情況，電解鋁企業(yè)受到限電或停電的影響，嚴(yán)重影響了電解槽的正常生產(chǎn)。

由于用電緊張，電解鋁企業(yè)遭受了間斷性的限電降負(fù)荷的嚴(yán)重影響，降負(fù)荷期間造成電解槽電解質(zhì)收縮、卡錘頭堵料等狀況，同時(shí)電流效率嚴(yán)重降低，員工勞動量增加，嚴(yán)重影響了正常的生產(chǎn)[1]。因此，如何應(yīng)對限電降負(fù)荷，減少現(xiàn)場員工的勞動量，保證電解槽的安全、穩(wěn)定，減少負(fù)荷恢復(fù)后對電解槽的影響成為迫切解決的問題。

直流電是電解槽生產(chǎn)能量的主要來源，電流強(qiáng)度的大小直接關(guān)系到電解槽能量收支平衡。停電后電解槽能量供應(yīng)停止，高溫熔融電解質(zhì)和鋁液在與室溫的巨大溫差下逐漸冷凝，如果停電時(shí)間過長，電解質(zhì)和鋁液溫度會低于它們的初晶溫度，凝結(jié)成固體。電解質(zhì)在液態(tài)時(shí)電阻率較小，而凝成固體后，其電阻急劇增大，甚至不能導(dǎo)電[2]。恢復(fù)送電時(shí)，由于電解質(zhì)凝固，整個(gè)系列處于斷路狀態(tài)，電解槽無法恢復(fù)正常生產(chǎn)，給電解鋁企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

電解系列短時(shí)間停電，對電解槽生產(chǎn)的影響相對較小，恢復(fù)電流供應(yīng)后，電解槽能在較短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)正常生產(chǎn)。因各類異常造成的停電，恢復(fù)供電時(shí)電解槽因?yàn)槟芰枯斎氩蛔氵^冷造成電解槽發(fā)生一系列不良反應(yīng)，導(dǎo)致系列電流較長時(shí)間不能達(dá)到正常生產(chǎn)的系列電流強(qiáng)度，這樣會導(dǎo)致功耗的增加和浪費(fèi)[3]。當(dāng)停電時(shí)間在兩小時(shí)以上時(shí)，應(yīng)特別考慮恢復(fù)送電時(shí)的方法和方式。方法錯(cuò)誤，會導(dǎo)致電解槽大面積陽極脫落，有時(shí)被迫停槽，電解槽無法恢復(fù)到正常生產(chǎn)狀態(tài)，甚至出現(xiàn)斷路危險(xiǎn)。

1 工藝指標(biāo)的調(diào)整

1.1 鋁水平調(diào)節(jié)

限電情況發(fā)生后，電解槽能量輸入減少，電解質(zhì)收縮，鋁水平升高，而過高的鋁水平會增加電解槽自身的散熱，不利于保溫。對于熱輸入不足的階段，應(yīng)該適當(dāng)?shù)恼{(diào)整出鋁任務(wù)(加大出鋁時(shí)，根據(jù)槽況合理計(jì)算出鋁量，防止負(fù)荷正常后，爐底反熱槽溫升高，重新留鋁造成不必要的麻煩)，保持較低的鋁水平。鋁水平過低又會對電解槽的穩(wěn)定性造成影響[4]。以350KA系列為例，鋁水平保持在25cm左右為宜，既可以保證大多數(shù)槽子的穩(wěn)定，又減少多余熱量的散失。當(dāng)然，鋁水的高低沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，遵循一槽一策的原則，針對不同的槽況摸索出最適合的鋁水平。

1.2 分子比調(diào)節(jié)

限電初期，電解槽能量輸入不足，隨著爐幫、爐底溫度的降低，電解槽溫度迅速下降。電解槽溫度的下降使電解質(zhì)熔體會析出高分子比冰晶石，導(dǎo)致電解質(zhì)分子比降低，從而影響了氧化鋁溶解速度，最終未溶的氧化鋁在爐底形成沉淀。為了防止沉淀的產(chǎn)生，要及時(shí)調(diào)整氟化鹽添加量，適當(dāng)調(diào)高分子比，高分子比可以獲得較高的電解質(zhì)初晶溫度，對電解槽保溫有一定幫助[5]。

1.3 電解質(zhì)水平調(diào)節(jié)

電解質(zhì)水平的調(diào)節(jié)是十分重要的，適宜的電解質(zhì)水平是保持電壓恒定的關(guān)鍵，也是能否維持電解槽正常生產(chǎn)的關(guān)鍵。提高電解質(zhì)水平，可以提高電解槽的抗干擾能力。電解槽長時(shí)間停電或者較長時(shí)間內(nèi)的低負(fù)荷運(yùn)行，槽溫降低，電解質(zhì)熔體收縮明顯，電解質(zhì)水平降低，導(dǎo)致氧化鋁不能完全溶解，造成爐底沉淀的產(chǎn)生。針對該種情況，對于電解質(zhì)水平較低的電解槽，應(yīng)密切關(guān)注槽電壓及槽內(nèi)電解質(zhì)水平的變化。對于電解質(zhì)收縮過快的，應(yīng)適當(dāng)手動降低電壓，防止電解質(zhì)收縮脫離陽極底掌[6]。對于350KA系列電解槽，電解質(zhì)水平正常生產(chǎn)時(shí)應(yīng)保持在17cm～20cm，限電時(shí)平均保持在11cm～13cm。在恢復(fù)供電后要及時(shí)補(bǔ)充熱量輸入，調(diào)節(jié)電解質(zhì)水平。在滿負(fù)荷情況下，適當(dāng)調(diào)高設(shè)定電壓20mv～100mv。

針對電解質(zhì)水平只有10cm的電解槽要時(shí)時(shí)看護(hù)，增加測量水平次數(shù)，應(yīng)在觀察槽中電解質(zhì)的實(shí)際情況后設(shè)定電壓抬高10mv～20mv，運(yùn)行一段時(shí)間，在水平有所恢復(fù)后，再提高30mv～50mv，同時(shí)安排添加冰晶石或電解質(zhì)塊補(bǔ)充電解質(zhì)。在降負(fù)荷時(shí)應(yīng)及時(shí)將設(shè)定電壓調(diào)回，切忌為增加熱輸入盲目抬高設(shè)定電壓。一味地抬高設(shè)定電壓，陽極會脫離電解質(zhì)，造成事故，給生產(chǎn)造成巨大損失。

1.4 保溫料厚度調(diào)整

在限電運(yùn)行期間，適當(dāng)?shù)脑黾颖亓虾穸瓤梢栽鰪?qiáng)電解槽上部保溫，但是保溫料的增加不能太厚，如果太厚會增加掉入槽內(nèi)的氧化鋁量，容易造成沉淀，且因?yàn)榭ǘ露斐煞哿隙逊e，也會增加保溫料的厚度，對電解槽產(chǎn)生不利影響[7]。因此應(yīng)該適當(dāng)?shù)脑龊癖亓系暮穸龋膊荒芴瘛?/p>

2 操作注意事項(xiàng)

對于每天都固定限電的情況，當(dāng)班人員必須堅(jiān)守崗位，由于特殊原因暫不在崗位的要立即返回本崗位待命。操作人員要注意自身安全，穿戴齊全勞動保護(hù)用品，防止燒傷、燙傷。在得知限電或拉閘通知前，要提前做好準(zhǔn)備工作。出鋁，抬母線，以及換極工作要把握時(shí)間，停電前半小時(shí)一切操作都要停止。突然斷電時(shí)如果出鋁進(jìn)行中，電解槽動力系統(tǒng)停止工作，而繼續(xù)出鋁可能造成無法自動降電壓，造成斷路，所以要果斷停止出鋁工作。停電后，對出鋁口，用冰晶石封口。加強(qiáng)保溫，停止下料后，在下料口也加封少量冰晶石，加強(qiáng)保溫，恢復(fù)供電后，有利于打通下料口。提前準(zhǔn)備效應(yīng)棒，防止恢復(fù)供電時(shí)效應(yīng)發(fā)生。

以350KA系列為例，一定時(shí)間內(nèi)負(fù)荷較低，強(qiáng)化過電流以后，正常工作時(shí)電流為360KA，在限電階段，電流無法達(dá)到滿負(fù)荷工作，這時(shí)電解槽熱量輸入不足，容易發(fā)冷。既然無法增加熱輸入，只有盡量減少熱量散失。在條件允許的情況下，減小風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，避免帶走更多的熱量。保溫料封好火眼及大面冒火處，蓋好槽蓋板，最大限度地加強(qiáng)電解槽的保溫工作。電解質(zhì)水平收縮，流動性變差對氧化鋁的溶解能力降低，容易發(fā)生效應(yīng)。應(yīng)在槽子邊上準(zhǔn)備效應(yīng)棒，最快時(shí)間內(nèi)熄滅效應(yīng)。電解質(zhì)水平降低也更容易產(chǎn)生沉淀，所以要根據(jù)設(shè)定電流大小適當(dāng)調(diào)整下料間隔，減少沉淀生成。

3 供電恢復(fù)后沉淀的處理

沉淀是指沉積在陰極及內(nèi)襯上的含有不溶氧化物電解質(zhì)的堆積物。電解槽爐底有一定的稀沉淀，少量稀沉淀對保護(hù)陰極，延長槽壽命有益的，過多的沉淀則會引起電解槽病變。電解槽由于長期的降負(fù)荷運(yùn)行，槽內(nèi)電解質(zhì)水平收縮，槽溫降低，氧化鋁不能很好的溶解，下料口容易形成沉淀。爐底一部分氧化物沉淀隨著槽內(nèi)循環(huán)的鋁液被帶出繼續(xù)溶解，另一部分與電解質(zhì)、鋁液一起凝結(jié)成塊，通過化學(xué)反應(yīng)，變成硬沉淀甚至結(jié)殼在爐底沉積，導(dǎo)致電解槽水平電流過大，這對電解槽的正常生產(chǎn)很不利。處理爐底沉淀應(yīng)及時(shí)用長耙清理并停止下料一段時(shí)間。關(guān)注陽極導(dǎo)電情況和槽電壓擺動，由于氧化鋁不能很好的溶解，陽極低掌有沉淀或不能很好的消耗，易造成陽極導(dǎo)電異常。在恢復(fù)正常生產(chǎn)后要控制好氧化鋁濃度，延長下料間隔，并適當(dāng)停止下料，讓槽內(nèi)過量未溶解的氧化鋁完全溶解，爐底尚未變成硬沉淀的氧化鋁重新返回溶解，并確保下料口的暢通。人工處理沉淀，充分利用換極時(shí)間，對陽極中縫，特別是爐底已形成的硬沉淀，在換極時(shí)使用工具將其撬起，讓鋁液進(jìn)入，并逐漸將沉淀帶起。保持足夠的陽極保溫料，減少通過槽上部的散熱損失，保證爐底有足夠高的溫度，保持良好的熱平衡。適當(dāng)?shù)奶岣咴O(shè)定電壓，促進(jìn)沉淀更好的熔化。

4 實(shí)例

某公司電解系列因動力供電10kv回路避雷器故障，造成多臺整流機(jī)組出現(xiàn)故障，導(dǎo)致240kA系列130臺電解槽停電長達(dá)2小時(shí)。造成電解質(zhì)下縮，滾鋁、部分陽極脫極，效應(yīng)頻繁，電解槽無法正常工作，嚴(yán)重威脅系列安全，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失、同時(shí)增加工作難度、甚至威脅到職工人身安全。通過大家?guī)讜円沟膴^戰(zhàn)，總結(jié)出一套較為有效的處理措施。供借鑒。

（1）參照表1表2，鋁水平上漲超過2cm和電解質(zhì)低于15cm的電解槽存在極大安全隱患也是工作的難點(diǎn)，必須立即采取措施消除隱患。一是對于電解質(zhì)低于13且鋁水平變化小的電解槽及時(shí)灌電解質(zhì)，再抬電壓處理。二是對電解質(zhì)低缺綠水漲幅大的電解槽做槽處理，再出鋁，插效應(yīng)棒，把爐底的沉淀化掉后再灌電解質(zhì)燒效應(yīng)處理。

表1 停電前后鋁水平變化情況

（2）鋁水平?jīng)]有升高和電解質(zhì)高于15cm的電解槽槽況變化不大，來效應(yīng)燒10分鐘補(bǔ)充熱量、純潔電解質(zhì)即恢復(fù)正常。

（3）介于這兩種之間的電解槽在電流升全之后，抬高設(shè)定電壓50mv～300mv，適當(dāng)加大出鋁，通過三天的運(yùn)行就能恢復(fù)正常。

通過以上的分類處理，能夠及時(shí)高效的把電解槽及時(shí)恢復(fù)到正常狀態(tài)。

表2 停電前后鋁水平變化情況

5 結(jié)語

總之，在應(yīng)對停限電的問題上，需緊密圍繞減少爐底沉淀，及時(shí)調(diào)整工藝技術(shù)條件，增強(qiáng)電解槽保溫方面開展工作。為供電恢復(fù)后，電解槽的穩(wěn)定、安全、平穩(wěn)過渡提供支持。減少短時(shí)停電、限電對電解槽正常生產(chǎn)的影響。