鋁電解生產的電壓管理

黃其輝

摘 要： 就目前國際工業生產的原鋁主要是通過在高溫電解槽里通入直流電的電解方式獲取，電耗是占噸鋁成本一項非常重要的生產指標。在生產中直流電流一般保持不變，對電壓的管理則成了控制電耗最重要最易于直接實現的因素之一。因而有必要人為對槽電壓進行管理是科學控制生產成本的必要課題。在推廣新工藝和新技術的過程中總結電解槽管理技術，結合電解槽管理，根據不同制造商的管理規程，對在鋁電解生產過程中形成電壓偏差的原因進行詳細研究并采取相應的技術措施進行處置，因此電壓是鋁電解生產過程中電耗管理的關鍵點。

關鍵詞：鋁電解生產;電壓偏差;低電壓管理

為了使在鋁電解生產中獲得良好的經濟技術指標，實現高效率，低電耗的鋁電解生產，鋁電解人進行了長期的探索和努力。大多數電解鋁企業的生產管理部門會根據自身情況發布中短期生產經營任務，經濟技術指標，并進行嚴格的考核。

一、電壓偏差

許多因素影響鋁電解生產的電壓指標：可以控制的主要項目是電解溫度、鋁水平、電解質含量、分子比、槽工作電壓、陽極效應系數以及持續時間、氧化鋁濃度（含局部濃度差異引起的偏流電解槽自動控制系統上抬工作電壓AU）、陽極面上保溫料高度和其他技術條件。只要上述技術條件合理嚴格控制，縮短換極操作時間，自然就會取得良好的經濟技術指標。

鋁電解生產的技術條件是一個有機的整體，是變量的總和。進行調整時，需要在更改之間找到平衡。沒有例程可以遵循，不能復制，甚至不能說“所有條件都可以調整為一個大小”，并且必須遵循實際條件。

在鋁電解生產過程中，負責人必須首先適當調整電解槽各部分的壓降，電

解槽的實際工作狀態等，并合理調整電壓以使電解槽在正常工作。一般根據設定的電壓，在計算機中進行計算，并且可以通過計算機確定電解槽的實際電壓。在實際生產中，設定電壓和工作電壓不一定相同，工作電壓和設定電壓之間通常存在一定的差距。電壓偏差的大小可以反映電解槽生產狀態的穩定性，并且如果電壓偏差相對小，則電解槽的穩定性高。經分析產生電壓偏差有如下原因：

1.1 電解槽保溫性差

當電解槽處于低工作電壓生產狀態時，會因熱平衡得不到保證電解槽的溫度跟著下降，電解質收縮，顏色加深，粘度增加，流動性降低，并且陽極氣體的排出變得困難，處于冷行程的槽工作電壓都會由于電解質電阻在增大而增大壓降。電解槽各部分的隔熱性能（例如，包括槽罩在內的極上保溫、槽側壁、陰極內襯的過度散熱而得不到有效保溫）將大大降低，從而導致電解槽產生的熱量不足。在這方面，為了有效地維持電解槽的熱平衡，需要增加電解槽的工作電壓以實現熱再生效果并抑制電解槽的冷行程運行。

1.2 技術條件不合理

槽溫、兩水平高度、分子比、效應系數、下料間隔和濃度、以及保溫等技術條件在一定狀態下都需要對應的槽工作電壓進行維系。當長時間打開工作面或者陽極上保溫料過低以及電解槽的工作電壓降低時，電解槽的熱收入變得不足，為了不破壞電解槽的熱平衡，必須根據減小的電壓范圍來調整電解槽的技術操作條件。如果鋁水位設置過高，則電解槽會散發大量熱量，從而導致電解質收縮，在這種情況下，電解槽自動控制系統的節能自平衡功能會增加電壓，從而導致電壓偏差。在下料間隔不合理而造成的氧化鋁濃度偏高或者偏低不在合理范圍內時，電解質電阻都會相應偏高從而使工作電壓偏高。

1.3 病槽的出現

當電解槽出現病槽時，如針針、總體或者局部濃度不合理、爐底沉淀（結殼）等，在處理病槽時電解槽自動控制系統會根據人為設定的偏高電壓上調槽工作電壓而形成的電壓偏差。

二、電壓的管理

電壓是電路中自由電荷定向運動以形成電流的原因。電解槽的平均電壓包括偏置電壓降，陽極電壓降，陰極電壓降，電解質電壓降，電解槽中的總線電壓降，電解槽外部的總線電壓降以及影響電壓降。通過減少跨每個組件的電壓降，可以降低電解槽的平均工作電壓。

三、電解鋁生產中的電壓管理措施

3.1低電壓技術

低壓技術主要包括以下幾個方面：（1）陰極節能技術的生產應用。陰極節能技術是使用一種特殊形狀的陰極，陰極上帶有凸臺。在正常生產中，陰極的突臺將阻止熔融鋁的流動，減少熔融鋁在槽中的界面變形，減少熔融鋁的流動，縮短磁極間距并降低槽的工作電壓。 （2）節氣門節能技術。折流板的節能技術是將折流板放入普通的生產槽中，以有效改善電解槽中熔融鋁界面的變形，減少熔融鋁的流量，然后減少電解極，減少電解質電壓。擋板節能技術是將特殊類型的陰極技術臨時應用到常規槽中。 （3）雙陰極鋼筋節能技術。雙陰極鋼筋的節能技術是將通槽打開到陰極鋼筋的適當位置，并在槽中填充絕緣材料。凹槽下方的鋼筋也被絕緣，這可以增加陰極鋼與碳中心中的碳之間的接觸面積。由于電阻低，可以使凹槽的中部和陰極的鋼條更加導電，從而電流水平地流過凹槽的中部和側面的熔融鋁層，其目的減小磁場的作用得以實現。

3.2 降低陽極電壓降

陽極電壓降和水平母線與導桿壓降、陽極碳塊本身的比電阻和鋼爪-碳孔磷生鐵接觸電壓降有關。光滑平整的水平母線和導桿壓接面、陽極焙燒質量、以及組裝澆筑磷鐵碳孔質量等是利于降低其壓降的日常可控措施。

3.3 降低極化電壓

降低偏置電壓是克服了由電解產物形成的原電解槽的電動勢并使氧化鋁分解的施加電壓。在工業中，這主要涉及降低陽極電流密度（主要是增加橫截面積）、控制電解質中氧化鋁的合適濃度以及在生產過程中添加CaF2、AIF3和其他材料可以降低陽極過電壓，從而降低偏置電壓。

3.4減小電解質電壓降

電解質壓降受電解質成分、過熱度和極距變化等因素變化而變化，極距是其一大重要調整對象。保持合理的電解質成分，尤其是氧化鋁的濃度盡量控制在1.5%至3%之間，過高或過低都使電解質壓降逐漸升高。過熱度與壓降成正比例關系，生產中為了減少鋁的二次溶解，需要在壓降與鋁二次溶解之間同時兼顧取合理的過熱度。合理的極距既能兼顧熱平衡又能保障有充分電化學反應高度，避免出現反應不及時而造成沉淀出現。在實際生產過程中還可以通過使用開槽的陽極，以有利于反應所產生的氣體通過開槽處及時排出，降低電解質壓降。

3.5 減少槽內外母線電壓降

在電解槽系列中，各道鋁-鋁焊接和壓接面之間存在許多機械接觸，總功耗不可忽略，因此改善導體的接觸還可以減少單槽和廠房電壓降。

3.6 減小陰極電壓降

（1）減少或清除槽底部的沉淀物。（2）改善電解槽的結構，使電解槽的底部對鋁液和電解質具有較高的穩定性，良好的耐腐蝕性，較高的導熱性和較低的導電性（與碳塊相比）。（3）在陰極結構的側面，適當加寬下邊緣，采用雙陰極棒增加接觸面積，并適當增加陰極棒的高度以減少電流導體。（4）使用更具有良好導電的高石墨陰極碳塊。

四、鋁電解生產中的能源管理工作

在電解生產中，電解槽中的平均電壓降低，作用系數增加，電流效率增加。電解過程的控制得到了加強，平均電壓主要從三個方面降低：降低設定電壓，降低工作電壓和降低效應分攤電壓。降低設定電壓，以減少主軸連續振動和電壓波動的發生。使用導桿清潔器以防止油箱長期處于高壓狀態。降低線路電壓降并保持穩定的分子比。通過保持清潔的電解質并收集碳殘留物，縮短陽極效應的持續時間，避免出現突發效應，提高陽極更換速度，增強電解槽的絕緣性，減少熱量損失，并提高陽極更換的質量;優化工藝和技術條件，保持爐底部干凈，減少無功功率從而降低電解爐底部的壓降，改變電解槽的橫截面，并使用隔熱蓋板避免連續熱散失。

參考文獻：

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