180kA铝电解槽降低阳极效应系数的策略及经验

田 浩

青海黄河水电鑫业分公司，青海 西宁 810000

0 引言

电解铝行业属于高能耗产业，能源利用率低于48%。在能源严重缺乏的今天，节能降耗已成为铝工业发展的新方向。效应均摊电压对电耗的影响为30mv～150mv，在其它降耗潜力都已挖掘的情况下，通过降低效应系数来降低直流电耗仍然有较大的节能空间。

1 降低阳极效应系数的可行性分析

1.1 阳极效应发生的机理

阳极效应是熔盐电解所固有的一种特征现象。阳极效应可以看作是一种“阻塞效应”，在很大程度上阻碍阳极与熔体间的电流传递。对阳极效应发生的机理及其反应过程，可谓众说纷纭，有湿润性改变学说，阳极过程改变学说，氟离子放电理论，静电理论等。但每种理论都说明铝电解槽阳极效应发生的本质是阳极表面供给不足。

造成阳极表面供给不足的主要原因有3方面：一是氧化铝供给不足（下料量偏低）；二是电解质溶解溶解氧化铝能力偏差；三是电解质传质能力不足（电解质发粘）。因此，从理论上来讲，只要我们保持阳极表面有充分的，就可以控制阳极效应的发生。实际生产中，许多效应的发生，有明确的原因就是氧化铝供给不足或电解质溶解氧化铝能力偏差引起的。

1.2 阳极效应对生产的益处及降低效应系数后对生产的负面影响

1.2.1 阳极效应的发生对生产有以下好处

1）清理阳极底掌，活化阳极表面，保证阳极正常工作；

2）促使炭渣分离，保持电解质清凉，保证氧化铝正常溶解；

3）通过效应等待期间减量下料或停止下料的方式，消化过多的氧化铝原料，定期检验纠正氧化铝浓度，对槽况分析进行一次“清零”，便于槽控机利用浓度电阻控制原理，尽可能把Al2O3浓度保持在理想范围；

4）加速电解槽沉淀的溶解，防止炉底结壳，保证电解槽正常运行。

1.2.2 降低效应系数后可能对生产造成的负面影

1）由于阳极质量不太好，减少效应发生的机率后，减弱了对阳极底掌定期清洁清理的作用，出现阳极底掌消耗不均，甚至阳极长包现象。

2）电解质脏，比电阻大，减小有效工作电压和极距，影响电流效率或导致槽温升高。

3）减少消化过剩氧化铝的机会，造成炉底沉淀增多，槽控机判断和控制的精确性变差。

1.3 阳极效应系数偏高的主要原因

1）工艺上人为等待效应；

2）氧化铝输送、下料故障或不准确；

3）控制模型不适应；

4）氧化铝质量不稳定；

5）阳极质量问题；

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6）工艺条件问题；

7）限电或供电不足。

2 降低效应系数的策略及措施

2.1 工艺技术条件优化

从生产工艺角度来讲，需要解决取消或延长人为效应等待，氧化铝的顺利溶解及槽况的平稳运行。大量研究和实践都表明，延长或取消效应等待间隔是降低效应系数的重要举措。氧化铝顺利溶解。效应发生的主要原因是阳极表面浓度不足。因此，在不造成过多炉底沉淀的前提下，电解质中足量的氧化铝浓度是降低效应系数的根本。在相同电解质温度和氧化铝浓度情况下，过热度越低，氧化铝溶解速度越慢。在相同过热度和氧化铝浓度下，电解温度越低，氧化铝溶解速度越慢。氧化铝浓度越低，越有利于氧化铝的溶解，而提高电解温度和过热度对溶解氧化铝有利。电解槽炭渣多时，电解质表面漂着一层炭渣，使加入电解槽内的氧化铝与电解质接触不好，降低了氧化铝的溶解速度。

电解槽只有平稳才能高效，各种控制和管理意图才能实现，对于降低效应系数同样有利。电解槽的平稳包括合理的技术参数，高质量的标准操作，精确细致的管理调整。

2.2 槽控机控制模型的改进

关于氧化铝浓度控制的原理，国内外许多学者进行深入的研究，并已经取得令人满意的成果。研究表明，在1.2%～3.9%范围内，氧化铝浓度每降低1%，电流效率可提高2%，并且，槽电阻随浓度变化也较为灵敏。因此我们将氧化铝浓度控制范围选在电流效率高，并易于保持的低浓度区（1.5%wt～3%wt）。

广泛应用的智能模糊控制技术，在模糊规则推理的基础上以槽电阻斜率和累积斜率为主要判断依据，对电解槽下料进行分档控制，即“欠—正—过”3种下料状态，来回转换。

综合分析的内容不仅包括槽电阻的变化情况分析，还包括物料平衡估算，阳极效应等异常槽况判断，阳极效应预报，槽况稳定性分析，下料控制中可能出现的种种异常情况分析等。然后根据槽况综合分析的结果选择适宜的下料控制模式，在必要时调整控制规则及控制器的动态特性以便使电解槽尽快地回复到最佳的工作区间，并在通过槽况分析获得氧化铝浓度工作点偏低或偏高的结论时，修正下料模糊控制的设定值。

2.3 供料设备装置的改良

供料及打壳下料系统是否良好正常，直接影响到氧化铝能否顺利足量地进入槽中。通过分析，75%以上的突发效应是由于供料或打壳下料系统的原因造成的。因此，改良供料系统是控制突发效应的关键。

2.4 增加辅助操作

重点处理下料点处炉底沉淀。在长期生产实际中，生产控制并非经常处于最佳状态，下料点处长结壳、堆沉淀的现象较多，影响到氧化铝的全部进入和顺利溶解。改善此处炉底后，氧化铝的溶解扩散状况好转，对控制突发效应有益。

扒开下料点处堆料，提高下料口开扎率。扩容至180KA后，由于下料间隔缩短，电解质总量减少，下料口堆料现象增多，只能靠打壳时挤压进去少量的原料。为了控制突发效应，生产中要求及时扒开小堆料，把下料口随时处理，便于氧化铝顺利足量地进入槽中。

炭渣的分离与氧化铝浓度，过热度等因素有关。氧化铝浓度低，电解质对阳极的湿润性差，有利于炭渣分离。过热度越高，电解质流动性好，越有利于炭渣的分离。

由于阳极质量不甚理想，槽内炭渣太多，漂浮在液面上，隔断了氧化铝与电解质的充分接触，成为效应系数升高的又一重要原因。在实际生产中，采用勤捞炭渣的办法，利用一切机会尽可能人工捞出槽中炭渣，减少电解质的合渣量。通常从出铝口及换极处液面打捞，槽内炭渣太多时可从大面及烟道端打洞打捞。为了提高执行力度，把炭渣打捞形成管理考核制度，当作日常性工作来抓，改善电解质溶料能力。

[1]邱竹贤主编.铝电解.冶金工业出版社，1982.

[2]田应甫主编.大型预焙铝电解槽生产实践.中南工业大学出版社，2003.

[3]低效应作业的探索与实践.中国铝业郑州研究院.