浅析200kA预焙槽低电压下提高电流效率的措施

吕文斌

（中国铝业青海分公司，青海 西宁 810108）

0 前言

某公司投产至今已有30年，一直进行电流效率的研究，从理论到实践都有了很大的进展。近年来，200kA预焙槽实施了低电压生产技术。但推行低电压生产不久，发现电解槽电流效率较推行前降低幅度较大，为此，该公司召开了班组长和专业技术人员研讨会，决定攻关200kA预焙槽低电压生产下提高电流效率的措施。

1 电流效率低的原因分析

电流效率低主要是电解电流通过了阴极，应该产铝，但实际没有产铝。电流效率低原因有以下几项：

1.1 铝的二次反应损失

因推行了低电压生产技术前期，电解槽热平衡不好，供料间隔设定不合理等因素，造成槽温较高，阳极效应系数加大，部分槽阳极效应系数达到0.2次/槽·日以上，导致电解槽内CO2(气)浓度增大，同时因阳极效应系数升高，电解槽内下层铝液翻滚到电解质内到达阳极表面机会加大，从而为铝的二次反应提供了良好的反应条件。

1.2 钠的析出

钠的析出反应式为：6Na(溶)+3CO2(气)+2AlF3(溶)=6NaF(溶)+Al2O3+3CO(气)。

1.3 Al4C3的生成

反应式为：4Al(溶)+3C(固)=Al4C3(固)，因推行了低电压生产技术和强化电流降电压技术，电解槽阴极块为201项目阴极块，阴极生产厂家生产该种阴极块时间不久，经验不足，有部分阴极块湿润型不好，质量欠佳，加速了Al4C3的生成。

1.4 杂质引起的损失

实践证明电解质中 Fe、P、V、Si、Zn、Ti和 Ga 等杂质的阳离子每增加0.01%，电流效率降低0.1～0.7%。因某公司推行了低电压生产技术和强化电流降电压技术期间，为降低成本，为电解槽购进了高硫焦含量较大的阳极炭块，因高硫焦杂质含量较高，一定程度影响了电流效率。

1.5 阴极和阳极之间的瞬时短路

因操作不慎，阴极和阳极之间的发生瞬时短路，主要是在更换阳极或出铝时，因操作不慎使阳极同铝液接触造成瞬时短路而引起的电流损失。

2 提高电流效率的措施

2.1 强化电流

某公司200kA电解槽设计阳极电流密度0.7215A/cm2，经研究院和工程技术人员详细计算，各母线足够承载强化后电流的容量，为此某公司决定将系列电流从200kA强化至215kA，215kA时阳极电流密度0.7756A/cm2，仍低于国际国内先进电解槽阳极电流密度。

2.2 规整炉膛内形

电解槽具有良好的炉膛内形，它可以减少水平磁场，收缩铝液镜面沉积在炉膛内壁上的，提高阴极电流密度，降低铝液波动，同时较厚的炉帮可以减少热损失，从而提高电流效率。在实施低电压初期，形成较厚的炉帮，但部分槽伸腿增长，尤其是角部阳极伸腿过分增长，导致炉膛畸形，使电流效率下降。为此采取措施有：一是，每周处理角部阳极伸腿；二是，充分利用换极机会，打捞好炭渣，并处理电解槽畸形炉膛。

2.3 降低阳极效应系数

2.3.1 严格执行壳头包、打捞炭渣和大堆料检查制度，及时消除壳头包，保证氧化铝供料的畅通，以降低由于物料的卡堵而造成的阳极效应系数升高；

2.3.2 规范换极作业，操作前必须扒干净残极上的浮料，减少物料的无序进入；

2.3.3 坚持电解槽日评判制度，开展好电解槽横班对标活动；

2.3.4 加强供料管理，净化车间每班深入现场进行检查，及时了解供料及烟气净化情况，防止堵料或下料器故障发生的效应；

2.3.5 加强电解槽下料点的称量和检查，杜绝大堆料造成的电解槽缺料而发生阳极效应；

2.3.6 电解计算机站对异常槽进行电解槽下料异常通报，提醒电解工及时处理异常情况。

图1 低电压推行初期电解槽炉膛

图2 采取措施后标准炉膛

3 优化工艺参数

3.1 保持合理的电解温度

实践证明电解温度每降低10℃，电流效率能提高1.5-1.8%。因此将电解温度控制在920-930℃的范围内，能获得较高的电流效率。

3.2 保持合理两水平

电解槽内铝水平要设定合理，过高可造成炉底偏冷，太低易造成槽温上升，影响电流效率。因此，不同的电解槽应根据实际情况设置相应的铝液高度，不可因为单纯的为了降低电压，减少针振稳定磁场而大幅度提高铝液高度。建议实施低电压技术电解槽可采用19-21cm铝液高度为宜，电解质水平保持24-26.5cm。

3.3 电解质成份调整

表1 电解质体系主要成分及调整目标

3.4 其他提高电流效率的措施

图3 200kA电解系列电流效率完成图

3.4.1 狠抓换极操作质量，卡具压降要求控制在5mv以内；

3.4.2 为确保新极16小时电流分布合格率达标，对要换的阳极提前预热，增加换极后阳极的及时导电性；

3.4.3 及时维修端头破损的槽盖板，减少漏电；

3.4.4 利用每次停电机会处理电解槽四周的杂物，减少漏电；

3.4.5 使用高质量的阳极块和阴极块，减少炭渣量，提高阳极、电解质和阴极的电导率。

4 取得效果

4.1 经济效益

电流效率从2012年的90.71%提高到2013年上半年91.21%，电流效率较实施前提高了0.5%，图3是电流效率完成图，平均槽电压从2012年3.958V降为2013年上半年3.942V，下降了0.116V。

该系列有278台槽生产槽，电流强度强化至215kA，每度电费0.34元／kWh，实施前吨铝直流电耗13134kWh/t，实施后吨铝直流电耗12954kWh/t，则该系列年节约电耗效益为：

年节约电耗效益=(实施前吨铝直流电耗－实施后吨铝直流电耗)×年产量×电费=(13134kWh/t－12954kWh/t)×158900t／年×0.34 元 ／kWh=972万元／年。

系列年增加产量=(实施后效率－实施前效率)×0.3356×24×215KA×278台×365d×10-3=878.5吨。

4.2 社会效益

项目实施后电解系列阳极效应系数由0.15次/槽·日降至0.07次/槽·日以下，效应持续时间由3-4分钟降至2-3分钟。因效应系数和效应持续时间的降低，减少了CO2、CO、CF4、C2F6等温室气体的排放量，同时节约了电能，为节能减排做出了贡献。

[1]邱竹贤.预焙槽炼铝[M].冶金工业出版社，2005.

[2]刘业翔.现代铝电解[M].冶金工业出版社，2008.

[3]戴小平，吴智明.200kA预焙铝电解槽生产技术与实践[M].中南大学出版社，2006.

[4]黄栋飚，白明昌，郭庆峰.400kA系列预焙槽低电压运行生产实践[J].轻金属，2011.