240 kA铝电解槽压接器连接形式的改进

李 莉 刘民章 李 贤

(青海桥头铝电股份有限公司 技术中心, 青海 西宁 810100)

240 kA铝电解槽压接器连接形式的改进

李 莉 刘民章 李 贤

(青海桥头铝电股份有限公司 技术中心, 青海 西宁 810100)

介绍了压接式压接器的结构特点，分析了压接式压接器对240 kA铝电解槽阴极母线压降的影响。通过将压接器由压接式改进为焊接式，压接器平均压降由原来的 19.20 mV降低到 9.65 mV，取得了明显的节能效果。

铝电解槽； 压接器； 连接方式； 压接式压接器； 焊接式压接器

0 前言

在铝电解过程中，电能是最主要的能耗形式。然而，影响铝电解过程能耗的因素众多。通常，在电流强度一定的条件下，铝电解过程的能耗以工作电压的形式表现，工作电压越高，电解耗能越多，反之亦然。从2008年电解铝行业经历危机以来，2012年至今电解铝行业又经历了一次低迷期。面对这种情况，各铝冶炼企业纷纷通过各种途径，如降低氧化铝、氟化铝、预焙阳极单耗以及降低吨铝直流电耗降低原铝生产成本。目前，最引人注目并且见效最快的途径是降低铝电解槽的工作电压。关于通过降低铝电解槽工作电压实现降低铝电解的过程能耗，国内外研究人员、学者、工程技术人员进行了大量的研究探讨，并取得了富有成效的研究成果与实践经验，而且建立了一批低电压铝电解示范工程。然而，这些研究大多是通过采用异形阴极、控制氧化铝浓度调整范围、调整极距、强化系列电流、增加阳极电流密度等进行的[1]，关于通过降低阴极钢棒和阴极软带连接处压接器压降降低电解槽工作电压的研究与实践方面的报道并不多见。因此，本文着重探讨通过改进阴极钢棒与槽周母线连接处压接器的连接形式降低压接器压降的方法。

1 压接式压接器及其压降

电解槽的槽电压(工作电压)E槽由反电势E反、电解质电压降E电解质、阳极电压降E阳极、阴极电压降E阴极和外线电路中的电压降E外5部分组成[2]。阴极钢棒与槽周母线连接接触压降就包含在外线电路电压降E外中。

在铝电解系列电解槽中，连接阴极钢棒与阴极母线的结合部件称之为压接器。目前大多数电解系列的压接器采用压接式，即将阴极钢棒端部与阴极母线上的钢板(一端焊接在阴极母线上)通过螺栓连接在一起，形成阴极母线回路。通常，一台电解槽上的压接器多达数十个，如240 kA铝电解槽的压接器达80个。如果一个系列包含236台电解槽，那么，整个系列的压接器将多达18 880个，压接器电压降将会对系列槽周母线压降产生一定的影响，因此，关注并努力降低铝电解槽压接器压降对于降低铝电解槽工作电压很重要。

某公司对运行4年的240 kA铝电解槽的压接式压接器的压降进行了测量，发现压接器平均压降高达19.20 mV。

笔者结合电解系列现场以及焊接操作，认为造成压接式压接器压降高的原因在于：

(1)由于压接式压接器的两个部件(阴极钢棒和软带接头)是通过螺栓紧固在一起的，在新建电解系列投产初期，表现出较低的压接器压降。然而，随着电解槽运行时间的延长，加之电解过程中打壳、下料气动工具产生的振动，使两个部件之间由于振动而产生了紧固螺栓松动，从而造成两部件之间的结合不像投产初期那么紧密。

(2)电解车间粉尘的影响。由于打壳、下料因素，电解车间粉尘含量相对较高，当两部件接触紧密程度变差时，在二者之间不可避免地要存在粉尘粒子，导致二者之间电阻增加，从而导致压接器压降升高。

(3)压接器连接处温度以及氧化的影响。在电解槽启动阶段，压接部件的温度为280 ℃左右，正常运行电解槽阴极钢棒端部温度通常为200～220 ℃，长期处于这个温度范围，不可避免要产生压接部件结合面的变形与氧化，而结合面的变形与氧化又加剧了接触面积的减小，导致压接器压降上升。

(4)装配时压接面的处理与紧固操作以及电解槽运行过程中的维护检修对压接器压降也有一定的影响。如果装配时压接面加工的粗糙度达不到要求、连接螺栓紧固的松紧程度掌握不当、电解槽运行过程中维护检修不及时，都会引起压接器压接面的不良接触，导致压接器压降的升高。

2 焊接式压接器特点

焊接式连接就是通过对两个压接部件(阴极钢棒头部与软带接头)的加工处理，使两个结合面达到要求的光洁度和平整度，然后用焊接的方式将二者连接在一起，从而使得阴极与槽周母线形成导电回路。

2.1 压接器结构形式改造条件

压接器结构形式改进可能出现的三种情况是：

(1)在新建电解系列建设过程中进行改进。在这种情况下，安装施工现场没有磁场，可以实现压接器连接部件的精准加工，并且在无磁环境中对压接器进行焊接，可以确保最理想的焊接质量。

(2)利用系列停电机会实施压接器的改造。在这种情况下对压接器连接形式进行改造也可获得较为理想的焊接效果。不过，一旦出现这种情况，电解铝厂将会遭受巨大的经济损失。并且，一旦电解系列重新启动，也必须投入大量的资金支撑。这是电解铝厂最不愿意遇到的情况。

(3)利用分流降磁设备通过降磁实现不停电焊接进行压接器结构形式改进。在这种情况下，需要一定的资金投入来购置分流降磁设备。国内已经有几家公司能够生产这种设备并提供现场指导。据调查，目前，购置一套分流降磁设备的投入约为260万元。

2.2 焊接式压接器优点

焊接式压接器有如下优点：

(1)阴极钢棒与软带接头连接质量好。

(2)压接器连接处压降比压接式均匀的多。

(3)阴极电流分布比压接式均匀的多。

(4)在确保压接面处理、焊接质量的前提下，在电解槽运行过程中基本不需要对连接处进行维护检修，因为通过焊接两部件成为一个整体，不会出现压接面松动现象，电解车间粉尘环境不再会对压接器压降造成影响，而且能够保持较低的压接处温度，极大减小了检修工人的劳动强度。

基于上述优点，铝电解槽的运行将更加稳定。

2.3 焊接式压接器缺点

焊接式压接器连接方式也有其缺点和苛刻的实施条件：

(1)实施焊接前，对压接面的加工处理精度要求高。

(2)对操作工人的焊接技术水平要求高。

(3)必须在系列停电实施焊接才能获得理想的焊接效果。

(4)在全电流运行的电解槽上实施压接器焊接，必须安装专用铝电解槽全电流分流焊接降磁装备，投资费用高，而且操作相对繁琐。

3 压接器结构形式的改进效果

3.1 焊接式压接器的压降测量

通过分析压接式压接器连接方式的缺点，结合对同行业电解系列压接器的考察情况，将240 kA铝电解系列压接器连接方式改为焊接式连接。在7台电解槽上进行了部分压接器连接方式的改进，测量了改为焊接式压接器的压降，并与压接式压接器压降进行对比，测量对比结果见表1。

表1 压接式压接器与焊接式压接器压降比较 单位：mV

由表1可以看出，压接式压接器压降最高23.86 mV，最低13.55 mV，平均19.20 mV；而焊接式压接器压降均小于10 mV，均为9.0～10 mV。改进后，平均压接器压降降低了9.55 mV，而且压接器压降比较均匀，效果比较明显。

3.2 焊接式压接器的节能效果

系列电解槽阴极与母线的连接方式由原来的压接方式改为焊接方式，其平均连接压降由原来的19.20 mV降至9.65 mV，则产生节电效益为：

单台槽年节电=240 000 A×(19.20-9.65)×10-3V×365 d×24 h/d×10-3=20 078 kW·h

系列年节电=240 000 A×(19.20-9.65)×10-3V×365 d×24 h/d×10-3×236台=473.84万kW·h

按照0.40元/kW·h的电价计算， 单台槽年节省电费8 031.2元； 系列年节省电费189.54万元。根据以上计算可以看出，通过对240 kA电解系列进行压接器连接方式的改进，节电效益很可观。

该公司已经与某不停电分流降磁焊接设备生产厂家签订了设备供货合同，计划在设备到位后，利用两年时间对整个电解系列压接器的连接进行改进。

4 结语

铝电解槽的工作电压是由多部分组成的，而每部分都会对电解槽的工作电压造成不同程度的影响。因此，原铝冶炼厂应结合自身电解系列的工作电压实际情况，通过不同的途径和方式，选择适合于自身的降低电解槽工作电压的方式，当然，权衡投资与效益回报是很重要的。本文对压接式压接器和焊接式压接器优缺点的分析探讨仅供同行参考。

[1] 冯乃祥. 新型阴极结构高效节能电解槽与铝电解的若干技术问题[R]. 铝电解槽新结构新技术研讨会，2010.

[2] 邱竹贤. 预焙槽炼铝[M]. 北京：冶金工业出版社，2005：284.

Improvement of Connection Type of Voltage Adapter for 240 kA Aluminium Reduction Cell

LI Li， LIU Min-zhang， LI Xian

This paper introduces the structural features of the bolt fastened type voltage adapter, and analyzes the effect of the bolt fastened type voltage adapter on voltage drop of cathodic bus line. By tranfoming the bolt fastened type voltage adapter to welded voltage adapter，the voltage drop was decreased from 19.20 mV to 9.65 mV, and an obvious saving-reducing effect was achieved.

aluminium reduction cell; voltage adapter; connected mode; bolt fastened type voltage adapter; welded voltage adapter

2014-01-13

李 莉(1977-)，女，山西兴县人，大学本科，工程师，主要从事科技项目管理工作。

TF821

B

1008-5122(2014)03-0014-03