330KA铝电解槽零效应生产管理研究

舒 建

（广西来宾银海铝业有限责任公司，广西 来宾 546135）

随着铝电解技术的进步，阳极效应的价值逐步丧失，其对电解槽稳定生产的不利影响反而更加突出。阳极效应的利弊是相对而言的，效应管理与“零效应”管理并非矛盾，它们是时代变迁与技术进步的产物。

1 氧化铝浓度控制技术是“零效应”管理的必要前提

（1）氧化铝浓度与电解质压降的变化关系：由于氧化铝溶解时生成体积庞大的铝氧氟络合离子，电解质电阻随着氧化铝浓度升高而增大，但氧化铝浓度低于4.0%左右以后，由于电解质对炭阳极的湿润性下降，阳极过电压逐步升高。

图1 电解质电阻与氧化铝浓度关系

（2）氧化铝浓度与初晶温度的关系：电解质初晶温度与成分密切相关，其中氧化铝浓度是影响电解质初晶温度的突出因素。根据邱竹贤和张杰明教授的研究公式：

T初晶=1007.625－2.675x1－4.834x2－3.292x3－2.906x4－0.250x1x2－0.033x1x3－0.025x1x4－0.528x2x3＋0.229x2x4－0.166x3x4

式 中 ： x1——AlF3浓 度，x2——Al2O3浓 度，x3——MgF2浓度，x4——CaF2浓度

该式的适用范围是0～8%AlF3，0～6%Al2O3，0～6%MgF2和0～6%CaF2。在正常生产条件下，氧化铝浓度对电解质初晶温度的影响最大，氧化铝浓度变化1%对应的初晶温度变化为6℃～8℃，而且当添加MgF2时影响更大。因此，从电解质初晶温度的稳定性方面考虑，选择MgF2作添加剂宜慎之又慎。

（3）氧化铝浓度对电流效率的影响：低分子比和低过热度工艺都是提高电流效率的有效途径，但他们是相互制约的，因为低分子比和低过热度都不利于氧化铝溶解，都不利于电解生产平稳进行。因此氧化铝浓度控制技术是组织低分子比和低过热度电解生产的必要前提。在阴极区间，铝在电解质中的溶解度与铝液上表面的氧化铝浓度呈反比，又不利于提高电流效率，但总体而言低氧化铝浓度有利于提高电流效率。

图2 氧化铝浓度与电流效率关系

2 过热度控制是“零效应”管理的难点和重点

正常作业对过热度的要求：换极作业对电解质过热度的影响最大，更换双阳极对电解质过热度的影响为5℃～8℃，由于换极间隔与阳极升温周期不一致，电解质过热度长期反复波动，更换单阳极过热度变化为3℃～5℃，正常槽需要十小时以上才能恢复平衡。电解质过热度应充分考虑换极和下料量变化的客观影响，根据生产实际确定过热度，过高则溶化炉帮而影响浓度控制并降低电流效率，过低则造成阳极效应失控，炉底沉淀增加，并因形成沉淀而降低分子比。因此，国内电解质过热度宜控制为10℃～15℃，国外先进技术过热度7℃左右，我们现阶段可望而不可及。

3 零效应控制方法分析

（1）效应时间控制：效应时间保持多长时间为宜，应根据电解槽热平衡控制能力而定。一般而言，冷槽的效应时间可适当长一点，以补充热收入，提高电解质过热度，这是电解槽突发效应的实际需要，但不能以阳极效应作为处理炉底沉淀的方法；热槽原则上应避免发生效应，以防止进一步破坏热平衡。

（2）效应突发原因分析：在单槽或整个系列阳极效应失控的时候，应该首先对效应发生原因进行统计分析，找出共性。2010年10月，某公司330kA系列实际效应系数高达0.5左右，11月1日我们开始对每一个突发效应进行分析，具体因素统计如表1。

表1 具体因素

通过统计分析发现，效应失控的主要原因是换极作业和氧化铝浓度偏低诱发，而换极作业诱发效应的根源是过热度变化所致，浓度偏低诱发阳极效应的根源是过热度偏低和NB间隔偏大造成的。330kA铝电解槽的理论NB间隔应该为70～75秒，但生产实践中由于计算机浓度控制效果不佳，技术管理者被迫延长NB间隔以实现低氧化铝浓度生产。经过总结分析，我们把最大过量周期由120min缩短为60min，每次过量加工周期提高氧化铝浓度约1%，提高了浓度控制的可靠性，为NB间隔理性回归创造了条件。由于换极热补偿还未解决，我们目前的效应系数只能达到0.1左右。低过热度与低效应系数是一对矛盾体，如何控制过热度区间是一个非常复杂的管理问题，但其关键还是如何细化换极作业和氧化铝浓度控制两个环节，这是我国现阶段“零效应”管理的重中之重。

近年来，我公司的电解槽管理上，在效应控制方面取得了突破性进展，效应系数已接近0.1，日均效应分摊电压已达到6 mV～9mV，基本实现了节能和环保的双重目的。目前离生产管理的目标值的3 mV～5mV值还有一定的距离，这将在以后的效应管控上，逐步实现“零效应”管理。

4 结论

本文介绍了氧化铝浓度是“零效应”的前提，得出了适宜的效应系数是降低过热度追求高效率的现实需要，缩短效应时间是对过热度控制能力不足的有益补充，也是保持热平衡的需要。减少电解槽换极作业对过热度控制的影响。同时在生产管理中以减少物料平衡对热平衡控制的影响，并力争把氧化铝浓度控制在1.8%～3.0%的理想区间，是实现“零效应”生产关键所在。