330KA 铝电解槽生产过程中电流效率的提升研究

2019-01-03罗伟林

中国金属通报 2019年2期

罗伟林

（来宾银海铝业有限责任公司，广西来宾 546100）

电流效率可以综合的反映出铝电解的生产过程各项指标，体现出生产过程的技术性与经济性，同时也体现了电解槽的产能与电量的消耗。本文将结合来宾银海铝330KA系列电解槽提升电流效率的实践进行分析；本厂电解一系列由贵阳院设计，共计280台槽，共分为8个工区，单槽采用双阳极生产，共计20组/槽。

1 铝电解生产现状

当前，铝电解产能严重过剩，直接造成产需失衡，价格下跌，导致国内电解铝企业盈利状况明显恶化。作为建设周期短，进入门槛低，高退出壁垒的行业，在未来的一端时间内，中国铝电解产能过剩的困局依旧得不到缓解，因此各大企业纷纷开始研究内部脱困之策，而提升电流效率是最快的捷径之一。

影响铝电解电流效率的主要因素有：化学损失、物理损失与机械损失等，即铝的溶解与再氧化过程的电流损失；铝离子与其余高价离子不完全放电造成的电流空耗；钠离子放电造成电流损失；机械设备利用率低造成的损失等，这些因素由于电解温度有直接关系，因此电流效率的影响因素更加复杂。

通过对提升铝电解生产过程中电流的效率的研究，本厂电流效率提升1.5%，大幅降低企业能耗，为企业带来巨大的经济效益。本文将结合工艺、生产过程、设计与人员等方面进行分析，以供探讨[1]。

2 提升铝电解生产过程电流效率的指导思想

（1）电解槽的设计方面。设计环节作为铝电解生产过程的起始环节，往往决定了后续生产过程的电流效率。在电解槽阴极结构与母线排布上，应对力场、热场与磁场因素进行仔细分析，借助计算机仿真软件进行科学的模拟，避免经验化的过度干扰，综合三方面的影响，进行阴极结构与母线布局的优化。热工设计中对内衬材料的选择，应对保温性能进行验证，减少电解质凝结导致绝缘层的出现。磁场设计应对导电体与母线进行优化，降低磁场对铝电解液的影响，减少电解液的波动范围。在设计方面，本厂采用贵阳研究院设计的阻流块技术异形槽，同时利用双阳级组结构，增加阳极电流的平衡性，有效增加电解极距，降低电压需求。在阳极设计方面，采用磷生铁连接结构，便于与阳极结合，增加阳极结构的稳定性。在母线电流密度的设计上，在适当考虑投资的前提下增加母线截面，降低电流密度，进而降低母线上电能的消耗。在阴极电流密度上，可以通过增加阴极电流密度达到提升电流效率的目的。

（2）电解槽的施工与维护。选择合适的电解槽材料可以保证力场设计与热工设计的稳定性，常见的电解槽材料有耐火砖、耐火颗粒、硅酸钙保温砖与碳氮化硅砖等，他们可以保证侧部与槽底的散热要求。本厂选用节能性能远远高于普通碳块的半石墨材质的碳块。在电解槽的砌筑方面，应严格遵循相关施工规范，增加工序间的配合，对阴极棒孔与耐火颗粒等重要环节进行仔细检查；侧部碳块的施工中应涂抹碳胶，减少与槽壳之间的间隙，使两者紧密配合；扎糊的施工中应保证施工效果，避免熔体渗入到内衬位置，降低电流效率，增加耗电量；阳极棒孔处的施工中应采用耐火颗粒进行填充，阻挡熔体向槽底的渗漏。母线安装过程中焊接点应仔细检查，避免焊接不良造成能耗的增加，避免焊缝夹渣与焊点疏松等情况的出现。母线系统的压接面应平整光滑，采用酒精洗净后进行充分压实，一旦出现灼伤应磨平处理。本厂在筑炉过程中采用了阻流块槽，侧部为氮化硅材料，可以有效的避免槽侧电流短路等情况[2-4]。

（3）生产过程中影响电流效率的因素。电流损失与溶解损失是导致电流效率下降的主要因素，电流的损失主要表现为阴极、阳极局部短路，槽壳处导电体的漏电，电解质中电流流向槽体碳素材料导致的漏电等，这些情况下电流的损失直接造成电流效率的下降。铝的溶解损失在电流效率降低中的比例高达10%～20%，主要原因来自温度升高造成的电解质溶解度的增加，铝液镜面增加导致铝与电解质接触面增加，铝液与电解质循环加快造成的溶解铝的扩散，它们都加速了铝的损失。要提升铝的利用率，就需要降低铝的溶解度，本厂在实践中通过增加添加剂ALF3降低电解质初晶温度，进而降低铝的扩散；另外采取A级碳素阳极，使得碳渣率大大减少，不仅减轻职工劳动强度，且极大增加了有效极距。

此外，本厂注在氧化铝浓度的控制。在采用了沈阳鑫博槽控机后，以往氧化铝浓度过高的现场得到有效控制，使过欠比比由1.85提升到2.0～2.15以上水平，氧化铝浓度的正常控制，使得电流效率在生产过程中提升近1%。

（4）工艺流程的管理。除了要保证阳极、阴极、原材料、备件与检修等外部条件，还要对工艺流程的合理性与科学性进行严格的控制，制定详细的考核体系，使技术与操作得到妥善控制。在生产过程中，本厂通过增加开槽的数量，降低公共母线上电压的分摊，减少频繁停槽造成的压降，始终保持275台槽以上在线运行；对铝渣与残铝进行回收，降低铝的投入量；降低漏电现象的发生，稳定电压，使电压均匀分配到各个电解槽上。

在施工管理上，加强对电解槽的管理，避免内衬施工中出现隐患，保证电解槽的寿命与电流效率；槽的形状应整齐规整，保证技术与操作上具有良好的基础，满足物料平衡与热平衡等指标要求；降低热量散失，利用氧化铝等保温材料进行阳极施工质量的保证，避免较高散热电压造成铝水平的过高；降低电解质初晶温度与电解质的过热度，保证温度的稳定性，实现铝电解生产的低温性。

在管控模式上，本厂采用集中管控方式，提升了管理的专业化、精细化与专人化水平。集中管理模式形成之后，工艺组负责电解系列的全部工艺技术管理，具体通过建立各类技术台账，对每一项数据进行认真的分析比对，及时准确判断电解槽的运行趋势，保障电解槽的安全平稳高效运行，有效提升电流效率。

3 铝电解生产过程中电流效率提升的工艺控制

（1）合适的电解温度。电解质温度过高时会引起金属铝损失的增加，降低电流效率，同时还可能导致槽膛的熔化，使物料与电能的消耗增加；电解质温度过低会造成电解质密度的增加，粘度提升，铝液与电解质难以分离，阳极气体排除受阻，同时还会造成电解质溶解铝能力的下降，造成槽底沉淀的增加。因此合理控制电解温度，保证电解槽处于正常状态，可以提升电流效率，降低能源消耗。当前在电解质温度的降低上主要采用降低过热度与降低初晶温度，实质上都离不开对电解质成分的改变。单纯的降低电解质初晶温度提升电流效率的效果有限，而且前面也分析了温度的降低还不利于各种电解操作，因此降低电解质初晶温度的研究受到制约，主要研究方向变为降低电解质的过热度。电解质的温度选择上应做到稳定，对低温进行有效的保持，才能保证生产的稳定性，稳定的生产会减少电解温度的波动，造成过热度的降低。目前，本厂电解温度常年保持在950℃～955℃。

（2）合适的分子化。电解质的分子化程度决定了初晶温度，降低分子化在一定程度上可以提升电流效率。电解质的分子比小于2.4时就被称作低分子比状态，实验证明分子比降低时会降低铝的溶解度。碱性电解质中降低分子比可以提升铝与氟化钠的反应，导致铝损失的增加，同时增加钠离子放电的概率，导致电流效率的下降。酸性电解质中氟化铝可以提升铝液与电解质的表面张力，使铝与电解质分离，降低铝的损失。因此保持弱酸性与低分子比可以在一定程度上提升电流效率。本厂将分子比控制在2.48～2.52之间，过热度保持在8℃～12℃。

（3）合适的铝量。铝具有较好的导热性，提升铝水平可以大大提升阳极热量的散失，使电解槽温度保持在正常水平，同时还可以收缩铝液镜面，提高阴极电流电流进而提升电流效率。铝水平的增加可以降低阳极电流密度，避免热量的过度集中，适当的降低铝水平可以避免热量的损失，保护电解槽的热稳定性。本厂为保证充足的在产铝量，将铝水平保持在25cm左右，此外加装电子精准出铝系统，有效保证了出铝精度的准确，确保在产铝的充足。

（4）保持良好的基础工作。在基础工作方面，本厂重点就换极合格率、铝铝压降合格率、电压摆合格率以及炉面基础工作保持等作为重点抓手，采用“公司、车间、工区以及班组”四级联动的模式对基础工作进行联动检查，奖惩，有效保证了基础工作的稳定。