浅谈铝电解槽阳极保温及防氧化技术

关永军

（东北大学设计研究院（有限公司），辽宁 沈阳 110166）

1 技术背景

在传统铝电解生产中，为了阳极保温并且防止氧化，需要在阳极组的上方及周边覆盖一层150～250mm覆盖料，覆盖料通常由破碎电解质和氧化铝粉按一定比例配置而成。残极处理包括电解质的清理和残极压脱，电解质在清理及其后续处理过程中的工作量很大，电解质要通过人工或机械设备进行清理，清理下来的块状料经过输送、破碎、筛分、仓储，再返回电解车间使用，整个生产过程及多种设备的运行需要消耗大量能源。电解质在输送、破碎、筛分、使用的整个循环过程中均有扬尘，即使增加了除尘净化系统，也难免对周边环境造成影响，除尘净化系统的运行需要消耗大量的电能，再次增加运行成本。电解生产中使用电解质及氧化铝粉作为覆盖料，无论是车间建设投资还是运行成本都很高。为了降低生产成本，有的电解铝厂在单块阳极借助保温装置进行保温，但这种做法，增加了工序，综合成本未降反增。

2 问题分析

铝电解槽的保温须适度，过分的保温将妨碍槽侧部结壳的形成，容易导致侧部腐蚀和槽的早期破损。但如果保温效果太差将导致槽帮结壳过厚，则容易造成压槽等生产事故。无论是覆盖料还是保温装置，都起到保持电解槽能量平衡、防止阳极被氧化，减少电解质挥发等诸多作用。覆盖料的成分、粒度、厚度、导热系数和安息角等参数决定了覆盖料的性能。因此，覆盖料的后续处理包括清理、破碎、筛分、储存、转运等工序，对其中的破碎、筛分存储等工序要求比较严格，对相关设备的选型，设备的性能要求也非常严格。探索覆盖料的替代产品成为诸多铝厂及相关工作人员一直努力的目标，但因各种因素，均未获得成功。

3 解决方法

为解决上文所述覆盖料存在的诸多问题，设计一种保温盖板来替代覆盖料成为解决问题的核心。保温盖板系统的设计，涉及两方面内容：一方面保温盖板设计，另一方面是自动控制系统设计。保温盖板设计，需要借助ANSYS软件对保温材料理化性能、厚度和保温盖板的结构进行优化设计。目前，我院与某保温材料厂家合作，经过多方面努力，最终研究出一种耐高温，保温效果好的保温材料，现处于工业试验阶段。这种保温盖板具有如下特征：①体积小、重量轻、方便抓取；②保温效果好、耐高温，抗腐蚀；③在高温下，要有一定的力学强度。

电解槽生产中产生大量的烟气，传统的电解槽的上部结构，电解槽上部结构框架内设计一个较大的集气腔体，用于对烟气进行回收，经烟道汇集至电解烟气净化系统进行净化处理。为了替代覆盖料，采用保温盖板结构，将目前的单腔体-集气腔体调整为双腔体，即在原来的单一集气腔的下方增设保温腔。保温腔和集气腔间由保温盖板进行隔离，为减轻单件重量，方便抓取操作，将保温盖板设计成多块盖板。保温盖板分盖板框架、耐高温保温盖板、绝缘件、导杆密封件等组成。保温盖板分两大部分：固定部分和可拆卸的活动部分，在电解槽的中心区域为固定部分，电解槽的两侧和电解槽的两个端头为可拆卸的活动部分，可拆卸的活动盖板一端搭在固定部分的盖板上，另一端搭在电解槽壳上，可拆卸的活动部分的盖板安装有绝缘件，使其与槽壳和固定部分盖板间处于绝缘状态。可拆卸的活动盖板有导杆穿过处，设有导杆密封件。

图1 电解槽侧视图

自动控制系统设计，主要涉及PLC和相关控制元件组成的系统涉及。相关控制元件包括：压差开关、温度传感器、控制器等。固定的保温盖板上安装有耐高温温度传感器，保温腔和集气腔间安装有压差开关。保温腔内因温度较高，加之电解铝化学反应中要产生大量的气体，保温腔的压力很大。集气腔通过烟管与电解车间烟气净化系统连接，集气腔对外界显负压，保温腔对集气腔显正压，外界的氧气很难进入保温腔，阻止了阳极组被氧化。固定部分的保温盖板上设有气动泄压阀，当保温腔的压力太大时，压差也将随之增加，当压差达到某一设定值，气动泄压阀开启，泄压，当压力降为某一设定值时，泄压阀关闭，完成泄压。安装于固定的保温盖板上的温度传感器，将时时监测保温腔的温度，并将温度数据发送给槽控机，电解车间监控中心可随时了解保温腔温度情况，进而了解保温效果。当压差值或温度值异常，则保温盖板没盖严密或有损坏，需要操作人员进行巡检，排除故障。两个腔体间设压差传感器，压差传感器与控制器连接，由控制器对气动泄压阀的动作进行自动控制，不需人为干预。

由上文所述可以看出，保温腔外侧的保温盖板的增设和机电一体化技术的引入，大幅度降低了电解生产成本，也大幅度降低了工人的劳动强度。电解槽双腔体的上部结构，已申请实用新型专利。

4 结语

机电一体化技术在铝电解槽阳极保温及防氧化技术中的应用，必将为电解槽覆盖料替代品的探索与研究起到积极的推动作用。覆盖料替代品的研究与应用对提高企业和社会综合经济效益起到积极促进作用，尤其是电解槽覆盖料被替代后，电解车间和阳极组装车间的相关工人的劳动强度将大幅度降低，也大幅度减少环境污染。该保温盖板以及保温自控系统，结构简单、加工、运行成本低，维护方便，具有巨大社会效益和经济效益，具有很好的推广价值。