大型预焙铝电解槽限电及恢复过程的探讨

2019-07-22衡茂林

世界有色金属 2019年10期

衡茂林

（中国铝业青海分公司，青海西宁 810108）

近年来我国电力供应形势日趋紧张，加上国家针对高耗能产业的一系列措施，铝电解作为高耗能产业面临着很大的挑战。面对电力供应紧张和在一些不可预知的突发事件的情况，电解铝企业受到限电或停电的影响，严重影响了电解槽的正常生产。

由于用电紧张，电解铝企业遭受了间断性的限电降负荷的严重影响，降负荷期间造成电解槽电解质收缩、卡锤头堵料等状况，同时电流效率严重降低，员工劳动量增加，严重影响了正常的生产[1]。因此，如何应对限电降负荷，减少现场员工的劳动量，保证电解槽的安全、稳定，减少负荷恢复后对电解槽的影响成为迫切解决的问题。

直流电是电解槽生产能量的主要来源，电流强度的大小直接关系到电解槽能量收支平衡。停电后电解槽能量供应停止，高温熔融电解质和铝液在与室温的巨大温差下逐渐冷凝，如果停电时间过长，电解质和铝液温度会低于它们的初晶温度，凝结成固体。电解质在液态时电阻率较小，而凝成固体后，其电阻急剧增大，甚至不能导电[2]。恢复送电时，由于电解质凝固，整个系列处于断路状态，电解槽无法恢复正常生产，给电解铝企业造成巨大的经济损失。

电解系列短时间停电，对电解槽生产的影响相对较小，恢复电流供应后，电解槽能在较短的时间内恢复正常生产。因各类异常造成的停电，恢复供电时电解槽因为能量输入不足过冷造成电解槽发生一系列不良反应，导致系列电流较长时间不能达到正常生产的系列电流强度，这样会导致功耗的增加和浪费[3]。当停电时间在两小时以上时，应特别考虑恢复送电时的方法和方式。方法错误，会导致电解槽大面积阳极脱落，有时被迫停槽，电解槽无法恢复到正常生产状态，甚至出现断路危险。

1 工艺指标的调整

1.1 铝水平调节

限电情况发生后，电解槽能量输入减少，电解质收缩，铝水平升高，而过高的铝水平会增加电解槽自身的散热，不利于保温。对于热输入不足的阶段，应该适当的调整出铝任务(加大出铝时，根据槽况合理计算出铝量，防止负荷正常后，炉底反热槽温升高，重新留铝造成不必要的麻烦)，保持较低的铝水平。铝水平过低又会对电解槽的稳定性造成影响[4]。以350KA系列为例，铝水平保持在25cm左右为宜，既可以保证大多数槽子的稳定，又减少多余热量的散失。当然，铝水的高低没有统一的标准，遵循一槽一策的原则，针对不同的槽况摸索出最适合的铝水平。

1.2 分子比调节

限电初期，电解槽能量输入不足，随着炉帮、炉底温度的降低，电解槽温度迅速下降。电解槽温度的下降使电解质熔体会析出高分子比冰晶石，导致电解质分子比降低，从而影响了氧化铝溶解速度，最终未溶的氧化铝在炉底形成沉淀。为了防止沉淀的产生，要及时调整氟化盐添加量，适当调高分子比，高分子比可以获得较高的电解质初晶温度，对电解槽保温有一定帮助[5]。

1.3 电解质水平调节

电解质水平的调节是十分重要的，适宜的电解质水平是保持电压恒定的关键，也是能否维持电解槽正常生产的关键。提高电解质水平，可以提高电解槽的抗干扰能力。电解槽长时间停电或者较长时间内的低负荷运行，槽温降低，电解质熔体收缩明显，电解质水平降低，导致氧化铝不能完全溶解，造成炉底沉淀的产生。针对该种情况，对于电解质水平较低的电解槽，应密切关注槽电压及槽内电解质水平的变化。对于电解质收缩过快的，应适当手动降低电压，防止电解质收缩脱离阳极底掌[6]。对于350KA系列电解槽，电解质水平正常生产时应保持在17cm～20cm，限电时平均保持在11cm～13cm。在恢复供电后要及时补充热量输入，调节电解质水平。在满负荷情况下，适当调高设定电压20mv～100mv。

针对电解质水平只有10cm的电解槽要时时看护，增加测量水平次数，应在观察槽中电解质的实际情况后设定电压抬高10mv～20mv，运行一段时间，在水平有所恢复后，再提高30mv～50mv，同时安排添加冰晶石或电解质块补充电解质。在降负荷时应及时将设定电压调回，切忌为增加热输入盲目抬高设定电压。一味地抬高设定电压，阳极会脱离电解质，造成事故，给生产造成巨大损失。

1.4 保温料厚度调整

在限电运行期间，适当的增加保温料厚度可以增强电解槽上部保温，但是保温料的增加不能太厚，如果太厚会增加掉入槽内的氧化铝量，容易造成沉淀，且因为卡堵而造成粉料堆积，也会增加保温料的厚度，对电解槽产生不利影响[7]。因此应该适当的增厚保温料的厚度，但也不能太厚。

2 操作注意事项

对于每天都固定限电的情况，当班人员必须坚守岗位，由于特殊原因暂不在岗位的要立即返回本岗位待命。操作人员要注意自身安全，穿戴齐全劳动保护用品，防止烧伤、烫伤。在得知限电或拉闸通知前，要提前做好准备工作。出铝，抬母线，以及换极工作要把握时间，停电前半小时一切操作都要停止。突然断电时如果出铝进行中，电解槽动力系统停止工作，而继续出铝可能造成无法自动降电压，造成断路，所以要果断停止出铝工作。停电后，对出铝口，用冰晶石封口。加强保温，停止下料后，在下料口也加封少量冰晶石，加强保温，恢复供电后，有利于打通下料口。提前准备效应棒，防止恢复供电时效应发生。

以350KA系列为例，一定时间内负荷较低，强化过电流以后，正常工作时电流为360KA，在限电阶段，电流无法达到满负荷工作，这时电解槽热量输入不足，容易发冷。既然无法增加热输入，只有尽量减少热量散失。在条件允许的情况下，减小风机的风量，避免带走更多的热量。保温料封好火眼及大面冒火处，盖好槽盖板，最大限度地加强电解槽的保温工作。电解质水平收缩，流动性变差对氧化铝的溶解能力降低，容易发生效应。应在槽子边上准备效应棒，最快时间内熄灭效应。电解质水平降低也更容易产生沉淀，所以要根据设定电流大小适当调整下料间隔，减少沉淀生成。

3 供电恢复后沉淀的处理

沉淀是指沉积在阴极及内衬上的含有不溶氧化物电解质的堆积物。电解槽炉底有一定的稀沉淀，少量稀沉淀对保护阴极，延长槽寿命有益的，过多的沉淀则会引起电解槽病变。电解槽由于长期的降负荷运行，槽内电解质水平收缩，槽温降低，氧化铝不能很好的溶解，下料口容易形成沉淀。炉底一部分氧化物沉淀随着槽内循环的铝液被带出继续溶解，另一部分与电解质、铝液一起凝结成块，通过化学反应，变成硬沉淀甚至结壳在炉底沉积，导致电解槽水平电流过大，这对电解槽的正常生产很不利。处理炉底沉淀应及时用长耙清理并停止下料一段时间。关注阳极导电情况和槽电压摆动，由于氧化铝不能很好的溶解，阳极低掌有沉淀或不能很好的消耗，易造成阳极导电异常。在恢复正常生产后要控制好氧化铝浓度，延长下料间隔，并适当停止下料，让槽内过量未溶解的氧化铝完全溶解，炉底尚未变成硬沉淀的氧化铝重新返回溶解，并确保下料口的畅通。人工处理沉淀，充分利用换极时间，对阳极中缝，特别是炉底已形成的硬沉淀，在换极时使用工具将其撬起，让铝液进入，并逐渐将沉淀带起。保持足够的阳极保温料，减少通过槽上部的散热损失，保证炉底有足够高的温度，保持良好的热平衡。适当的提高设定电压，促进沉淀更好的熔化。

4 实例

某公司电解系列因动力供电10kv回路避雷器故障，造成多台整流机组出现故障，导致240kA系列130台电解槽停电长达2小时。造成电解质下缩，滚铝、部分阳极脱极，效应频繁，电解槽无法正常工作，严重威胁系列安全，造成巨大的经济损失、同时增加工作难度、甚至威胁到职工人身安全。通过大家几昼夜的奋战，总结出一套较为有效的处理措施。供借鉴。

（1）参照表1表2，铝水平上涨超过2cm和电解质低于15cm的电解槽存在极大安全隐患也是工作的难点，必须立即采取措施消除隐患。一是对于电解质低于13且铝水平变化小的电解槽及时灌电解质，再抬电压处理。二是对电解质低缺绿水涨幅大的电解槽做槽处理，再出铝，插效应棒，把炉底的沉淀化掉后再灌电解质烧效应处理。