500kA铝电解槽阳极效应“趋零化”控制技术

相洋

摘 要：电解槽发生阳极效应时，槽电压和电解温度升高，电化学反应几乎停止，铝液局部发生氧化反应而燃烧，电流效率低下，电能、氟化盐等消耗增加，炉帮熔化变薄，致使槽内衬侵蚀几率增加而影响槽寿命，温室气体碳氟化合物（CF4和C2F6）排放量增多，系列电流波动等，对电解槽长寿高效运行、企业节能减排和职工的职业健康造成一定的不良影响。因此，各电解铝企业非常重视阳极效应的控制。本文介绍了山西中润阳极效应“趋零化”控制技术的研究以及在实践中取得的效果。

關键词：500kA铝电解槽;阳极效应;“趋零化”;控制技术

1 SY500电解槽的特点

山西中润使用的是沈阳铝镁设计研究院有限公司研究设计的SY500电解槽。由于在设计时充分考虑了相邻列槽、周围槽及槽壳的屏蔽作用，运用优化的电磁场与流动场模型的模拟，SY500电解槽采用大面六点进电非对称配置母线，很好的解决了电解槽磁流体稳定性问题，使电解槽的铝液-电解质界面变形小，铝液流速低。并且利用成熟的三维电热场耦合计算模型，很好地解决了电解槽本体内衬的等温线分布和热平衡问题，使电解槽在生产中可以保持规整的炉帮形状和合理的炉帮厚度。

打壳下料装置包括打壳机构和定容下料器组成，在设计时对该装置进行了改进，打壳气缸和定容下料器采用6个独立的耐强磁控制阀体控制，使该系统实现了单点打壳、单点下料控制，对于超大容量铝电解槽，更利于均化槽内的氧化铝浓度分布，防止局部效应。计算机（槽控机）根据工艺状况，自动控制实现氧化铝和氟化铝的下料量，即控制氧化铝浓度和电解质分子比，实现“按需加料”，使氧化铝浓度保持在 2～3%范围内，保持槽内电解质中氧化铝浓度的恒定，以获得较高的电流效率。

这些先进的设计技术显著提高了电解槽的稳定性，阳极效应系数设计值为0.03次/（槽·日）。

2 技术条件优化匹配技术

优化生产中的技术条件是持续降低阳极效应系数和持续时间以达到阳极效应“趋零化”的关键环节。

本文所采用的耦合匹配平衡优化原则就是要通过氧化铝浓度、电解温度、过热度和初晶温度等技术条件之间平衡作用而相互协调，保持低效应系数、高电流效率、少氧化铝沉淀、使炭渣易分离。在阳极效应保持正常“趋零化”的情况下，降低氧化铝浓度（以提高电流效率，并降低电解质对炭渣湿润性，促进炭渣从电解质中分离、上浮及排出，降低炭渣含氟量，减少氧化铝在电解质中的悬浮量和减少氧化铝沉淀，提高电解质电导率），提高电解温度（以提高临界电流密度，弥补氧化铝浓度降低带来的临界电流密度降低），降低过热度（以提高电流效率，并减少热损失来补偿提高电流效率多产铝带走的热量以及协助提高电解温度），提高初晶温度（以提高氧化铝溶解度，减少氧化铝在电解质中的悬浮量，提高电解质电导率，减少氧化铝沉淀）。

当阳极效应不能正常保持“趋零化”而有所升高时，提高氧化铝浓度（以提高临界电流密度，减少阳极效应），降低电解温度（以提高电流效率，补偿氧化铝浓度升高带来的电流效率降低），提高过热度（以提高氧化铝溶解度，平衡补偿氧化铝浓度升高所增加的氧化铝溶解量，减少氧化铝在电解质中的悬浮量，并有助于炭渣从电解质中分离、上浮和排出，提高电解质电导率，减少氧化铝沉淀），降低初晶温度（以提高电流效率，进一步补偿氧化铝浓度升高带来的电流效率降低;

2.1 确定技术条件合理范围

氧化铝浓度降低可提高电流效率，但氧化铝浓度过低则会引发较多的阳极效应，因而应将氧化铝浓度低窄化地控制在1.5%～2.5%。由于在所用原料氧化铝中不同程度地含有Li2O、K2O、CaO、MgO等金属氧化物，山西中润电解质富集LiF2.5%～4.5%、KF2%～4%、CaF22%～3%、MgF21%～1.2%左右，在不剔除锂、镁、钾盐影响的情况下分子比按2.4～2.6控制。考虑锂盐等含量在富集中，因此取初晶温度控制中值为930℃，控制波动范围在925～935℃。选用过热度小的电解质成分是提高电流效率的一个重要条件，将过热度控制范围确定为5～15℃。电解温度控制范围确定为935～945℃。

2.2 以氧化铝浓度为中心实施耦合匹配控制

氧化铝浓度是发生阳极效应的主要影响因素，以氧化铝浓度为中心实施耦合匹配控制原则就是在保持较高电流效率、减少氧化铝沉淀、使炭渣易于从电解质中分离并使电解质保持良好导电性的基础上，稳定地对氧化铝浓度控制在低窄范围内。

2.3 控制温度

（1）保持适当的阳极保温料

当电解温度处于降低态势，而阳极保温料又偏少时，适当增加保温料厚度（粒度在0.5～10mm范围内，混合均匀，将阳极全部覆盖住），但最多到达阳极钢爪横梁下沿50mm（不要过厚以防钢爪温度过高导致爆炸焊脱落），即阳极上保温料厚度不大于170mm，并稳定保持。

（2）保持适当的阴极保温

当电解温度处于降低态势，而角部伸腿较长时，可用硅酸铝纤维毡或保温砖等保温材料适当增加角部保温。

2.4 保持适当铝水平

（1）当电解温度处于降低态势，不仅角部伸腿较长，端部以及大面伸腿也普遍较长而铝液水平偏高时，适当降低铝液水平高度（不低于标准铝水平21～23cm下限），减少通过铝液的散热量。

（2）当电解温度处于上升态势，大面以及端部伸腿熔化，而且角部伸腿也熔化，而铝液水平偏低时，适当提高铝液水平高度（不高于标准铝水平21～23cm上限），增加通过铝液的散热量。

3 结语

通过对铝电解工艺技术条件进行耦合匹配的优化平衡控制，及时有效地自动熄灭阳极效应，有效地推进了阳极效应系数和持续时间“趋零化”控制的技术进步，为山西中润500kA大型铝电解系列取得了良好的创经济与环保效益，并形成一条行之有效的阳极效应“趋零化”控制技术路线，为电解铝企业提供了一套重要的技术控制策略。

参考文献

[1]刘芳玉.KF对铝电解质性质的影响研究[D].长沙：中南大学，2011.

[2]中国铝业郑州研究院.甘肃山西中润有限公司电解槽“物理场”测试报告[R].2013.