铝电解生产的电压管理

黄其辉

摘 要： 就目前国际工业生产的原铝主要是通过在高温电解槽里通入直流电的电解方式获取，电耗是占吨铝成本一项非常重要的生产指标。在生产中直流电流一般保持不变，对电压的管理则成了控制电耗最重要最易于直接实现的因素之一。因而有必要人为对槽电压进行管理是科学控制生产成本的必要课题。在推广新工艺和新技术的过程中总结电解槽管理技术，结合电解槽管理，根据不同制造商的管理规程，对在铝电解生产过程中形成电压偏差的原因进行详细研究并采取相应的技术措施进行处置，因此电压是铝电解生产过程中电耗管理的关键点。

关键词：铝电解生产;电压偏差;低电压管理

为了使在铝电解生产中获得良好的经济技术指标，实现高效率，低电耗的铝电解生产，铝电解人进行了长期的探索和努力。大多数电解铝企业的生产管理部门会根据自身情况发布中短期生产经营任务，经济技术指标，并进行严格的考核。

一、电压偏差

许多因素影响铝电解生产的电压指标：可以控制的主要项目是电解温度、铝水平、电解质含量、分子比、槽工作电压、阳极效应系数以及持续时间、氧化铝浓度（含局部浓度差异引起的偏流电解槽自动控制系统上抬工作电压AU）、阳极面上保温料高度和其他技术条件。只要上述技术条件合理严格控制，缩短换极操作时间，自然就会取得良好的经济技术指标。

铝电解生产的技术条件是一个有机的整体，是变量的总和。进行调整时，需要在更改之间找到平衡。没有例程可以遵循，不能复制，甚至不能说“所有条件都可以调整为一个大小”，并且必须遵循实际条件。

在铝电解生产过程中，负责人必须首先适当调整电解槽各部分的压降，电

解槽的实际工作状态等，并合理调整电压以使电解槽在正常工作。一般根据设定的电压，在计算机中进行计算，并且可以通过计算机确定电解槽的实际电压。在实际生产中，设定电压和工作电压不一定相同，工作电压和设定电压之间通常存在一定的差距。电压偏差的大小可以反映电解槽生产状态的稳定性，并且如果电压偏差相对小，则电解槽的稳定性高。经分析产生电压偏差有如下原因：

1.1 电解槽保温性差

当电解槽处于低工作电压生产状态时，会因热平衡得不到保证电解槽的温度跟着下降，电解质收缩，颜色加深，粘度增加，流动性降低，并且阳极气体的排出变得困难，处于冷行程的槽工作电压都会由于电解质电阻在增大而增大压降。电解槽各部分的隔热性能（例如，包括槽罩在内的极上保温、槽侧壁、阴极内衬的过度散热而得不到有效保温）将大大降低，从而导致电解槽产生的热量不足。在这方面，为了有效地维持电解槽的热平衡，需要增加电解槽的工作电压以实现热再生效果并抑制电解槽的冷行程运行。

1.2 技术条件不合理

槽温、两水平高度、分子比、效应系数、下料间隔和浓度、以及保温等技术条件在一定状态下都需要对应的槽工作电压进行维系。当长时间打开工作面或者阳极上保温料过低以及电解槽的工作电压降低时，电解槽的热收入变得不足，为了不破坏电解槽的热平衡，必须根据减小的电压范围来调整电解槽的技术操作条件。如果铝水位设置过高，则电解槽会散发大量热量，从而导致电解质收缩，在这种情况下，电解槽自动控制系统的节能自平衡功能会增加电压，从而导致电压偏差。在下料间隔不合理而造成的氧化铝浓度偏高或者偏低不在合理范围内时，电解质电阻都会相应偏高从而使工作电压偏高。

1.3 病槽的出现

当电解槽出现病槽时，如针针、总体或者局部浓度不合理、炉底沉淀（结壳）等，在处理病槽时电解槽自动控制系统会根据人为设定的偏高电压上调槽工作电压而形成的电压偏差。

二、电压的管理

电压是电路中自由电荷定向运动以形成电流的原因。电解槽的平均电压包括偏置电压降，阳极电压降，阴极电压降，电解质电压降，电解槽中的总线电压降，电解槽外部的总线电压降以及影响电压降。通过减少跨每个组件的电压降，可以降低电解槽的平均工作电压。

三、电解铝生产中的电压管理措施

3.1低电压技术

低压技术主要包括以下几个方面：（1）阴极节能技术的生产应用。阴极节能技术是使用一种特殊形状的阴极，阴极上带有凸台。在正常生产中，阴极的突台将阻止熔融铝的流动，减少熔融铝在槽中的界面变形，减少熔融铝的流动，缩短磁极间距并降低槽的工作电压。 （2）节气门节能技术。折流板的节能技术是将折流板放入普通的生产槽中，以有效改善电解槽中熔融铝界面的变形，减少熔融铝的流量，然后减少电解极，减少电解质电压。挡板节能技术是将特殊类型的阴极技术临时应用到常规槽中。 （3）双阴极钢筋节能技术。双阴极钢筋的节能技术是将通槽打开到阴极钢筋的适当位置，并在槽中填充绝缘材料。凹槽下方的钢筋也被绝缘，这可以增加阴极钢与碳中心中的碳之间的接触面积。由于电阻低，可以使凹槽的中部和阴极的钢条更加导电，从而电流水平地流过凹槽的中部和侧面的熔融铝层，其目的减小磁场的作用得以实现。

3.2 降低阳极电压降

阳极电压降和水平母线与导杆压降、阳极碳块本身的比电阻和钢爪-碳孔磷生铁接触电压降有关。光滑平整的水平母线和导杆压接面、阳极焙烧质量、以及组装浇筑磷铁碳孔质量等是利于降低其压降的日常可控措施。

3.3 降低极化电压

降低偏置电压是克服了由电解产物形成的原电解槽的电动势并使氧化铝分解的施加电压。在工业中，这主要涉及降低阳极电流密度（主要是增加横截面积）、控制电解质中氧化铝的合适浓度以及在生产过程中添加CaF2、AIF3和其他材料可以降低阳极过电压，从而降低偏置电压。

3.4减小电解质电压降

电解质压降受电解质成分、过热度和极距变化等因素变化而变化，极距是其一大重要调整对象。保持合理的电解质成分，尤其是氧化铝的浓度尽量控制在1.5%至3%之间，过高或过低都使电解质压降逐渐升高。过热度与压降成正比例关系，生产中为了减少铝的二次溶解，需要在压降与铝二次溶解之间同时兼顾取合理的过热度。合理的极距既能兼顾热平衡又能保障有充分电化学反应高度，避免出现反应不及时而造成沉淀出现。在实际生产过程中还可以通过使用开槽的阳极，以有利于反应所产生的气体通过开槽处及时排出，降低电解质压降。

3.5 减少槽内外母线电压降

在电解槽系列中，各道铝-铝焊接和压接面之间存在许多机械接触，总功耗不可忽略，因此改善导体的接触还可以减少单槽和厂房电压降。

3.6 减小阴极电压降

（1）减少或清除槽底部的沉淀物。（2）改善电解槽的结构，使电解槽的底部对铝液和电解质具有较高的稳定性，良好的耐腐蚀性，较高的导热性和较低的导电性（与碳块相比）。（3）在阴极结构的侧面，适当加宽下边缘，采用双阴极棒增加接触面积，并适当增加阴极棒的高度以減少电流导体。（4）使用更具有良好导电的高石墨阴极碳块。

四、铝电解生产中的能源管理工作

在电解生产中，电解槽中的平均电压降低，作用系数增加，电流效率增加。电解过程的控制得到了加强，平均电压主要从三个方面降低：降低设定电压，降低工作电压和降低效应分摊电压。降低设定电压，以减少主轴连续振动和电压波动的发生。使用导杆清洁器以防止油箱长期处于高压状态。降低线路电压降并保持稳定的分子比。通过保持清洁的电解质并收集碳残留物，缩短阳极效应的持续时间，避免出现突发效应，提高阳极更换速度，增强电解槽的绝缘性，减少热量损失，并提高阳极更换的质量;优化工艺和技术条件，保持炉底部干净，减少无功功率从而降低电解炉底部的压降，改变电解槽的横截面，并使用隔热盖板避免连续热散失。

参考文献：

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（广西百矿铝业有限公司）