淺析200kA預(yù)焙槽低電壓下提高電流效率的措施

呂文斌

（中國(guó)鋁業(yè)青海分公司，青海 西寧 810108）

0 前言

某公司投產(chǎn)至今已有30年，一直進(jìn)行電流效率的研究，從理論到實(shí)踐都有了很大的進(jìn)展。近年來(lái)，200kA預(yù)焙槽實(shí)施了低電壓生產(chǎn)技術(shù)。但推行低電壓生產(chǎn)不久，發(fā)現(xiàn)電解槽電流效率較推行前降低幅度較大，為此，該公司召開(kāi)了班組長(zhǎng)和專業(yè)技術(shù)人員研討會(huì)，決定攻關(guān)200kA預(yù)焙槽低電壓生產(chǎn)下提高電流效率的措施。

1 電流效率低的原因分析

電流效率低主要是電解電流通過(guò)了陰極，應(yīng)該產(chǎn)鋁，但實(shí)際沒(méi)有產(chǎn)鋁。電流效率低原因有以下幾項(xiàng)：

1.1 鋁的二次反應(yīng)損失

因推行了低電壓生產(chǎn)技術(shù)前期，電解槽熱平衡不好，供料間隔設(shè)定不合理等因素，造成槽溫較高，陽(yáng)極效應(yīng)系數(shù)加大，部分槽陽(yáng)極效應(yīng)系數(shù)達(dá)到0.2次/槽·日以上，導(dǎo)致電解槽內(nèi)CO2(氣)濃度增大，同時(shí)因陽(yáng)極效應(yīng)系數(shù)升高，電解槽內(nèi)下層鋁液翻滾到電解質(zhì)內(nèi)到達(dá)陽(yáng)極表面機(jī)會(huì)加大，從而為鋁的二次反應(yīng)提供了良好的反應(yīng)條件。

1.2 鈉的析出

鈉的析出反應(yīng)式為：6Na(溶)+3CO2(氣)+2AlF3(溶)=6NaF(溶)+Al2O3+3CO(氣)。

1.3 Al4C3的生成

反應(yīng)式為：4Al(溶)+3C(固)=Al4C3(固)，因推行了低電壓生產(chǎn)技術(shù)和強(qiáng)化電流降電壓技術(shù)，電解槽陰極塊為201項(xiàng)目陰極塊，陰極生產(chǎn)廠家生產(chǎn)該種陰極塊時(shí)間不久，經(jīng)驗(yàn)不足，有部分陰極塊濕潤(rùn)型不好，質(zhì)量欠佳，加速了Al4C3的生成。

1.4 雜質(zhì)引起的損失

實(shí)踐證明電解質(zhì)中 Fe、P、V、Si、Zn、Ti和 Ga 等雜質(zhì)的陽(yáng)離子每增加0.01%，電流效率降低0.1～0.7%。因某公司推行了低電壓生產(chǎn)技術(shù)和強(qiáng)化電流降電壓技術(shù)期間，為降低成本，為電解槽購(gòu)進(jìn)了高硫焦含量較大的陽(yáng)極炭塊，因高硫焦雜質(zhì)含量較高，一定程度影響了電流效率。

1.5 陰極和陽(yáng)極之間的瞬時(shí)短路

因操作不慎，陰極和陽(yáng)極之間的發(fā)生瞬時(shí)短路，主要是在更換陽(yáng)極或出鋁時(shí)，因操作不慎使陽(yáng)極同鋁液接觸造成瞬時(shí)短路而引起的電流損失。

2 提高電流效率的措施

2.1 強(qiáng)化電流

某公司200kA電解槽設(shè)計(jì)陽(yáng)極電流密度0.7215A/cm2，經(jīng)研究院和工程技術(shù)人員詳細(xì)計(jì)算，各母線足夠承載強(qiáng)化后電流的容量，為此某公司決定將系列電流從200kA強(qiáng)化至215kA，215kA時(shí)陽(yáng)極電流密度0.7756A/cm2，仍低于國(guó)際國(guó)內(nèi)先進(jìn)電解槽陽(yáng)極電流密度。

2.2 規(guī)整爐膛內(nèi)形

電解槽具有良好的爐膛內(nèi)形，它可以減少水平磁場(chǎng)，收縮鋁液鏡面沉積在爐膛內(nèi)壁上的，提高陰極電流密度，降低鋁液波動(dòng)，同時(shí)較厚的爐幫可以減少熱損失，從而提高電流效率。在實(shí)施低電壓初期，形成較厚的爐幫，但部分槽伸腿增長(zhǎng)，尤其是角部陽(yáng)極伸腿過(guò)分增長(zhǎng)，導(dǎo)致?tīng)t膛畸形，使電流效率下降。為此采取措施有：一是，每周處理角部陽(yáng)極伸腿；二是，充分利用換極機(jī)會(huì)，打撈好炭渣，并處理電解槽畸形爐膛。

2.3 降低陽(yáng)極效應(yīng)系數(shù)

2.3.1 嚴(yán)格執(zhí)行殼頭包、打撈炭渣和大堆料檢查制度，及時(shí)消除殼頭包，保證氧化鋁供料的暢通，以降低由于物料的卡堵而造成的陽(yáng)極效應(yīng)系數(shù)升高；

2.3.2 規(guī)范換極作業(yè)，操作前必須扒干凈殘極上的浮料，減少物料的無(wú)序進(jìn)入；

2.3.3 堅(jiān)持電解槽日評(píng)判制度，開(kāi)展好電解槽橫班對(duì)標(biāo)活動(dòng)；

2.3.4 加強(qiáng)供料管理，凈化車間每班深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢查，及時(shí)了解供料及煙氣凈化情況，防止堵料或下料器故障發(fā)生的效應(yīng)；

2.3.5 加強(qiáng)電解槽下料點(diǎn)的稱量和檢查，杜絕大堆料造成的電解槽缺料而發(fā)生陽(yáng)極效應(yīng)；

2.3.6 電解計(jì)算機(jī)站對(duì)異常槽進(jìn)行電解槽下料異常通報(bào)，提醒電解工及時(shí)處理異常情況。

圖1 低電壓推行初期電解槽爐膛

圖2 采取措施后標(biāo)準(zhǔn)爐膛

3 優(yōu)化工藝參數(shù)

3.1 保持合理的電解溫度

實(shí)踐證明電解溫度每降低10℃，電流效率能提高1.5-1.8%。因此將電解溫度控制在920-930℃的范圍內(nèi)，能獲得較高的電流效率。

3.2 保持合理兩水平

電解槽內(nèi)鋁水平要設(shè)定合理，過(guò)高可造成爐底偏冷，太低易造成槽溫上升，影響電流效率。因此，不同的電解槽應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置相應(yīng)的鋁液高度，不可因?yàn)閱渭兊臑榱私档碗妷?，減少針振穩(wěn)定磁場(chǎng)而大幅度提高鋁液高度。建議實(shí)施低電壓技術(shù)電解槽可采用19-21cm鋁液高度為宜，電解質(zhì)水平保持24-26.5cm。

3.3 電解質(zhì)成份調(diào)整

表1 電解質(zhì)體系主要成分及調(diào)整目標(biāo)

3.4 其他提高電流效率的措施

圖3 200kA電解系列電流效率完成圖

3.4.1 狠抓換極操作質(zhì)量，卡具壓降要求控制在5mv以內(nèi)；

3.4.2 為確保新極16小時(shí)電流分布合格率達(dá)標(biāo)，對(duì)要換的陽(yáng)極提前預(yù)熱，增加換極后陽(yáng)極的及時(shí)導(dǎo)電性；

3.4.3 及時(shí)維修端頭破損的槽蓋板，減少漏電；

3.4.4 利用每次停電機(jī)會(huì)處理電解槽四周的雜物，減少漏電；

3.4.5 使用高質(zhì)量的陽(yáng)極塊和陰極塊，減少炭渣量，提高陽(yáng)極、電解質(zhì)和陰極的電導(dǎo)率。

4 取得效果

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

電流效率從2012年的90.71%提高到2013年上半年91.21%，電流效率較實(shí)施前提高了0.5%，圖3是電流效率完成圖，平均槽電壓從2012年3.958V降為2013年上半年3.942V，下降了0.116V。

該系列有278臺(tái)槽生產(chǎn)槽，電流強(qiáng)度強(qiáng)化至215kA，每度電費(fèi)0.34元／kWh，實(shí)施前噸鋁直流電耗13134kWh/t，實(shí)施后噸鋁直流電耗12954kWh/t，則該系列年節(jié)約電耗效益為：

年節(jié)約電耗效益=(實(shí)施前噸鋁直流電耗－實(shí)施后噸鋁直流電耗)×年產(chǎn)量×電費(fèi)=(13134kWh/t－12954kWh/t)×158900t／年×0.34 元 ／kWh=972萬(wàn)元／年。

系列年增加產(chǎn)量=(實(shí)施后效率－實(shí)施前效率)×0.3356×24×215KA×278臺(tái)×365d×10-3=878.5噸。

4.2 社會(huì)效益

項(xiàng)目實(shí)施后電解系列陽(yáng)極效應(yīng)系數(shù)由0.15次/槽·日降至0.07次/槽·日以下，效應(yīng)持續(xù)時(shí)間由3-4分鐘降至2-3分鐘。因效應(yīng)系數(shù)和效應(yīng)持續(xù)時(shí)間的降低，減少了CO2、CO、CF4、C2F6等溫室氣體的排放量，同時(shí)節(jié)約了電能，為節(jié)能減排做出了貢獻(xiàn)。

[1]邱竹賢.預(yù)焙槽煉鋁[M].冶金工業(yè)出版社，2005.

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