200kA大型預(yù)焙鋁電解槽的節(jié)能降耗工藝初探

付瑞云

摘要：在進(jìn)行電解生產(chǎn)的時(shí)候，如何盡可能的提高電流的利用率，減少電耗是鋁企業(yè)一直關(guān)注的問(wèn)題，也是其努力的目標(biāo)，本文就200kA大型預(yù)焙鋁電解槽的節(jié)能降耗工藝略談，以期對(duì)鋁行業(yè)的發(fā)展有所幫助。

關(guān)鍵詞：200kA大型預(yù)焙鋁電解槽 節(jié)能降耗工藝

如今，我國(guó)的鋁工業(yè)正在不斷的發(fā)展壯大，需要更多的能源、資源和更好的環(huán)境，現(xiàn)今，影響鋁工業(yè)發(fā)展的主要因素就是電耗和環(huán)保。根據(jù)相關(guān)研究，200kA大型預(yù)焙鋁電解槽的能量耗損中，熱量耗損占了百分之七十六的比例，電流效率的損失占到了百分之十，電壓降占占到了百分之十三的比重，可見(jiàn)電耗是一個(gè)非常重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

一、降低電解槽的電壓

降低電解槽電壓的方式主要有以下幾種：第一，減小電解質(zhì)的電阻，進(jìn)而增強(qiáng)電解質(zhì)的導(dǎo)電性；第二，減少陽(yáng)極效應(yīng)以分?jǐn)傠妷?；第三，減小陰陽(yáng)兩極的過(guò)電壓；第四，降低爐底的壓降。降低電解槽的電壓實(shí)質(zhì)上是降低電解質(zhì)的電壓，電解質(zhì)的壓降主要與極距、電流的密度、電解質(zhì)的電阻率以及陽(yáng)極被進(jìn)入電解液里面的深度有關(guān)系，電解質(zhì)的壓降在電解槽中的電壓所占比重是百分之三十五到百分之四十，將極距縮短、將電流密度減小、選用具有更強(qiáng)導(dǎo)電性的電解質(zhì)以及增加陽(yáng)極在電解液中的深度都可以有效的降低電解質(zhì)的壓降?？紤]到經(jīng)濟(jì)效益，減小電流的密度和增加陽(yáng)極在電解液中的深度會(huì)影響鋁的產(chǎn)量和質(zhì)量，所以最好的方法是把極距進(jìn)行適當(dāng)?shù)目s短和選取具更強(qiáng)導(dǎo)電性的電解質(zhì)?？s短極距的方法是下調(diào)工作電壓，這會(huì)對(duì)電流的效率以及電解槽的穩(wěn)定造成負(fù)面影響，因此同時(shí)要選取具有更強(qiáng)導(dǎo)電性的電解質(zhì)共同使用，這樣才可以實(shí)現(xiàn)降低電壓而不會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響的目的。

二、減少熱消耗

前文中已經(jīng)提到過(guò)熱消耗占到了百分之七十六的比例，這是相當(dāng)大的比重，其中上部結(jié)構(gòu)的熱消耗占到了大約百分之五十一，氧化鋁的表面和炭表面一共占大約百分之二十八，在上部結(jié)構(gòu)的熱消耗中占百分之五十五的比重，所以減少熱消耗的最有效措施就是降低殼面上的熱消耗，方法就是在更換陽(yáng)極添加保溫料，或者在大面整形的時(shí)候加強(qiáng)進(jìn)行對(duì)殼面的保溫工作，具體的做法是在新極和陽(yáng)極之間加入大約兩百千克至兩百五十千克的極上保溫材料，并且給將陽(yáng)極上的保溫料補(bǔ)足，然后用鋁耙整平，露出二到四厘米的鋼爪窗口，然后蓋好槽蓋板；大面整形的方法是把比較高的老殼敲下去，但是注意不可以破壞側(cè)部，接下來(lái)用碎塊填補(bǔ)好冒火的地方，再加入大約十六厘米到十八厘米的保溫材料，并且在陽(yáng)極外側(cè)邊沿和爐面制造出一個(gè)自然的斜面，來(lái)清除含有二價(jià)鐵離子的化合物。

三、采取措施延長(zhǎng)電解槽的使用壽命

電解槽的陰極上的材料會(huì)與高溫的電解質(zhì)溶體和鋁液進(jìn)行直接的接觸，陰極材料上的內(nèi)襯材料的質(zhì)量和砌筑工藝會(huì)對(duì)電解槽的運(yùn)行效果和使用壽命產(chǎn)生直接的影響，所以選擇內(nèi)襯材料的時(shí)候，要選擇抗腐蝕性強(qiáng)、氧化性強(qiáng)、耐高溫和導(dǎo)電性強(qiáng)的內(nèi)襯材料能夠有效延長(zhǎng)電解槽的使用壽命，另外，盡可能的改善筑爐工藝，優(yōu)化電解技術(shù)都能夠有效提高電流效率、延長(zhǎng)電解槽的使用壽命，具體的做法就是這樣：首先，在底塊中加入大約百分之二十的無(wú)煙煤和石墨，能夠改善底塊的質(zhì)量，原因是它們?cè)阝c的作用下是最穩(wěn)定的；第二，提高槽底的質(zhì)量，尤其是搗固縫的質(zhì)量，這里是電解槽底最弱的地方；第三，保證均勻加熱，在啟動(dòng)之前，槽底的溫度要維持在九百五十度以上，因?yàn)樵谶@樣的溫度條件下，鈉和碳的化合物分解最有效果，可以有效減少鈉對(duì)槽底的負(fù)面影響；第四，啟動(dòng)的時(shí)候，添加一些氟化鈣和氟化鈉，能夠起到浸潤(rùn)槽底的作用；第五，加強(qiáng)槽殼的強(qiáng)度，尤其是上部翼緣位置，還有無(wú)底槽基礎(chǔ)的強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性能，能夠有效減少甚至防止槽底出現(xiàn)變形的情況。

四、提高電解液的導(dǎo)電性

在電解槽里面，總會(huì)不可避免的有碳渣的存在，有的在電解質(zhì)表面，有的在電解質(zhì)內(nèi)部，碳渣主要來(lái)自陽(yáng)極，碳渣越細(xì)，就會(huì)容易留在電解質(zhì)中，對(duì)電解質(zhì)的導(dǎo)電性產(chǎn)生負(fù)面影響。要想提高電解液的導(dǎo)電性，除了選擇更加具有導(dǎo)電性的電解質(zhì)以外，還可以增強(qiáng)現(xiàn)有電解質(zhì)的導(dǎo)電性，提高電解質(zhì)的導(dǎo)電性有以下方法：第一，選擇合適的添加劑，比如氟化鋰和氯化鈉，也可以在裝爐時(shí)添加二氟化鎂和二氟化鈣，其中雖然二氟化鎂對(duì)于熔體的導(dǎo)電性有一定的負(fù)面影響，但是卻可以有效的對(duì)熔體的碳渣起到極大的凈化作用，添加比例是加入0.6噸的二氟化鈣和0.8噸的二氟化鎂；第二，進(jìn)行換極工作時(shí)的操作要更加精細(xì)。在換極之前，要扒好陽(yáng)極表面的浮料，及時(shí)處理掉槽底的沉淀物，如果沉淀物過(guò)多，會(huì)使得電流的分布不均勻，使得電壓升高，而如果清除掉沉淀物，就可以減小電壓的波動(dòng)甚至使電壓不波動(dòng)，進(jìn)而有效的提高生產(chǎn)效率；最后，盡量的將人為的干擾降到最低，絕對(duì)不可以人工操作，采取措施提高智能模糊控制系統(tǒng)的能力和精確度，同時(shí)注意及時(shí)清理碳渣，能夠降低電解質(zhì)的電阻，進(jìn)而增強(qiáng)導(dǎo)電性。

五、提高電流的效率

主要從以下幾個(gè)方面來(lái)提高電流的效率：第一，降低電解質(zhì)的溫度，比如冰晶石的溫度每降低十度，電流效率就會(huì)提高百分之二至百分之三，主要方式為下調(diào)電解質(zhì)的分子比（本質(zhì)是增加三氟化鋁的含量，改變了電解質(zhì)的成分）、降低陽(yáng)極的電流密度；第二，提高電解質(zhì)成分的純度，現(xiàn)在隨著技術(shù)的進(jìn)步，電解質(zhì)的純度已經(jīng)已經(jīng)有了很大程度的提高，從百分之五十至六十提高到了百分之八十甚至九十，穩(wěn)定了電解槽的溫度，極大的提高了經(jīng)濟(jì)效益；第三，保證陽(yáng)極電流的均勻分布，一般情況下，電解槽的極距大約是四厘米到六點(diǎn)五厘米之間，電流的效率會(huì)隨著極距的增加而隨之提高，同時(shí)電壓也會(huì)增加，極距過(guò)小的情況下，會(huì)加快二次反應(yīng)，極大的降低電流的效率，如果電流分布不均勻，會(huì)使得電流效率明顯下降，所以相關(guān)工作人員要及時(shí)進(jìn)行檢查并妥善處理。200kA的大型預(yù)焙鋁電解槽有28個(gè)陽(yáng)極，要想保證極距的一致存在一定的難度，這樣有一些炭塊的極距就會(huì)比較低，導(dǎo)致電流分布不均勻，局部會(huì)發(fā)熱，進(jìn)而降低電流的效率。

六、降低效應(yīng)系數(shù)

絕大部分陽(yáng)極反應(yīng)的發(fā)生都與氧化鋁的濃度有關(guān)，電解槽發(fā)生陽(yáng)極反應(yīng)的主要因素是氧化鋁濃度的偏低或者電解質(zhì)濃度的偏低。氧化鋁濃度的控制是鋁電解生產(chǎn)中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。就目前電解鋁廠的狀況來(lái)看，用到的氧化鋁主要是中間狀的氧化鋁。中間狀的氧化鋁溶解速率比較慢，從而有利于氧化鋁落到爐底形成沉淀，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的積累沉淀之后就會(huì)使得爐底的壓降不斷增加，由于不可以添加氧化鋁的缺失，那么就會(huì)發(fā)生效應(yīng)。

對(duì)氧化鋁濃度的算法進(jìn)行完善之后，我們可以利用“激勵(lì)—反饋”這一機(jī)制來(lái)控制氧化鋁的濃度?！凹?lì)”就是通過(guò)刺激電解槽來(lái)解決電解槽下料采取欠量或過(guò)量的方案，而“反饋”就是槽電阻R的變化情況。欠量和過(guò)量所對(duì)應(yīng)的就是電解槽中氧化鋁濃度的減少和增加。此外，出來(lái)欠量和過(guò)量這兩種變化形式之外，還有呈過(guò)欠量階梯式變化的。這種階梯式的變化要比長(zhǎng)時(shí)間的欠量和過(guò)量要好，這能夠在一定程度上減少電解槽化爐膛的情況出現(xiàn)，并且在臺(tái)階的變化中存在優(yōu)先的機(jī)制，敏感的電解槽臺(tái)階變化比較快，而不敏感的就變化的比較慢。這種階梯式形式的變化可以保證電解槽長(zhǎng)期的處于低濃度，當(dāng)濃度發(fā)生變化后也可以及時(shí)的調(diào)整回來(lái)，最終使得氧化鋁的濃度控制工作順利的進(jìn)行。

七、 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和科技的穩(wěn)定進(jìn)步和快速發(fā)展，我們要充分運(yùn)用現(xiàn)代科技優(yōu)化預(yù)焙鋁工作的進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)降低成本、提高產(chǎn)量、質(zhì)量和工作效率的目的，同時(shí)要以節(jié)能、節(jié)源和減少損耗為原則，總而言之，優(yōu)化工作條件是減少損耗的根本手段。另外，為了達(dá)到節(jié)能降耗的目的，我們也可以充分運(yùn)用創(chuàng)新的先進(jìn)技術(shù)、更為先進(jìn)的配套設(shè)備以及新的焙燒方法等，還有很多的方式方法，本文只是給出了一些比較基礎(chǔ)的改善方法，皆作拋磚引玉之用，以期對(duì)我國(guó)的煉鋁事業(yè)有所幫助，只要用心，就會(huì)找到更好的方法達(dá)到節(jié)能減耗的目的。

參考文獻(xiàn)

[1]劉振乾，曹亞兵，王小康.500kA預(yù)焙鋁電解槽工藝現(xiàn)狀評(píng)述[J].有色金屬（冶煉部分）.2015 （6） ：42-45

[2]宗傳鑫，張紅亮 ， 楊帥 ，大型預(yù)焙鋁電解槽異常槽況下的電場(chǎng)特性研究[J].有色金屬（冶煉部分）.2016 （8） ：16-21

[3]景翠林.大型預(yù)焙鋁電解槽操作精細(xì)化管理探討[J].有色冶金節(jié)能.2015 ， 31 （4） ：17-20

[4]魯文欣.降低180KA預(yù)焙鋁電解槽噸鋁陽(yáng)極毛耗的途徑[J].世界有色金屬.2016 （14） ：58-59

（作者單位：中國(guó)鋁業(yè)股份有限公司蘭州分公司）