降低大型鋁電解槽壓降的技術應用探討

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201714198

摘要：在鋁電解槽中，槽電壓是十分重要的參數(shù)，而槽電壓的降低已經(jīng)成為鋁電解生產(chǎn)過程中實現(xiàn)節(jié)能的有效途徑。文章以A電鋁有限公司為例，根據(jù)其現(xiàn)有的槽形，闡述了相關的技術應用，以期有所幫助。

關鍵詞：大型鋁電解；槽電壓；降低；技術；應用

在鋁行業(yè)長期發(fā)展的而過程中，我國已經(jīng)成為全球年產(chǎn)鋁量最多的國家，然而，在噸鋁能耗降低方面卻十分落后，尚未達到國外的先進水平。要節(jié)省生產(chǎn)成本并減少噸鋁的能源消耗，才能夠確保鋁行業(yè)的有效發(fā)展。槽電壓降低與電流效率提高已經(jīng)成為鋁電解節(jié)能技術的重要內容。

一、氣泡壓降降低開槽技術研究

陽極表面所形成的氣泡會使得電解槽內部的電解質電阻逐漸增加，而其額外電阻則會引發(fā)電解質的附加壓降，這就是所謂的氣泡壓降。在我國大量實驗研究過程中發(fā)現(xiàn)，陽極之上開槽能夠進一步推動陽極氣體排放，使得氣泡壓降得以降低。目前，我國相對成熟的開槽方式主要就是炭塊底部開槽，而槽數(shù)則控制在兩條。

A電鋁有限公司對底部開槽這一方法進行了運用，并且在寬度方向兩個三等分的位置開出了兩條沿著長軸方向的矩形槽。通過對專業(yè)的測量工具進行運用，對陽極導桿底部到陽極底部的電壓降進行有效地測量。

實踐過程中，選擇使用的是公司內部的電解槽，展開了開槽陽極和未開槽陽極的壓降對比試驗，為保證對比的價值，電解槽內部沒有開槽陽極與開槽陽極間的數(shù)量應一致，而且炭塊消耗程度也要相同。

表 開槽與未開槽陽極電壓的對比表

通過表中的數(shù)據(jù)信息可以了解到，在未開槽陽極壓降超過320mV的情況下，開槽陽極壓降要遠遠低于未開槽陽極。而在陽極的消耗量逐漸增加的情況下，陽極的開槽部分會首先被消耗，而在開槽陽極開槽部分被全部消耗后，使得開槽與未開槽陽極的壓降不再存在差異。

二、電解質壓降的降低技術解構

可以將鋁電解極距細化成三部分，即氣泡層、無效極距層以及有效極距層，如圖所示：

圖 極距的三層構成圖

對于有效極距層而言，其中主要的內容就是電解槽本體的研究以及設計，而鋁廠的參與并不常見。因而，鋁廠要想降低極距就必須要深入研究無效極距降低的相關性問題。現(xiàn)階段，在無效極距降低方面的研究思路可以細化成兩部分：第一，被動阻流技術；第二，主動降低電磁力技術。

其中，對于被動阻流技術來說，主要地對鋁液以及電解質流態(tài)進行有效地改變，使得熔體流速隨之下降，保證鋁液表層的界面波幅逐漸下降[2]。而在工業(yè)領域中，曲面陰極與阻流塊是十分常用的措施。通過對這種方法的運用，能夠對電解槽的磁流體穩(wěn)定程度進行有效地改善，而且還能夠使得電解槽內部的氧化鋁溶解與擴散現(xiàn)象得以緩解，同時實現(xiàn)電流效率的降低，形成了一定的負面影響，因而在鋁廠中并不被認可與接收。

需要注意的是，鋁液界面波動的主要原因就是電磁力，而對于主動降低電磁力技術而言，則是對于垂直方向磁場與水平方向電流的降低實現(xiàn)電磁力的下降，以保證無效極距降低效果。而磁場的主要來源就是槽周邊的母線和始終貫穿在電解槽內部的電流。根據(jù)以往研究與探討，利用母線的補償設計能夠使槽內的垂直方向磁場不斷下降，然而在生產(chǎn)實踐過程當中，主要是水平方向電流降低的方式來達到極距降低的目的。這與前一種研究的思路進行對比，后者不會對電解槽操作界面進行改變，因而在鋁廠中較為適用。

現(xiàn)階段，工業(yè)領域所采用的，對水平電流進行抑制的方法就是陰極炭塊和鋼棒特殊絕緣等多種方式。而A電鋁有限公司則選擇使用的是陰極鋼棒開縫這種方式。在水平電流抑制高度較高的情況下，平均槽電壓的側部電流就會向著中間的位置集中，進而形成電流回流，且局部區(qū)域會出現(xiàn)過流的情況。而在水平電流抑制高度過低的情況下，那么側部的電流則會相對集中，電解槽的穩(wěn)定程度下降。為此，必須要在其抑制高度適中的情況下，才能夠保證陰極內部的電流分布是均勻的。

三、結語

綜上所述，文章通過兩種降壓技術對大型鋁電解槽壓降問題進行了研究與探討，并且實際效果明顯，因而具有一定的推廣應用價值。

參考文獻：

[1]宋祥君，桂衛(wèi)華，吳保安，等.大型預焙鋁電解槽低壓生產(chǎn)理論研究及實踐[J].中國科技博覽，2010（16）：7173.

[2]李本現(xiàn)，胡廣謙，牛小龍，等.淺談降低大型電解槽爐底壓降的途徑[C].2013河南有色金屬學術年會論文集，2013：15.

作者簡介：畢建輝（1986），男，漢族，河南新蔡人，本科，助理工程師。