淺析210KA電解槽電流效率的影響因素

湯學(xué)智　魏曉玲

摘要：電流效率的提高與控制水平、工藝制度、操作技術(shù)等緊密相關(guān)，更重要的是各技術(shù)條件及操作水平要相互配合，相互適應(yīng)。本文對影響210kA大型預(yù)焙電解槽電流效率的因素進行研究，在此基礎(chǔ)上探討了提高電流效率的途徑。

關(guān)鍵詞：210K電解槽電流效率；變量參數(shù)：影響因素；

1引言

電流效率是鋁電解生產(chǎn)過程中非常重要的一項技術(shù)指標，它在一定程度上反映著鋁電解生產(chǎn)的技術(shù)和管理水平。本文選用210 kA大型預(yù)焙陽極電解槽，經(jīng)過多年實踐研究，重點對影響電流效率的主要因素進行了全面總結(jié)，優(yōu)化了工藝參數(shù)，并顯著提高了鋁電解生產(chǎn)的穩(wěn)定性。

2生產(chǎn)實踐中各參數(shù)對電流效率的影響

2.1爐膛對電流效率的影響作用

為了更準確的測試爐膛對電流效率的影響，選擇電解技術(shù)條件相同僅爐膛有差異的電解槽進行測試，具體條件列表1。

結(jié)果分析：

（1）從上表中可以看出四種爐膛的電流效率偏差2.1-4.3%。a爐膛規(guī)整，電流垂直通過爐底，沒有任何水平電流產(chǎn)生，既減少電流的空耗又不會產(chǎn)生水平磁力，從而使鋁液保持平穩(wěn)狀態(tài)，減少了鋁液因溶解而二次氧化的機會，因而電流效率較高。b爐膛因側(cè)部不完整有水平電流的產(chǎn)生，增加了電流的空耗，同時伸腿較小，陰極鋁液面積較大，增加了鋁離子向電解質(zhì)擴散的機會，也因此增加二次氧化的機會，因而電流效率下降。c爐膛伸腿較大已深入陽極投影下面，使鋁液能夠產(chǎn)生水平電流，增加鋁液的波動，使電流效率降低。但c爐膛縮小了陰極鋁液表面，減少了鋁液的蒸發(fā)和溶解損失有利于電流效率的提高，但總體上電流效率還是下降了。d爐膛在具有c爐膛的特征同時又增加了底部沉淀，這樣又在沉淀處出現(xiàn)了水平電流，再次加劇了鋁液的波動，從而再次加快了鋁液的溶解而增大二次氧化機會，因而電流效率最低。（2）不規(guī)整爐膛增加了水平電流矢量，產(chǎn)生水平磁力，加劇鋁液的波動，增大了鋁向電解質(zhì)溶解的速度，從而增加鋁液的二次反應(yīng)機會，造成電流效率下降。同時說明規(guī)整爐膛能構(gòu)成電解槽優(yōu)良的電流場和電磁場，使鋁液保持平穩(wěn)，電流效率提高，210KA預(yù)焙槽在其它技術(shù)條件相同的情況下，爐膛不規(guī)整比規(guī)整爐膛的電流效率可降低2.1-4.3%。

2.2溫度對電流效率的影響及控制策略

電解溫度是鋁電解生產(chǎn)中一個十分重要的技術(shù)條件，一般認為，電解溫度高則電流效率下降，反之則上升，因此，低溫生產(chǎn)是鋁電解行業(yè)共同追求的目標。隨著溫度的降低，電解質(zhì)中熔鋁量降低，相當于減小了鋁電解熔解度，電流效率得以提高；電解質(zhì)中熔鋁量降低，電解反應(yīng)生成的氣體量減少，對電解質(zhì)的攪拌強度減弱，相當于增加了擴散層厚度提高了電流效率；擴散系數(shù)減小，可以提高電流效率。

相同電流效率的槽爐膛、兩水平、極距等技術(shù)條件相同，惟獨槽溫和分子比不同，不同的槽溫取得相同的電流效率的差異是分子比不同。因分子比相對于槽溫的表現(xiàn)主要是初晶溫度，槽溫=初晶溫度+過熱度，一般分子比高初晶溫度就高，分子比低初晶溫度就低。由于極距相同，表明電解槽的熱收入相同。從以上幾點可以得出：

（1）溫度對電流效率的影響主要是對電解槽過熱度的影響，低槽溫生產(chǎn)在保持適當?shù)倪^熱度條件下，通過降低初晶溫度，即分子比，能達到高電流效率。

（2）電解槽在其它條件相同的情況下，雖槽溫不同，但具有相同的過熱度時，能達到相同的電流效率。

2.3分子比對電流效率的影響

電解質(zhì)分子比對鋁電解生產(chǎn)影響很大，是影響電流效率的重要因素之一。分子比對電流效率的影響，大多數(shù)的研究結(jié)果都傾向于分子比升高，電流效率降低，主要是分子比太高，增大鈉析出的機會，這會使電流效率下降。

在低分子比的鋁電解生產(chǎn)中，分子比對電流效率的影響主要體現(xiàn)它能否及時補充保持電解質(zhì)成分，通過對電解質(zhì)初晶溫度的影響和物料平衡體系的影響，間接影響到電流效率。實踐證明，隨著分子比的降低電流效率有升高趨勢，但當分子比低于2.4時，電流效率反而下降。這主要是由于分子比太低對操作和技術(shù)條件體系提出了更高要求，而現(xiàn)有計算機控制水平和操作水平不能與此相適應(yīng)，分子比偏低的負面作用便表現(xiàn)的比較明顯，電流效率因此而下降。

2.4電流密度對電流效率的影響

鋁電解槽電流密度有陽極電流密度和陰極電流密度之分，其對電流效率的影響機理并不相同。在工業(yè)生產(chǎn)中，陽極電流密度是在設(shè)計電解槽時就確立下來，投入生產(chǎn)后一般沒法改變，只有陰極的電流密度因爐膛的變化可以改變，所以在實際生產(chǎn)中一般通過改變陰極的電流密度來提高電流效率。對于陰極電流密度來說，從工業(yè)生產(chǎn)實踐證明，總的趨勢是電流效率隨著陰極電流密度的增大而提高。這是因為在其它條件不變的情況下，陰極電流密度增大，表示鋁液鏡面面積的相對縮小，鋁的溶解總量減少，電流效率提高。

所綜上所述，在陽極電流密度一定的情況下，縮小陰極面積，建立規(guī)整穩(wěn)定的槽膛內(nèi)型，提高陰極電流密度，可以提高電流效率。

2.5鋁水平和電解質(zhì)水平對電流效率的影響

鋁水平對電流效率的影響：鋁水平的提高，有利于電流效率的提高。但是，鋁水平過高會使槽側(cè)部通過鋁液層的散熱量增大，容易造成槽底生產(chǎn)沉淀，嚴重時產(chǎn)生爐底結(jié)殼，不利于提高電流效率。因此，各種槽型根據(jù)其熱平衡應(yīng)有一個最佳鋁水平高度，只有這樣才能保持電解槽運行穩(wěn)定，獲得最高的電流效率。經(jīng)工業(yè)實踐210KA電解槽內(nèi)的鋁水平一般保持在20-22 cm之間，能夠獲得最為理想的電流效率。電解質(zhì)水平素有電解槽“血液”之稱。電解質(zhì)水平高，則可以保證氧化鋁在沉降過程中的較好溶解，防止爐底造成沉淀，同時熱穩(wěn)定性好，可使電解槽在較低溫度下穩(wěn)定運行，提高電流效率。但是，電解質(zhì)水平過高，一方面不利于陽極氣體的排出，容易化上口，造成氧化鋁升高，影響電流效率；另一方面不利于節(jié)能降耗。目前，210KA大型預(yù)焙槽的電解質(zhì)水平在18-20 cm之間為宜。

2.6氧化鋁濃度對電流效率的影響

氧化鋁濃度對電流效率呈“U”形曲線的影響已被業(yè)界人士認同。增加A1203含量，電解質(zhì)溫度會降低，電流效率會提高；減小A1203含量，會使槽電阻減小，使極距提高，電流效率亦提高，實際生產(chǎn)中后一種在中心自動下料的智能模糊控制下，通過欠量與過量下料交叉進行，電解質(zhì)內(nèi)的AL203濃度和槽電阻均趨于穩(wěn)定，在生產(chǎn)實踐中我們特別重視氧化鋁濃度的控制，我們傾向于減小氧化鋁濃度提高電流效率的見解，低氧化鋁濃度有利于爐底的控制，電解質(zhì)流動性好，氧化鋁能迅速溶解，分離碳渣較好，電解質(zhì)清亮干凈，氧化鋁濃度均勻，電阻穩(wěn)定，異常電壓小，槽電壓不高利于控制的優(yōu)點，對實際生產(chǎn)很有利，通?？梢酝ㄟ^歷史曲線、日報表上的“過量下料”與“欠量下料”、效應(yīng)等待時間長短和化驗分析結(jié)果來掌握氧化鋁濃度。某鋁廠210KA的氧化鋁濃度控制在1.5%-2.5%之間。

3鋁電解過程中操作管理對電流效率的影響

電解槽的各項技術(shù)條件選定后，運行中必須一次建立起穩(wěn)定的熱平衡和物料平衡，使技術(shù)條件保持平穩(wěn)，這是確保電解槽運行的基本條件。具有良好技術(shù)條件的槽子，往往自平衡能力強，抗病能力強。這樣的電解槽能忍耐短時間一定程度的干擾因素。技術(shù)條件搭配不合理的槽子，自平衡能力弱，槽子變得非常敏感，小的干擾也會使槽子發(fā)病。鋁電解生產(chǎn)中，如果各項技術(shù)條件保持不穩(wěn)，電解槽運行在波動之中，自然會降低電流效率，這就要求人們必須加強管理，及時排除各項干擾因素，使電解槽始終在最佳技術(shù)條件下運行，才能獲得較高的電流效率。

電解槽的各項作業(yè)質(zhì)量，不僅影響槽子的運行狀況，而且直接涉及到電流效率。比如換陽極，若更換質(zhì)量不好，新極設(shè)置偏低，會造成局部過熱，增大鋁的溶解損失，同時引起電壓擺，造成電流空耗，嚴重降低電流效率；若陽極設(shè)置偏高，新極長時間不導(dǎo)電，一方面增大其它陽極的電流負荷，減少陽極的有效工作面，降低電流效率，另一方面引起局部過冷，影響熱平衡，破壞爐膛，可能導(dǎo)致病槽，降低電流效率。出鋁量不準確，會直接破壞電解槽的技術(shù)條件，引起運行不穩(wěn)，降低電流效率。其他各項作業(yè)質(zhì)量不好，都會使電解槽產(chǎn)生波動，降低電流效率。因此，各項操作必須嚴格按基準執(zhí)行，確保操作質(zhì)量，保證電解槽平穩(wěn)運行，方可獲得較高的電流效率。

4結(jié)語

從實踐結(jié)果可知，提高鋁電解電流效率最有效方法是合理配置和控制技術(shù)參數(shù)，選擇最佳電解質(zhì)組成、電解溫度和氧化鋁濃度、保持合理的鋁液水平和電解質(zhì)水平。同時，平穩(wěn)生產(chǎn)是電解槽取得較好電流效率的基本條件，即建立較好的熱平衡和物料平衡，從而提高電流效率、降低能耗。在已經(jīng)設(shè)計好的電解槽上，除了合理的配置和優(yōu)化技術(shù)條件以外，加強操作管理，建立良好的制度，提高員工綜合技術(shù)水平，對提高電流效率有顯著效果的。