鋁電解中陽極效應(yīng)的原因及控制措施分析

張 磊

（沈陽科技學(xué)院，遼寧 沈陽 110167）

陽極效應(yīng)會(huì)對(duì)鋁電解整個(gè)過程造成巨大損失，在生產(chǎn)控制中，相關(guān)人員的工作重點(diǎn)應(yīng)放在陽極效應(yīng)規(guī)避中，這可以在根源處斬?cái)嘈?yīng)帶來的一系列負(fù)面影響。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用中，相關(guān)人員應(yīng)找到影響效應(yīng)熄滅成功率的因素，如此才能使系統(tǒng)的自動(dòng)化控制力度加大，陽極效應(yīng)才能消失在萌芽階段。本文主要針對(duì)鋁電解中陽極效應(yīng)的原因及控制措施進(jìn)行分析。

1 陽極效應(yīng)造成的危害

主要包括以下六方面，其一在陽極效應(yīng)作用下，電解槽的電壓和電流都不再正常，電壓的變化，會(huì)使電流運(yùn)行效率降低，這不利于電能的有效利用，高電壓和過電流會(huì)使環(huán)境溫度升高，長期以往，電能浪費(fèi)量必然增加[1]。其二該效應(yīng)不僅會(huì)浪費(fèi)電能，其對(duì)電壓和電流的影響，會(huì)使整個(gè)供電系統(tǒng)運(yùn)行效率降低，安全系數(shù)降低，當(dāng)鋁廠供電需求和供電質(zhì)量得不到滿足時(shí)，鋁廠的生產(chǎn)效率自然會(huì)下降，如果不控制該效應(yīng)，其造成的危害會(huì)越來越大，并形成惡性循環(huán)。其三陽極效應(yīng)的發(fā)生也會(huì)影響鋁電解速度，在效應(yīng)作用影響最大時(shí)，電解過程會(huì)停止，鋁便無法生產(chǎn)。其四當(dāng)生產(chǎn)效率降低時(shí)，原材料用量會(huì)增大，產(chǎn)出量會(huì)減少，且該效應(yīng)還會(huì)造成氟化鹽的揮發(fā)，這意味著鋁廠需要投入更多的原材料，才會(huì)生產(chǎn)出等量的鋁產(chǎn)品。其五陽極效應(yīng)還會(huì)對(duì)周圍環(huán)境造成負(fù)面影響，勞動(dòng)條件的惡化必然會(huì)對(duì)工作人員身心帶來影響。其六效應(yīng)作用下的最終產(chǎn)品質(zhì)量會(huì)下降，甚至不達(dá)標(biāo)。其七會(huì)使電解槽的能量無法再保持平衡，爐膛也會(huì)發(fā)生質(zhì)損。

2 鋁電解陽極效應(yīng)的原因分析

（1）陽極效應(yīng)機(jī)理。鋁電解環(huán)節(jié)電解對(duì)象主要為冰晶石-氧化鋁熔體，電解槽中的陽極組成物質(zhì)主要為炭，在電解過程中，電解對(duì)象的濃度會(huì)逐漸被稀釋，當(dāng)該濃度過低時(shí)，炭端濕潤度下降，其對(duì)氣體的吸收效率會(huì)提升，炭陽極氣體過多，會(huì)形成阻隔電流的氣體膜，炭本身會(huì)被氣體膜覆蓋，相關(guān)的導(dǎo)電面積便會(huì)減少，這會(huì)使電流密度會(huì)逐漸飆升至最大值，這超出了安全規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值，這便是陽極效應(yīng)產(chǎn)生機(jī)理[2]。

（2）陽極效應(yīng)原因。第一，換極作業(yè)過程中的陽極效應(yīng)。其發(fā)生原因主要包括以下幾方面，其一在電解對(duì)象濃度較低的條件下，發(fā)生換極作業(yè)，陽極被調(diào)開后，其電流密度會(huì)上升，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過電解對(duì)象能承受的最大電流密度，在這種狀態(tài)下，陽極效應(yīng)必然發(fā)生。其二電解質(zhì)不合格，換極作業(yè)便可能對(duì)其造成影響，使其導(dǎo)電面積發(fā)生改變，在陽極調(diào)出后，電解質(zhì)會(huì)回落，此過程便會(huì)造成陽極電流密度變大。第二，出鋁過程中的陽極效應(yīng)。其發(fā)生原因主要包括以下三方面，其一在電解氧化鋁過程中，相關(guān)人員應(yīng)控制鋁液和陽極回落時(shí)間，使其保持同步，該過程需要通過計(jì)算機(jī)設(shè)備調(diào)控槽控機(jī)來達(dá)到目的，但如果槽控機(jī)的出鋁鍵失效或出現(xiàn)滯后現(xiàn)象，兩者則會(huì)先后落下，電解質(zhì)落下時(shí)，陽極還未落下，這會(huì)使陽極的電流密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過電流密度安全標(biāo)準(zhǔn)值，陽極效應(yīng)自然發(fā)生。其二該過程中的過料量是有限的，不能滿足鋁的過量加工，這也會(huì)造成陽極效應(yīng)。其三電解槽中的溫度應(yīng)保持恒溫，溫度參數(shù)才不會(huì)成為陽極效應(yīng)發(fā)生的導(dǎo)火索，在實(shí)際中，電解槽經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)降溫現(xiàn)象，有時(shí)是出鋁散熱引發(fā)，有時(shí)則是冷料加入后導(dǎo)致的降溫。在這樣的環(huán)境中，槽子必然發(fā)生陽極效應(yīng)。第三，減量期發(fā)生的陽極效應(yīng)。發(fā)生原因主要包括以下兩種，其一在電壓擺過程中，材料數(shù)量減少，陽極上升，會(huì)為陽極效應(yīng)發(fā)生創(chuàng)造機(jī)會(huì)，這樣的反應(yīng)時(shí)間過長會(huì)加快陽極效應(yīng)發(fā)生。其二操作不規(guī)范引發(fā)的減量加工現(xiàn)象，欠料加工條件下，氧化鋁濃度必然降低，陽極效應(yīng)會(huì)發(fā)生。第四，增量期發(fā)生的陽極反應(yīng)。發(fā)生原因主要如下，其一下料口堵塞，增量指令失效，氧化鋁濃度無法上升，則會(huì)發(fā)生陽極效應(yīng)。其二同上，下料量減少，也會(huì)發(fā)生陽極效應(yīng)。其三電解質(zhì)雜質(zhì)多，會(huì)影響氧化鋁的溶解程度，雖然電解槽處于增量期，但實(shí)際的氧化鋁濃度依然很低。其四停電狀態(tài)下，槽溫下降。

3 鋁電解中陽極效應(yīng)控制措施

（1）強(qiáng)化自控預(yù)報(bào)系統(tǒng)的建設(shè)。在鋁電解生產(chǎn)過程中，鋁廠會(huì)利用信息技術(shù)編制陽極效應(yīng)預(yù)報(bào)程序和相關(guān)系統(tǒng)，專門用其來監(jiān)督電解質(zhì)中氧化鋁濃度的變化、電解槽電阻變化、電流密度變化等，這些變化有可能會(huì)導(dǎo)致陽極效應(yīng)，相關(guān)人員需要在預(yù)報(bào)程序中設(shè)置臨界值，便可達(dá)到預(yù)報(bào)目的，當(dāng)實(shí)際變化情況遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過臨界安全狀態(tài)時(shí)，預(yù)報(bào)系統(tǒng)會(huì)發(fā)生警報(bào)。預(yù)報(bào)控制系統(tǒng)預(yù)報(bào)的主要參考依據(jù)是氧化鋁濃度和電阻關(guān)系曲線圖。該系統(tǒng)雖能預(yù)報(bào)警示，但依舊存在缺陷，相關(guān)人員還需要優(yōu)化系統(tǒng)，使其能準(zhǔn)確反映氧化鋁變化后的濃度。

（2）構(gòu)建完善的自動(dòng)熄滅控制系統(tǒng)。自動(dòng)熄滅控制系統(tǒng)意在將陽極效應(yīng)扼殺在搖籃里，使其在萌芽狀態(tài)便被消除。所以該系統(tǒng)要比自控預(yù)報(bào)系統(tǒng)優(yōu)良，當(dāng)然其在應(yīng)用中也會(huì)受到一些因素的影響，如加料量、槽況等，相關(guān)人員需要結(jié)合這些因素，合理優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)。相關(guān)系統(tǒng)為ELAS系統(tǒng)，該系統(tǒng)中的自動(dòng)熄滅效應(yīng)控制模塊比較完善，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)陽極效應(yīng)，及時(shí)消除效應(yīng)。在構(gòu)建系統(tǒng)完畢，相關(guān)操作人員還要掌握該系統(tǒng)的操作方法，如實(shí)執(zhí)行自動(dòng)熄滅陽極效應(yīng)步驟。

（3）規(guī)范現(xiàn)場操作。在增量期，工作人員的誤操作會(huì)造成陽極效應(yīng)，在換極過程中，工作人員操作不規(guī)范，導(dǎo)致異常物料落到電解槽，換極精度會(huì)降低，在異常物料打撈過程中，整個(gè)換極空間和時(shí)間會(huì)增多，這反而會(huì)增加陽極效應(yīng)的發(fā)生幾率，相關(guān)人員需要規(guī)范現(xiàn)場操作，減少換極過程中的廢物和時(shí)間。與此同時(shí)，相關(guān)人員還要控制電解槽的溫度，使其一直保持在恒溫狀態(tài)。減量期的下料系統(tǒng)也是重點(diǎn)控制對(duì)象，避免物料堵塞或物料量減少現(xiàn)象，如此電解槽中的氧化鋁濃度才不會(huì)降低。

（4）保證參數(shù)合理有效。下料系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)設(shè)備連接在一起，這方便相關(guān)人員遠(yuǎn)程操控電解鋁過程，相關(guān)人員需要通過設(shè)備，查看下料參數(shù)變化情況，主要對(duì)監(jiān)控曲線進(jìn)行分析，找到其中的異常參數(shù)，下料時(shí)間間隔等參數(shù)還要與實(shí)際需求相適應(yīng)，如此鋁電解過程中的參數(shù)才合理有效。

（5）減少停電次數(shù)。停電時(shí)間過長，也會(huì)導(dǎo)致氧化鋁濃度降低，鋁廠需要做好本廠的供電系統(tǒng)管理工作，保證供電可靠，減少停電次數(shù)，使電能穩(wěn)定，使電解槽中的電壓不會(huì)高升，如此電流密度也不會(huì)飆升，整個(gè)電解槽也會(huì)更加穩(wěn)定。

（6）其他控制措施。首先找到陽極效應(yīng)降低消除條件，如控制氧化鋁質(zhì)量，提升陽極質(zhì)量，使用優(yōu)質(zhì)下料器，提供充足的原料，提升下料均勻度，避免電解質(zhì)萎縮等等，都可以作為控制措施。

4 結(jié)語

在鋁電解陽極效應(yīng)熄滅控制中，相關(guān)人員應(yīng)清楚意識(shí)到陽極效應(yīng)弊大于利，還應(yīng)對(duì)具體的危害性和原因、作用機(jī)理等了如指掌，這些信息是自動(dòng)熄滅控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的參考依據(jù)。在系統(tǒng)應(yīng)用發(fā)展中，相關(guān)人員還應(yīng)致力于系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，集成先進(jìn)技術(shù)來提升系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，使熄滅系統(tǒng)對(duì)陽極效應(yīng)的作用優(yōu)勢更顯著。