鋁電解生產(chǎn)的電壓管理

黃其輝

摘 要： 就目前國(guó)際工業(yè)生產(chǎn)的原鋁主要是通過(guò)在高溫電解槽里通入直流電的電解方式獲取，電耗是占噸鋁成本一項(xiàng)非常重要的生產(chǎn)指標(biāo)。在生產(chǎn)中直流電流一般保持不變，對(duì)電壓的管理則成了控制電耗最重要最易于直接實(shí)現(xiàn)的因素之一。因而有必要人為對(duì)槽電壓進(jìn)行管理是科學(xué)控制生產(chǎn)成本的必要課題。在推廣新工藝和新技術(shù)的過(guò)程中總結(jié)電解槽管理技術(shù)，結(jié)合電解槽管理，根據(jù)不同制造商的管理規(guī)程，對(duì)在鋁電解生產(chǎn)過(guò)程中形成電壓偏差的原因進(jìn)行詳細(xì)研究并采取相應(yīng)的技術(shù)措施進(jìn)行處置，因此電壓是鋁電解生產(chǎn)過(guò)程中電耗管理的關(guān)鍵點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：鋁電解生產(chǎn);電壓偏差;低電壓管理

為了使在鋁電解生產(chǎn)中獲得良好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)高效率，低電耗的鋁電解生產(chǎn)，鋁電解人進(jìn)行了長(zhǎng)期的探索和努力。大多數(shù)電解鋁企業(yè)的生產(chǎn)管理部門(mén)會(huì)根據(jù)自身情況發(fā)布中短期生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)任務(wù)，經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，并進(jìn)行嚴(yán)格的考核。

一、電壓偏差

許多因素影響鋁電解生產(chǎn)的電壓指標(biāo)：可以控制的主要項(xiàng)目是電解溫度、鋁水平、電解質(zhì)含量、分子比、槽工作電壓、陽(yáng)極效應(yīng)系數(shù)以及持續(xù)時(shí)間、氧化鋁濃度（含局部濃度差異引起的偏流電解槽自動(dòng)控制系統(tǒng)上抬工作電壓AU）、陽(yáng)極面上保溫料高度和其他技術(shù)條件。只要上述技術(shù)條件合理嚴(yán)格控制，縮短換極操作時(shí)間，自然就會(huì)取得良好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。

鋁電解生產(chǎn)的技術(shù)條件是一個(gè)有機(jī)的整體，是變量的總和。進(jìn)行調(diào)整時(shí)，需要在更改之間找到平衡。沒(méi)有例程可以遵循，不能復(fù)制，甚至不能說(shuō)“所有條件都可以調(diào)整為一個(gè)大小”，并且必須遵循實(shí)際條件。

在鋁電解生產(chǎn)過(guò)程中，負(fù)責(zé)人必須首先適當(dāng)調(diào)整電解槽各部分的壓降，電

解槽的實(shí)際工作狀態(tài)等，并合理調(diào)整電壓以使電解槽在正常工作。一般根據(jù)設(shè)定的電壓，在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行計(jì)算，并且可以通過(guò)計(jì)算機(jī)確定電解槽的實(shí)際電壓。在實(shí)際生產(chǎn)中，設(shè)定電壓和工作電壓不一定相同，工作電壓和設(shè)定電壓之間通常存在一定的差距。電壓偏差的大小可以反映電解槽生產(chǎn)狀態(tài)的穩(wěn)定性，并且如果電壓偏差相對(duì)小，則電解槽的穩(wěn)定性高。經(jīng)分析產(chǎn)生電壓偏差有如下原因：

1.1 電解槽保溫性差

當(dāng)電解槽處于低工作電壓生產(chǎn)狀態(tài)時(shí)，會(huì)因熱平衡得不到保證電解槽的溫度跟著下降，電解質(zhì)收縮，顏色加深，粘度增加，流動(dòng)性降低，并且陽(yáng)極氣體的排出變得困難，處于冷行程的槽工作電壓都會(huì)由于電解質(zhì)電阻在增大而增大壓降。電解槽各部分的隔熱性能（例如，包括槽罩在內(nèi)的極上保溫、槽側(cè)壁、陰極內(nèi)襯的過(guò)度散熱而得不到有效保溫）將大大降低，從而導(dǎo)致電解槽產(chǎn)生的熱量不足。在這方面，為了有效地維持電解槽的熱平衡，需要增加電解槽的工作電壓以實(shí)現(xiàn)熱再生效果并抑制電解槽的冷行程運(yùn)行。

1.2 技術(shù)條件不合理

槽溫、兩水平高度、分子比、效應(yīng)系數(shù)、下料間隔和濃度、以及保溫等技術(shù)條件在一定狀態(tài)下都需要對(duì)應(yīng)的槽工作電壓進(jìn)行維系。當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間打開(kāi)工作面或者陽(yáng)極上保溫料過(guò)低以及電解槽的工作電壓降低時(shí)，電解槽的熱收入變得不足，為了不破壞電解槽的熱平衡，必須根據(jù)減小的電壓范圍來(lái)調(diào)整電解槽的技術(shù)操作條件。如果鋁水位設(shè)置過(guò)高，則電解槽會(huì)散發(fā)大量熱量，從而導(dǎo)致電解質(zhì)收縮，在這種情況下，電解槽自動(dòng)控制系統(tǒng)的節(jié)能自平衡功能會(huì)增加電壓，從而導(dǎo)致電壓偏差。在下料間隔不合理而造成的氧化鋁濃度偏高或者偏低不在合理范圍內(nèi)時(shí)，電解質(zhì)電阻都會(huì)相應(yīng)偏高從而使工作電壓偏高。

1.3 病槽的出現(xiàn)

當(dāng)電解槽出現(xiàn)病槽時(shí)，如針針、總體或者局部濃度不合理、爐底沉淀（結(jié)殼）等，在處理病槽時(shí)電解槽自動(dòng)控制系統(tǒng)會(huì)根據(jù)人為設(shè)定的偏高電壓上調(diào)槽工作電壓而形成的電壓偏差。

二、電壓的管理

電壓是電路中自由電荷定向運(yùn)動(dòng)以形成電流的原因。電解槽的平均電壓包括偏置電壓降，陽(yáng)極電壓降，陰極電壓降，電解質(zhì)電壓降，電解槽中的總線電壓降，電解槽外部的總線電壓降以及影響電壓降。通過(guò)減少跨每個(gè)組件的電壓降，可以降低電解槽的平均工作電壓。

三、電解鋁生產(chǎn)中的電壓管理措施

3.1低電壓技術(shù)

低壓技術(shù)主要包括以下幾個(gè)方面：（1）陰極節(jié)能技術(shù)的生產(chǎn)應(yīng)用。陰極節(jié)能技術(shù)是使用一種特殊形狀的陰極，陰極上帶有凸臺(tái)。在正常生產(chǎn)中，陰極的突臺(tái)將阻止熔融鋁的流動(dòng)，減少熔融鋁在槽中的界面變形，減少熔融鋁的流動(dòng)，縮短磁極間距并降低槽的工作電壓。 （2）節(jié)氣門(mén)節(jié)能技術(shù)。折流板的節(jié)能技術(shù)是將折流板放入普通的生產(chǎn)槽中，以有效改善電解槽中熔融鋁界面的變形，減少熔融鋁的流量，然后減少電解極，減少電解質(zhì)電壓。擋板節(jié)能技術(shù)是將特殊類型的陰極技術(shù)臨時(shí)應(yīng)用到常規(guī)槽中。 （3）雙陰極鋼筋節(jié)能技術(shù)。雙陰極鋼筋的節(jié)能技術(shù)是將通槽打開(kāi)到陰極鋼筋的適當(dāng)位置，并在槽中填充絕緣材料。凹槽下方的鋼筋也被絕緣，這可以增加陰極鋼與碳中心中的碳之間的接觸面積。由于電阻低，可以使凹槽的中部和陰極的鋼條更加導(dǎo)電，從而電流水平地流過(guò)凹槽的中部和側(cè)面的熔融鋁層，其目的減小磁場(chǎng)的作用得以實(shí)現(xiàn)。

3.2 降低陽(yáng)極電壓降

陽(yáng)極電壓降和水平母線與導(dǎo)桿壓降、陽(yáng)極碳?jí)K本身的比電阻和鋼爪-碳孔磷生鐵接觸電壓降有關(guān)。光滑平整的水平母線和導(dǎo)桿壓接面、陽(yáng)極焙燒質(zhì)量、以及組裝澆筑磷鐵碳孔質(zhì)量等是利于降低其壓降的日?？煽卮胧?。

3.3 降低極化電壓

降低偏置電壓是克服了由電解產(chǎn)物形成的原電解槽的電動(dòng)勢(shì)并使氧化鋁分解的施加電壓。在工業(yè)中，這主要涉及降低陽(yáng)極電流密度（主要是增加橫截面積）、控制電解質(zhì)中氧化鋁的合適濃度以及在生產(chǎn)過(guò)程中添加CaF2、AIF3和其他材料可以降低陽(yáng)極過(guò)電壓，從而降低偏置電壓。

3.4減小電解質(zhì)電壓降

電解質(zhì)壓降受電解質(zhì)成分、過(guò)熱度和極距變化等因素變化而變化，極距是其一大重要調(diào)整對(duì)象。保持合理的電解質(zhì)成分，尤其是氧化鋁的濃度盡量控制在1.5%至3%之間，過(guò)高或過(guò)低都使電解質(zhì)壓降逐漸升高。過(guò)熱度與壓降成正比例關(guān)系，生產(chǎn)中為了減少鋁的二次溶解，需要在壓降與鋁二次溶解之間同時(shí)兼顧取合理的過(guò)熱度。合理的極距既能兼顧熱平衡又能保障有充分電化學(xué)反應(yīng)高度，避免出現(xiàn)反應(yīng)不及時(shí)而造成沉淀出現(xiàn)。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中還可以通過(guò)使用開(kāi)槽的陽(yáng)極，以有利于反應(yīng)所產(chǎn)生的氣體通過(guò)開(kāi)槽處及時(shí)排出，降低電解質(zhì)壓降。

3.5 減少槽內(nèi)外母線電壓降

在電解槽系列中，各道鋁-鋁焊接和壓接面之間存在許多機(jī)械接觸，總功耗不可忽略，因此改善導(dǎo)體的接觸還可以減少單槽和廠房電壓降。

3.6 減小陰極電壓降

（1）減少或清除槽底部的沉淀物。（2）改善電解槽的結(jié)構(gòu)，使電解槽的底部對(duì)鋁液和電解質(zhì)具有較高的穩(wěn)定性，良好的耐腐蝕性，較高的導(dǎo)熱性和較低的導(dǎo)電性（與碳?jí)K相比）。（3）在陰極結(jié)構(gòu)的側(cè)面，適當(dāng)加寬下邊緣，采用雙陰極棒增加接觸面積，并適當(dāng)增加陰極棒的高度以減少電流導(dǎo)體。（4）使用更具有良好導(dǎo)電的高石墨陰極碳?jí)K。

四、鋁電解生產(chǎn)中的能源管理工作

在電解生產(chǎn)中，電解槽中的平均電壓降低，作用系數(shù)增加，電流效率增加。電解過(guò)程的控制得到了加強(qiáng)，平均電壓主要從三個(gè)方面降低：降低設(shè)定電壓，降低工作電壓和降低效應(yīng)分?jǐn)傠妷?。降低設(shè)定電壓，以減少主軸連續(xù)振動(dòng)和電壓波動(dòng)的發(fā)生。使用導(dǎo)桿清潔器以防止油箱長(zhǎng)期處于高壓狀態(tài)。降低線路電壓降并保持穩(wěn)定的分子比。通過(guò)保持清潔的電解質(zhì)并收集碳?xì)埩粑?，縮短陽(yáng)極效應(yīng)的持續(xù)時(shí)間，避免出現(xiàn)突發(fā)效應(yīng)，提高陽(yáng)極更換速度，增強(qiáng)電解槽的絕緣性，減少熱量損失，并提高陽(yáng)極更換的質(zhì)量;優(yōu)化工藝和技術(shù)條件，保持爐底部干凈，減少無(wú)功功率從而降低電解爐底部的壓降，改變電解槽的橫截面，并使用隔熱蓋板避免連續(xù)熱散失。

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（廣西百礦鋁業(yè)有限公司）