影響鋁電解槽下料次數(shù)的幾個(gè)因素

杜曉軍

（山西兆豐鋁電有限責(zé)任公司電解鋁分公司， 山西 陽泉 045000）

現(xiàn)代預(yù)焙槽大多采用中間點(diǎn)式下料添加氧化鋁技術(shù)，該技術(shù)借助于監(jiān)測電解槽的準(zhǔn)電阻來實(shí)現(xiàn)控制，其基本原理是準(zhǔn)電阻隨氧化鋁濃度的變化而改變。氧化鋁的加料方式按照加料速率基本分為三種，一種是欠加料，一種是過加料，還有一種是正常加料，分別以每分鐘添加的氧化鋁質(zhì)量作為區(qū)分，過、欠加工以一定的時(shí)間間隔進(jìn)行周期性轉(zhuǎn)換，以此維持電解槽連續(xù)生產(chǎn)所需的氧化鋁濃度控制在（2±0.5）%之間。其中，當(dāng)槽內(nèi)氧化鋁濃度下降至計(jì)算機(jī)設(shè)定的下限值1%時(shí)，電解槽即可能因缺料導(dǎo)致發(fā)生陽極效應(yīng)，單槽電壓立即上升至28～30 V 左右，使電解質(zhì)溫度升高，同時(shí)增加在槽鋁的損失，增加直流電消耗；若槽內(nèi)氧化鋁濃度長時(shí)間高于正常值，則多余的氧化鋁會(huì)以沉淀的形式沉入槽底，引起反應(yīng)層電阻升高，氧化鋁單耗偏高，爐底壓降升高等問題，導(dǎo)致生產(chǎn)成本上升。因此，氧化鋁濃度控制對鋁電解生產(chǎn)十分重要。

由于工況條件下無法直接實(shí)時(shí)測定槽內(nèi)氧化鋁濃度值，生產(chǎn)工藝管控人員都是通過監(jiān)控計(jì)算機(jī)統(tǒng)計(jì)的氧化鋁下料次數(shù)和槽電壓曲線變化情況來判斷和控制氧化鋁濃度，因此，合理的下料次數(shù)與電解槽的平穩(wěn)生產(chǎn)和電流效率高效穩(wěn)定是緊密相關(guān)的。

1 下料次數(shù)與電流效率成正比關(guān)系

電解槽下料次數(shù)的多少，可以間接的反映電流效率的高低，對長時(shí)間平穩(wěn)高效運(yùn)行的電解槽而言，下料次數(shù)多，說明電解質(zhì)中的氧化鋁溶解并參與電化學(xué)反應(yīng)的速度較快，同時(shí)說明產(chǎn)生的原鋁較多，也就是電流效率高。反之，下料次數(shù)少，說明氧化鋁發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)速度慢，電流效率低。也就是說電流效率與下料次數(shù)基本成正比關(guān)系。

2 240 kA 鋁電解槽下料次數(shù)的正常范圍

在正常情況下，各電解槽由于電流強(qiáng)度、定容下料器的容量、電流效率的高低各不相同，下料次數(shù)也會(huì)相應(yīng)有所不同，根據(jù)已有的研究，過程控制較好的氧化鋁加料次數(shù)：欠加料周中氧化鋁加料速度為氧化鋁消耗速度的75%，在欠加料時(shí)，氧化鋁的加料速度低于電解消耗速度的50%時(shí)，電解槽是不穩(wěn)定的。

山西兆豐鋁電有限責(zé)任公司電解鋁分公司電解系列電流強(qiáng)度為241 kA，每個(gè)定容下料器容量為1.8 kg，每次有兩個(gè)定容下料器同時(shí)下料，氧化鋁單耗按1 930 kg 計(jì)算，則93%、94%、95%的電流效率分別對應(yīng)的氧化鋁消耗量為3 484 kg、3 521 kg、3 559 kg，每天由于換極、扎邊等工序進(jìn)入槽內(nèi)的氧化鋁大約有150 kg，所以由料箱進(jìn)入電解槽的氧化鋁分別為3 334 kg、3 371 kg、3 409 kg，每次下料為3.6 kg，所對應(yīng)的下料次數(shù)分別為926 次、936 次、947 次；考慮到定容下料器或多或少存在一定偏差，每次下料可能多于或少于3.6 kg，所以正常下料次數(shù)大致應(yīng)在910～960 次之間（見表1）。

表1 正常電流效率對應(yīng)的氧化鋁下料次數(shù)統(tǒng)計(jì)

3 導(dǎo)致下料次數(shù)不正常的幾種因素及對策

日常電解槽管理過程中，經(jīng)常出現(xiàn)部分槽的下料次數(shù)不在正常范圍內(nèi)，根據(jù)對生產(chǎn)現(xiàn)場的跟蹤分析，主要有以下兩種情況。

3.1 下料次數(shù)偏高

如果電解槽單日下料次數(shù)超過960 次，甚至達(dá)到1 000 次以上，而電流效率沒有相應(yīng)上升，就形成下料次數(shù)偏高。通過對多臺(tái)下料次數(shù)偏高的電解槽進(jìn)行故障分析處理，總結(jié)出導(dǎo)致下料次數(shù)偏高的主要原因有以下幾種。

1）氧化鋁的質(zhì)量較差。粉狀氧化鋁由于具有容積密度小、安息角大等特點(diǎn)，容易飛揚(yáng)且不易溶于電解質(zhì)中，造成下料次數(shù)虛高。該問題主要由氧化鋁供貨質(zhì)量所致，一般而言，沙狀氧化鋁可以有效避免上述問題，因此需要做好氧化鋁批次檢驗(yàn)，確保質(zhì)量達(dá)標(biāo)。

2）載氟氧化鋁含量偏高。由于特殊原因，有時(shí)可能某一時(shí)間段或一部分槽的氧化鋁載氟量偏大，造成有效氧化鋁的含量低于正常水平，引起下料次數(shù)虛高。載氟不均勻的問題主要來自給配料系統(tǒng)過載氟，因此，需控制好供料系統(tǒng)的工藝參數(shù)，使載氟均勻。

3）下料機(jī)構(gòu)不正常。下料機(jī)構(gòu)不正常，每次下料量低于標(biāo)準(zhǔn)值，引起下料次數(shù)虛高。如425 號電解槽連續(xù)3 天的單日下料次數(shù)超過1 100 次，后經(jīng)過對定容下料器進(jìn)行稱量，發(fā)現(xiàn)第二個(gè)氣缸每次下料量僅為1.3 kg，說明每次下料后進(jìn)入電解質(zhì)中的有效氧化鋁遠(yuǎn)少于標(biāo)準(zhǔn)的3.6 kg，電解槽缺料嚴(yán)重。針對該問題，需由工段長每日跟蹤查看下料次數(shù)統(tǒng)計(jì)情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)下料異常槽，盡早安排維修人員對下料氣缸進(jìn)行修復(fù)或更換即可。

4）火眼不暢通。雖然下料正常，但由于火眼不暢通，導(dǎo)致氧化鋁不能全部進(jìn)入電解質(zhì)中，引起下料次數(shù)虛高。330 號、214 號等多臺(tái)電解槽曾在今年3-5月份內(nèi)反復(fù)出現(xiàn)3 次以上連續(xù)多日的日下料量高于1 035 次，主要原因是電解槽熱收入不足，電解質(zhì)溫度偏低易凝固，造成下料口火眼反復(fù)堵塞，氧化鋁添加不進(jìn)電解質(zhì)內(nèi)。針對該問題，一方面需加大當(dāng)班生產(chǎn)組織和現(xiàn)場管理，要求看槽工及時(shí)巡查并打開堵塞的火眼，確保下料口通暢，另一方面工段長要對熱收入不足、電解質(zhì)萎縮的電解槽進(jìn)行針對性調(diào)整，可通過適當(dāng)提高設(shè)定電壓5～8 mV 等方式加大熱收入，調(diào)整好電解質(zhì)的流動(dòng)性來根除頻繁堵火眼的問題。

3.2 下料次數(shù)偏低

如果電解槽單日下料次數(shù)低于910 次，電流效率偏低，則可判定為下料次數(shù)偏低。主要原因有以下幾點(diǎn)。

1）電流效率降低，氧化鋁消耗慢。所有引起電流效率降低的原因，都會(huì)引起下料次數(shù)減少，但在一般情況下，電流效率的變化在短時(shí)間內(nèi)不易察覺，而下料次數(shù)的變化卻是非常直觀的。因此，要對低效率槽進(jìn)行單槽制定調(diào)整方案，找到影響電流效率的原因，及時(shí)調(diào)整恢復(fù)正常吃料。

2）爐膛熔化，而爐膛中含有的氧化鋁會(huì)進(jìn)入到電解質(zhì)中，引起氧化鋁消耗速度變慢，具體情況：第一，電解質(zhì)溫度升高。電解質(zhì)溫度升高到一定程度，即高于爐幫形成的初晶溫度時(shí)，即會(huì)導(dǎo)致在電解質(zhì)區(qū)域的爐幫熔化。根據(jù)對當(dāng)前電解槽初晶溫度的實(shí)際測量情況看，由于山西兆豐鋁電有限責(zé)任公司電解鋁分公司現(xiàn)有電解槽啟動(dòng)時(shí)的電解質(zhì)來源一致，初晶溫度平均在930 ℃左右。若電解槽熱收入增加，槽溫高于940 ℃后，啟動(dòng)初期固定于爐幫的冰晶石、氧化鋁將隨之出現(xiàn)不同程度的熔化。引起電解質(zhì)溫度升高的原因主要有：分子比升高；電解質(zhì)液量嚴(yán)重不足；保溫料太厚；設(shè)定電壓偏高；系列電流升高；效應(yīng)多或效應(yīng)時(shí)間長；電解槽長期處于N1 或N2 狀態(tài)。因此，在電解生產(chǎn)中，需要針對具體的原因?qū)?yīng)調(diào)整電解槽的技術(shù)參數(shù)，及時(shí)將電解質(zhì)溫度恢復(fù)正常范圍（933～938 ℃）。第二，爐底（鋁液）溫度升高。鋁液溫度升高到一定程度，即高于爐幫形成的初晶溫度時(shí)，即會(huì)導(dǎo)致在鋁液區(qū)域的爐幫熔化，與電解質(zhì)溫度升高不同，鋁液溫度升高到一定程度，不僅熔化爐幫，而且會(huì)熔化爐底沉淀和結(jié)殼。引起爐底溫度升高的原因主要有：出鋁量偏大；爐底沉淀過多。一般生產(chǎn)中，針對該問題的主要解決辦法有：適當(dāng)留高鋁水平1～2 cm，使電解質(zhì)溫度降低至正常范圍；利用更換陽極、摸爐底的機(jī)會(huì)，對爐底沉淀和硬結(jié)殼進(jìn)行鉤松或清出，但要同時(shí)做好原鋁鐵含量、爐幫和爐底鋼板溫度的監(jiān)控，避免因過分取硬結(jié)殼導(dǎo)致陰極前期破損部位露出而導(dǎo)致發(fā)生漏槽事故。第三，陽極溫度升高。陽極溫度升高后，大量的熱量會(huì)傳遞到電解質(zhì)和鋁液當(dāng)中，造成電解質(zhì)和鋁液溫度升高，也會(huì)引起爐幫熔化。陽極溫度升高多由陽極發(fā)生病變（俗稱陽極長包）引起。電解質(zhì)和鋁液之間的溫差過大時(shí)，多余的熱量會(huì)在兩者之間傳遞。針對該問題，一方面要跟蹤把控好陽極的供貨質(zhì)量，另一方面工段長要及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常電壓擺的電解槽，并對長包陽極進(jìn)行更換或者打掉不消耗部分，確保陽極電流分布均勻。

3）由其他方式導(dǎo)致氧化鋁進(jìn)入電解質(zhì)中，又分為幾種情況：第一，換極、抬母線、扎邊時(shí)操作不精細(xì)，導(dǎo)致陽極上方氧化鋁形成的結(jié)殼過多的進(jìn)入槽中。進(jìn)行換極作業(yè)時(shí)，掉進(jìn)電解槽的殼面塊沒有撈干凈；抬母線時(shí)卡具沒有卡緊，致使陽極下沉引起塌殼；進(jìn)行人工輔助扎邊時(shí)范圍太大或加入槽中的殼面塊、氧化鋁太多，以上幾種情況都會(huì)導(dǎo)致額外的氧化鋁進(jìn)入到電解槽中，引起下料次數(shù)減少，一般的做法是由工段長跟蹤每班上述作業(yè)過程，確保換極、抬母線、扎邊等重要工序嚴(yán)格按照操作規(guī)程執(zhí)行到位，減少氧化鋁結(jié)殼進(jìn)入電解槽。第二，為控制效應(yīng)，人為向槽中投入了大量氧化鋁。個(gè)別操作工為了避免發(fā)生陽極效應(yīng)，違章進(jìn)行手動(dòng)下料或用鐵锨將殼面上的氧化鋁加入到電解槽中。該行為屬電解生產(chǎn)中必須杜絕的操作，對電解槽的平穩(wěn)生產(chǎn)影響很大，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)必須嚴(yán)肅考核。第三，個(gè)別槽中縫漏料太多。中縫漏料是指氧化鋁從料箱或下料氣缸中漏出，中縫漏料的多少直接影響到電解槽下料次數(shù)的多少，中縫漏料即增加原材料消耗，又引起電解槽走向熱行程，必須及時(shí)處理。引起中縫漏料的原因很多，較為常見的主要有：打料壓力過高；氧化鋁料箱中隔板密封不嚴(yán)；電解槽下料器反吹風(fēng)風(fēng)壓高；下料氣缸密封不嚴(yán)。在處理中縫漏料時(shí)一定要分清原因，對癥下藥，切忌盲目處理。

4 結(jié)語

鋁電解槽下料次數(shù)的多少，間接的反映了電解槽電流效率的高低，作為電解生產(chǎn)者，應(yīng)盡量提高各工序操作質(zhì)量，避免人為因素和設(shè)備異常對槽況的干擾，盡量保持較高的下料次數(shù)，避免出現(xiàn)氧化鋁下料次數(shù)偏低的現(xiàn)象，同時(shí)也要綜合考慮是否存在下料次數(shù)虛高的情況，要積極通過積極優(yōu)化技術(shù)條件、提高各工序操作質(zhì)量來實(shí)現(xiàn)下料次數(shù)的增加，從而實(shí)現(xiàn)電解槽的高效、平穩(wěn)運(yùn)行。