大型預焙鋁電解槽強化電流的生產實踐

徐玉峰,李大寨,張 力,王世杰

（南山鋁業公司,山東 龍口 265713）

大型預焙鋁電解槽強化電流的生產實踐

徐玉峰,李大寨,張 力,王世杰

（南山鋁業公司,山東 龍口 265713）

以南山鋁業有限公司 160 kA預焙鋁電解槽 （從 160 kA強化到 168 kA）強化電流生產為例,論述強化電流生產的可能及對生產過程的影響,分析強化的進程和建立新的生產平衡過程,指出在強化生產的工藝優化方面不斷探尋匹配的生產工藝技術條件,深挖潛力,使得強化電流所帶來的能量用于電解生產,使強化電流對電解槽沖擊變得更小,以獲取強化電流生產的最大經濟效益.

隨著鋁工業的發展,電解生產管理是鋁行業共同關注的課題.如何達到產量最大化,物料消耗最低化,就必須解放思想,搞好科技創新.南山鋁業有限公司始建于 1997年,目前有 160 kA和 300 kA預焙槽系列,分為電解一廠、二廠、三廠,2006年 6月末電解 -炭素三期工程開始投產,至2007年 6月電解 -炭素項目全面投產完畢,至此,南山鋁業原鋁產能達 40萬 t,炭素產能達25萬 t.在長期生產實踐中,大膽探索出一條適應本公司槽型生產的科學管理模式,從而達到預期的生產目標.

目前很多鋁電解企業為提高原有設備產能,一般采用加強管理,優化工藝技術條件,強化電流生產等措施.電流強度是鋁電解生產的重要參數,在生產當中,可以通過調整工藝技術條件等來優化和選擇某一槽型的最適宜的電流強度.

南山鋁業電解一廠 160 kA預焙鋁電解槽系列電流提升到 168 kA生產,整體槽況穩定.而南山鋁業鋁電解槽系列設計時的電流強度是 160～170 kA,所以在選擇最合適的電流強度方面還得通過不斷的生產實踐,以便找到較為合適的電流強度,最終得以優質、高效、低耗的生產,從而達到降低生產成本的目的.

南山鋁業電解一廠自 1999年 12月 20日全面投產,在電流強度選擇方面走了很多彎路,期間電流強度也有所變化,但均未超過 165 kA;強化電流前由于槽子熱收入不足,槽況表現出來的現象有:爐底漲,角部漲,爐幫厚,小爐膛,電解質黏度大,不易保持,突發效應偏多等現象.自 2007年10月我廠 160 kA電解槽強化電流后,至今為止槽況方面發生了很大的變化,各項經濟指標完成情況呈穩步上升趨勢.

表 1 平均電流強化進程的部分工藝保持及生產指標比對表

1 強化電流對鋁電解槽的二個平衡造成的影響

1.1 強化電流對電解槽熱平衡的影響

強化電流在原有工藝條件下無疑會增加單位面積的熱量,使得電解槽槽溫升高,可能導致爐幫熔化,電解質增加,引起側部槽殼發紅等.電解槽爐底結殼和沉淀加劇熔化,可能使原來的破損部位表現出來,造成鐵硅含量上升,鋁水品位下降,爐膛變大使電流效率下降.

強化電流后,鋁電解槽對槽電壓技術參數的選擇是個關鍵,它是電解槽能量最主要的來源,在電解槽電阻中,只有電解質電阻是可變的,在極距允許的一定范圍內,可以通過調整極距、改變電解質電阻來維持強化電流前已確定的熱平衡,建立強化后的熱平衡,所以說槽電壓是維持和調整體系熱平衡最重要、最易實現的因素之一.假設保持原來各工藝參數不變,要求極距保持不變,槽電壓在強化電流后也要相應的提高,但是大多廠家在操作上往往是沒有這樣做,而是將槽電壓保持的可能比強化前稍低一些,并通過增大電解質的導電性等來增大極距,彌補槽電壓下設的空間.

1.2 強化電流對電解槽物料平衡的影響

強化電流前期可能使爐幫、槽底沉淀及結殼的熔化,使得大量的物料進入電解質中,造成氧化鋁濃度增加,影響電流效率.由于槽幫的熔化必定引起電解質分子比的升高,增大氟鹽等的單耗.

2 強化電流后的各項調整

南山鋁業 160 kA電解槽自強化電流后,在實際生產中電解槽側壁溫度開始上升,爐幫融化電解質隨之上升,個別槽還出現了返熱想象,槽溫升高,氧化鋁濃度上升,出現電壓擺和針振的槽比強化電流前有增多的趨勢,槽內鋁量明顯不足,無法穩定電解槽的熱量平衡,氟化鹽消耗增多,在強化電流后的頭一二個月,由于槽溫波動較大,槽幫熔化現象最明顯,電解質取換量增大,加之陽極碎裂較多,原鋁品位下降等諸多不良現象,對此我們積極查找原因認真分析,根據各槽的實際情況及時處理并拿出相應的措施,使病槽在短時間得到有效的控制.

2.1 電壓的調整

在電流強化初期,陽極和陰極的電流密度增大,使電解槽能量增加,我廠四個區電解槽普遍存在的狀況,電解質迅速上升,氧化鋁濃度上升,爐底返熱,槽溫升高,出現電壓擺次數增多,分析:強化電流直接導致陽極和陰極電流密度升高,而垂直電流密度未能得到提高,在電解質成分和電壓不作調整的情況下,電阻隨之增大,水平電流增加,導致此現象的發生.而后我們將設定電壓適當提高,拉長極距,緩解電解質和鋁液的流速,阻止水平電流的增加,取得了很好的效果,穩定了槽況.

2.2 分子比的調整,改變電解質的成分提高電解質導電能力

電解質熔體的導電是離子導電,當冰晶石電解質熔體有電流通過時,電流的大部分是由鈉離子攜帶的,其他部分是由氟離子攜帶的.具有較大體積A lF36-,A lF25-,和A lF4-等陰離子并不是電流的攜帶者.通過提高分子比來提高電解質中鈉離子的含量,提高電解質的導電能力.分子比的提高加速了電解質對爐底沉淀和結殼的清理,提高了垂直電流的導電量,強化 3個月后原先不規整的爐膛,爐底已經開始有結殼化開,并隨之撈出,擴大了爐膛空間,鋁水平下降.

強化電流期間提高分子比,可以提高電解槽的穩定性,使電解槽盡快適應強化電流的沖擊,這在生產實踐中效果很明顯.應當引起注意的是提高分子比,會引發電解質與鋁液接觸面電解質溶解鋁液能力加大,造成電流效率降低.所以提高分子比是在強化電流初期應用的方法,不可長期使用.

2.3 狠抓電解槽操作質量日常管理工作

2.3.1 炭渣打撈

強化電流會增加陽極電流密度是針對陽極尺寸沒有改變的情況下而言.陽極電流密度增大后對陽極炭塊的影響主要是熱應力問題以及陽極氧化掉渣問題.至于陽極電流密度能提高多少,應根據不同槽型、電解槽生產所選技術條件以及原材料質量等實際情況而定,方可以取得最佳經濟效果.

而近些年大型鋁電解槽在設計上加工面就比較小,如我廠 160 kA槽型,加工面為 300 mm,中縫為 200mm,陽極尺寸無法加大,強化電流時陽極電流密度必然會增加.日常生產中,表現出來的陽極掉渣多,電解質表面炭渣較多很明顯,因此我們在日常要求上將打撈炭渣列為很重要的操作之一,利用一切機會打撈炭渣.

2.3.2 勤摸爐底

強化電流后,陰極炭塊表面積沒有改變,所以相對陰極塊表面積的電流密度增加,這會對陰極的壽命造成影響.陰極電流密度的增加也會對電流效率造成影響.陰極電流密度的增大,首先對陰極炭塊本身而言,其受到熱應力會增大.陰極電流密度增大后,陰極炭塊自身的發熱量增加,在其他條件不變的情況下,其受到的熱應力自然會增大 （熱變形大）.其次,陰極電流密度增大后,陰極本體的溫度會升高,這將有利于液體物質往陰極下層滲透,加速了電解槽的早期破損,縮短槽壽命.對于已存在破損的陰極,其內部存在著電解質或鋁水,且它們在一定厚度層里以液體存在.所以,強化電流對已存在破損的槽子來講,加速破損將更明顯.

因此要求摸清每一臺電解槽的爐底,爐幫變化情況,使每一次調整都有針對性.對個別異常槽和破損槽要區別對待,加以維護.強化電流后爐底 壓降及伸腿變化如表 2,圖 1所示.

表 2 強化電流后爐底壓降變化

圖 1 電流強化前后伸腿情況

強化電流過程中發現的破損槽,將其鋁水平提高 2cm,采用低過熱度低溫生產,同時將該槽下設槽電壓,并加強巡視管理,保證生產安全運行.2.3.3 勤調整

要勤了解多溝通,及時從操作者身上了解每一個角落的爐底情況信息,勤觀察勤調整,調整幅度不宜過大,尤其是對 NB的調整,防止電解槽內某一地方出現大量沉淀,一定要保證所做調整是改善電解槽的運行狀況,而不是加劇槽子向不利的方向發展.

3 結 語

（1）強化電流生產應更注重電解槽的物料、能量平衡,每強化到一個階段,都要尋求一個新的體系,新的平衡,形成一套可行的生產標準,達到降低生產成本、提高綜合經濟效益、強化電流的生產目的.

（2）從上述的平均電流強度進程工藝參數保持及生產指標對比表可以看出,南山鋁業強化電流生產是可行的.

（3）強化電流生產要充分認識到電壓,分子比,極距與磁場流場之間的相互關系.強化電流控制在一定的范圍可以提高一定的產量,同時可提高電流效率.但強化電流不可無止境強化,如果電流強化后,生產惡化了,原有的電流效率降低了,應對電流強化進行綜合的評價,對電解槽的各項技術指標的控制也應有有更高的要求.但最終還需要實踐才能加以確定.

A

1671-6620（2010）S1-0065-03