SY200異型陰極電解槽后期管理生產實踐

劉偉

（中國鋁業山東分公司，山東淄博 255052）

生產技術

SY200異型陰極電解槽后期管理生產實踐

劉偉

（中國鋁業山東分公司，山東淄博 255052）

山鋁為了降低電解鋁生產成本，于2011年7月完成19臺異型陰極槽的改造并成功啟動，通過生產摸索出一套異型陰極槽最優化技術條件指標，使異型陰極電解槽在低電壓操作下平穩高效運行，實現噸鋁節電500 kW·h。

異型陰極；電解槽；低電壓；節電

1 前言

山鋁電解槽各項技術指標均排在中鋁內部企業前列，但近幾年卻一直處于虧損狀態，其重要原因是電解鋁生產成本一直較高。只有通過技術創新降低電耗，實現生產成本的降低，才能獲得生存的空間，因此，山鋁2011年7月完成了19臺電解槽SY200異型陰極的改造。這19臺異型陰極結構槽均對爐底和側部增設了絕熱等級較高的陶瓷保溫板，降低了槽殼表面的熱量損失，為降電壓節能提供了先決條件。新型陰極的凹槽寬度為100 mm、深度為100 mm、突臺寬為505 mm、出鋁平臺為515 mm＋230 mm。

2 異型陰極結構槽非正常生產期管理

2.1 電壓保持

異型陰極結構槽非正常管理期，考慮到異型陰極以及內襯的特點，防止在長時間高溫情況下陰極凸臺掉塊，同時為了盡快建立規整的爐膛，啟動后電解槽設定電壓下降的速度比傳統電解槽要快得多。啟動一周內將設定電壓降到4.050 V，兩周內設定電壓降到3.95 V，3周內設定電壓降到3.90 V，30 d的時間降到目標值3.85 V。電壓設定降低梯度如圖1所示。

圖1 非正常生產期設定電壓保持

2.2 電解質成分管理

1）分子比。啟動后前3個月為爐膛建立的最佳時期，建立規整、結實的爐膛，為后續的節能降耗打下良好的基礎。由于啟動初期電解槽陰極吸鈉的特點，導致分子比降低，硼化鈦涂層陰極吸鈉作用相對減弱，但仍需要適當添加純堿，保持高分子比。因此啟動后第1個月分子比保持在2.90～2.75，第2個月為2.75～2.65，第3個月分子比保持2.65～2.6，3個月后逐步降低到正常范圍，非正常生產期分子比保持見圖2。

圖2 非正常生產期分子比保持

2）氧化鋁濃度。啟動后非正常生產期要確保較低的氧化鋁濃度，通過控制氧化鋁下料間隔，同時要求每班加強卡堵錘頭巡視，并對異常情況下氧化鋁濃度進行校正，嚴格控制氧化鋁濃度在1.5～3.5%范圍內。

2.3 槽溫及過熱度管理

以過熱度控制為中心，調整分子比、電壓以及出鋁量，保持合理的過熱度是建立規整爐膛的關鍵，將過熱度控制在7～15℃。在啟動后及時吊極打撈炭渣，同時制定了撈碳渣勞動競賽，嚴格控制啟動1周后槽溫不高于980℃。過熱度測試為1周1次，第1周由于槽內存在部分未撈凈的碳渣，故過熱度較高。

2.4 效應管理

由于新啟動槽四周無電解質結殼構成的爐膛保溫，散熱量很大，加之采取快速降電壓的電壓管理制度，爐底容易出現過冷現象，使電解質在爐底析出，久而久之形成爐底結殼，對陰極內襯帶來裂紋、爆皮、起坑等危害，故新啟動槽前期必須保持足夠的爐底溫度［1］。其做法是適當增大效應系數，并嚴格控制效應時間。通過效應產生的熱量使爐底沉淀及時熔化掉。山鋁制定了非正常生產期效應管理制度，見表1。

表1 啟動后非正常生產期效應管理表

2.5 技術條件管理

啟動后非正常生產期保持一定高的電解質水平對電解槽熱平衡以及后期管理起著至關重要的作用，故電解質水平啟動后前兩周保持25 cm以上，第三周至1個月內電解質水平保持22 cm左右，不允許出現電解質偏低現象。鋁水平管理服從電解質水平管理。

2.6 爐底壓降變化

在異型陰極槽非正常生產期內，對爐底壓降2天測一次，由于異型陰極采用硼化鈦涂膜，故較普通陰極槽爐底壓降同期略高30 mV左右，非正常生產期爐底壓降平均為310 mV。

在非正常生產管理后期，19臺電解槽設定電壓在3.85 V穩定運行，平均爐底壓降為310 mV，鋁水平為22 cm左右，電解質飽滿，爐膛規整，為啟動后期穩定運行奠定了結實基礎。

3 異型陰極結構槽正常期管理

異型陰極電解槽的應用主要是降低電耗，即在相對低的電壓下獲取適當高的電流效率，但前提條件是保持電解的平穩和安定。所謂“平穩”包含兩層意義：一是保持合理技術條件不變動，少變動，變動幅度控制在槽自調能力所能接受的范圍內，做到溫度、電壓、鋁液波動小，槽幫規整穩定；二是盡量減少自操作、原料、設備帶來的干擾，創造技術條件得以平穩保持的環境［2］。

在后期管理過程中，山鋁以爐膛為中心，以降低噸鋁直流電耗為目的，以電解質水平和爐底壓降的變化趨勢為觀察點，采取指標跟蹤對設定及平均電壓、電解質成分控制、槽溫及過熱度、陽極工作狀態、爐底壓降等展開研究。

3.1 電壓管理

在電流恒定條件下，電壓是調節電解槽能量平衡最重要、最易實現的因素之一，因此電壓管理實質是電解槽能量的平衡管理。硼化鈦異型陰極槽在極距相對較小，對外部環境影響相對比較敏感，故對電壓實行統一管理，對于運行狀況異常的工區長必須先征求生產組意見并按意見調整設定電壓，107#槽設定電壓、平均電壓控制如圖3所示。目前山鋁19臺異型陰極槽設定電壓在3.85～3.90 V，槽況穩定。

圖3 107#槽設定電壓、平均電壓控制

3.2 電解質成份管理

1）氧化鋁濃度控制。通過對槽內氧化鋁進行的平衡計算并綜合考慮其他影響因素，確定氧化鋁下料間隔，利用槽控系統氧化鋁濃度自適應控制系統進行濃度調整，在異常情況下（卡堵錘頭）進行人工干預校正，控制氧化鋁濃度在1.5%～3.5%，使其合格率達到90%以上，并建立了有效的考核機制。

2）分子比控制。根據異型陰極槽鋁量相對與普通槽偏小且鋁液流速慢的特點，發生氟化鹽料箱泄漏后導致爐底壓降快速上升的現象，總結出異型陰極槽分子比偏低易導致爐底壓降上升加速，電壓不足導致熱收入不足，爐底上抬的惡性循環。故保持分子比范圍在2.40～2.60（普通槽為2.35～2.55），并通過精益化管理操作使其分子比合格率達到80%以上。

3）鎂含量控制。氟化鎂有利于降低電解質初晶溫度，改善電解質性質且作為爐幫α-氧化鋁形成的礦化劑，故規定電解質中鎂含量在2%左右。

3.3 技術條件管理

1）槽溫及過熱度控制。電解質溫度是電解過程最重要的工藝參數之一，根據電解質成分確定異型槽電解溫度范圍為945～955℃。提出異型槽過熱度保持在7～15℃，這樣即有利于爐幫的平衡保持使電解生產高效節能，又有利于氧化鋁溶解，減少沉淀產生。

2）兩水平控制。電解質、鋁水平對了解電解槽運行狀況，特別是熱平衡狀態至關重要。異型陰極槽電解質水平，控制在20～22 cm范圍內，以保證氧化鋁的完全溶解和電解槽的熱穩定性。鋁水平控制在23～25 cm，槽況穩定，主要因為陰極凸臺作用使槽內鋁液流速減慢波動減小，要維持槽內熱平衡，保持爐底適當的溫度，鋁量必然少于普通槽槽內鋁量。

3.4 效應管理

由于異型槽減緩鋁液流動的特性導致極下鋁液流動速度減慢，導致爐底易偏冷，故保持效應系數比普通槽適當高0.1（普通槽效應系數維持在0.08）。

3.5 爐底壓降保持

爐底壓降是反映爐底狀態即爐底溫度、爐底狀況和運行狀態的重要指標。因采用硼化鈦異型陰極因硼化鈦涂層導致啟動后爐底壓降即為310 mV左右，故在正常期管理中將爐底壓降控制在310～330 mV，見圖4。

圖4 2011年9月—2012年4月異型陰極槽爐底壓降

3.6 電流效率

2012年12月經過盤存異型陰極槽鋁量平均10.2 t，19臺200 kA硼化鈦異型陰極槽核實電流效率為93.77%，低于普通槽為94.33%（整流效率為95%），這是因為200 kA硼化鈦異型結構電解槽的內保溫技術使能量平衡移動導致極距低于普通槽導致部分效率丟失，但該指標已經達到同行業同系列異型槽先進行列。

4 結語

異型陰極結構電解槽的應用，實現了低電壓管理，平均電壓3.90～3.95 V,電流效率為93.8%，直流電耗降低到12 500 kW·h左右，相比同類普通槽降低電耗近500 kW·h。山鋁通過不斷對異型陰極結構槽的優化技術條件和槽控參數的設置，找出了最優化效益平衡點和與之相匹配的工藝技術條件控制，并將其制度化。

異型槽最優化工藝技術條件：設定電壓3.85～3.90 V；平均電壓3.90～3.95 V；電流效率93.5%；分子比控制范圍2.40～2.60（普通平底槽為2.35～2.55），合格率達到80%；氧化鋁濃度控制范圍1.5%～3.5%，合格率達到90%；槽溫控制范圍945～955℃；過熱度7～15℃；電解質水平19～21 cm；鋁水平23～25 cm；效應系數0.1；效應時間＜180 s；爐底壓降310～330 mV。

［1］劉業翔，李劼.現代鋁電解［M］.北京：冶金工業出版社，2008.

［2］邱竹賢.預焙槽煉鋁［M］.北京：冶金工業出版社，2005.

Production Practiceof Special CathodeSY200Electrolyzer

LIU Wei
（Shandong Branch of China Aluminun Co.,Zibo 255052,China）

In order to reduce the electrolytic aluminum production cost,in July 2011,the company completed 19 special cathode electrolyzer reconstruction and achieved successfully operation.Through production a set of optimal technical condition indexes of special cathode electrolyzer was explored to make special cathode electrolyzer smooth and efficient operation under low voltage operation,realized the power saving of 500 kW·h every ton of aluminum.

special cathode;electrolytic electrolyzer;low voltage;power saving

TF821

B

1004-4620（2014）03-0023-03

2013-12-25

劉偉，男，1984年生，2008年畢業于貴州大學冶金工程專業。現為中國鋁業山東分公司生產管理部助理工程師，從事調度工作。