電解鋁系列降低電解槽停槽壓降的解析與實踐

文勝毅

【摘 要】通過對電解鋁系列電解槽停槽壓降構成的分析，使用短接母線前后電阻理論計算對比，以及對停槽壓降降低分析，找到主要原因是停槽后過電流的槽周母線路徑過長，對過長的過電流槽周母線進行臨時短接，實現降低系列停槽短路口壓降的分攤，并最終實現企業電能空耗損失的降低。該方法大大的降低了企業的成本，提高了企業的利潤空間，可以復制值得推廣。

【關鍵詞】電解槽停槽壓降 槽周母線臨時短接 短接母線

隨著鋁價的持續低迷和南方電價的依舊處于高位，南方許多電解鋁企業生存困難、舉步維艱。為了企業能在未來的機會中保留一絲希望，在降低總產量減少虧損面的前提下保持整個電解鋁生產線的經濟運行顯得尤為重要，而停掉槽齡過長、生產運行狀況不好的電解槽的措施是大多企業采取的當然手段，而穿插停槽導致不易采取保留距離供電整流較近的區域電解槽進行生產，造成正常生產指標中停槽壓降分攤值大幅增加，導致噸鋁綜合電耗的上升虧損增加。針對此情況采取了對停槽壓降的構成進行分析，并通過采取縮短停槽后槽周母線通過電流路徑實現了停槽短路口壓降的大幅降低，實現了降低系列產量實現減虧而不至于大幅增加噸鋁電耗的生產運行目標。

1 可行性分析

某企業240KA母線結構構成如圖1所示。該電解槽為大面四端進電，為左右對稱結構，總共有陰極炭塊18塊，陰極鋼棒頭共A、B面各18組，共36組，分別按A1、A2、……、A18，B1、B2、……、B18表示標示。立柱母線四根，按第1根、第2根、第3根和第4根標示。槽底穿槽母線左右對稱各2根，共4根，彎折穿槽平衡母線各1根，共2根。

1.1 電解槽正常運行時候電流路徑

電解槽正常生產時候A1—A7接第1根立柱短路塊經出鋁端槽周母線、A8出來經過彎折穿槽母線至出鋁端槽周母線與B1接到下臺槽第一根立柱；A9經平行母線至第二根立柱母線左側短路塊和第1根直穿槽母線同時連接與第二根立柱右側短路塊接第2根穿槽母線同時連接至B2—B9匯合形成的B面槽周母線連下一臺槽第二根立柱；另外第三、第四根與第二、第一根一致。

1.2 停槽狀態下槽周母線及穿槽母線的帶電情況

停槽狀態下第4組、第15組下的穿槽彎折槽周母線無電流。

電解槽4根立柱母線如圖3所示，正常運行時斷路口與立柱之間插上絕緣材料進行斷路，停槽時候短接在一起，此時立柱與斷路塊之間通過螺桿進行壓接連接。

通過圖2、圖3可以看出槽周母線距離立柱母線路徑較長，且短路口停槽軟母線高度相對較高，可以從降低這部分電流路徑著手，通過短接上一臺電解槽槽周母線與停槽槽周母線可以大幅縮短電解槽停槽后的電流運行路徑可以實現降低停槽電阻最終降低停槽壓降的目的。

2 使用短接母線后電阻理論計算對比

短接位置如圖4所示，第1、4根和第2、3根在立柱旁電流運行路徑最短處用寬×高為220mm×300mm的鋁母線通過鋁液澆注連接。

2.1 未使用短接母線時電解槽停槽電阻

第1根立柱：

電流從從立柱母線根部上經過短路口軟連接母線繞槽周母線到下一臺電解槽第1根立柱母線。

長度L1=2×1300+2×1870+6200=12540（mm）

槽周母線截面積S1=220×550（mm2）

電阻R1=ρ·L1/S1=2.9×10-6（Ω）

（鋁母線電阻率ρ取2.8×10-8 Ω·m ，下同）

第2根立柱：

電流從從立柱母線根部上經過短路口軟連接母線經過穿槽母線1和穿槽母線2到下一臺電解槽第2根立柱母線。

長度L2 =2×1300+6200=8800（mm）

母線截面積S2-1與S2-2并列：S2-1=寬×高=220×300（mm2）；S2-2=寬×高=220×90（mm2）

電阻R2=ρ·L2/（S2-1+S2-2）=2.9×10-6（Ω）

第1、2根立柱電阻基本一致，因為第3根立柱與第2根一致，第4根立柱與第1跟基本一致，所以未使用短接母線時的停槽母線電阻R總-1為2.9×10-3Ω的四分之一，即R總-1=7.25×10-7Ω

2.2 使用短接母線時電解槽停槽電阻

第1根立柱：

電流從短接母線直接連接母線繞槽周母線到下一臺電解槽第1根立柱母線。

長度L1x=1870+6200=8070（mm）

槽周母線截面積S1x=220×550（mm2）

電阻R1x=ρ·L1/S1=1.9×10-6（Ω）

第2根立柱：

電流從短接母線經過穿槽母線1和穿槽母線2到下一臺電解槽第2根立柱母線。

長度L2x =6200 （mm）

母線截面積S2-1與S2-2并列：S2-1x=寬×高=220×300（mm2）；S2-2x=寬×高=220×90（mm2）

電阻R2x=ρ·L2x/（S2-1x+S2-2x）=2.0×10-6（Ω）

第1、4根立柱電阻基本一致， 第2、3根立柱電阻基本一致由并列電阻公式可得：

R總-2= R1x·R2x/（2·（ R1x+R2x））=4.87×10-7Ω

2.3 停槽壓降降低分析

鋁電解生產過程運行電流是個定值，當電阻減小后，短路口壓降會相應降低。短路口壓降降低數值ΔV可以由以下公式計算。

ΔV=I·（R總-1- R總-2）

當電流按240KA運行時，可以算出能降低57.1mV的短路口壓降。在實踐中的完成值大于此數值，能夠實現70mV左右的降低，主要原因是總共減少了8處鋁鋁接觸壓降和40處有色焊接連接點焊接壓降。

3 節能及經濟貢獻

該電解鋁企業當前240KA系列生產槽數178臺，停槽38臺，降低短路口降低的電耗可以用以下公式算出：

總降電耗=停槽數量×單槽降低電壓×運行電流×停槽累計小時

通過使用該短接方式可以實現年度節約用電559.2萬度，按照當前運行電價0.58元/度計，年度可降低電費支出324.4萬元。

而需要的投入很小，就是在鑄造車間用自產鋁液鑄造相應尺寸短接母線塊安裝并澆鑄到電解槽槽周母線之間就行，且該短接母線可以循環往復使用。

4 結語

通過對電解槽母線配置的研究找到了一條簡單可行的降低電解槽短路口壓降的辦法，該辦法是可以復制和值得推廣的，這為行業的發展和能耗的降低提出了切實可行的積極措施。

參考文獻：

[1] 邱竹賢.鋁電解.北京[M]：冶金工業出版社，1985.5.

[2] 《電接觸理論及應用》.華中工學院，機械工業出版社，1985，10.