淺析210KA電解槽電流效率的影響因素

湯學智　魏曉玲

摘要：電流效率的提高與控制水平、工藝制度、操作技術等緊密相關，更重要的是各技術條件及操作水平要相互配合，相互適應。本文對影響210kA大型預焙電解槽電流效率的因素進行研究，在此基礎上探討了提高電流效率的途徑。

關鍵詞：210K電解槽電流效率；變量參數：影響因素；

1引言

電流效率是鋁電解生產過程中非常重要的一項技術指標，它在一定程度上反映著鋁電解生產的技術和管理水平。本文選用210 kA大型預焙陽極電解槽，經過多年實踐研究，重點對影響電流效率的主要因素進行了全面總結，優化了工藝參數，并顯著提高了鋁電解生產的穩定性。

2生產實踐中各參數對電流效率的影響

2.1爐膛對電流效率的影響作用

為了更準確的測試爐膛對電流效率的影響，選擇電解技術條件相同僅爐膛有差異的電解槽進行測試，具體條件列表1。

結果分析：

（1）從上表中可以看出四種爐膛的電流效率偏差2.1-4.3%。a爐膛規整，電流垂直通過爐底，沒有任何水平電流產生，既減少電流的空耗又不會產生水平磁力，從而使鋁液保持平穩狀態，減少了鋁液因溶解而二次氧化的機會，因而電流效率較高。b爐膛因側部不完整有水平電流的產生，增加了電流的空耗，同時伸腿較小，陰極鋁液面積較大，增加了鋁離子向電解質擴散的機會，也因此增加二次氧化的機會，因而電流效率下降。c爐膛伸腿較大已深入陽極投影下面，使鋁液能夠產生水平電流，增加鋁液的波動，使電流效率降低。但c爐膛縮小了陰極鋁液表面，減少了鋁液的蒸發和溶解損失有利于電流效率的提高，但總體上電流效率還是下降了。d爐膛在具有c爐膛的特征同時又增加了底部沉淀，這樣又在沉淀處出現了水平電流，再次加劇了鋁液的波動，從而再次加快了鋁液的溶解而增大二次氧化機會，因而電流效率最低。（2）不規整爐膛增加了水平電流矢量，產生水平磁力，加劇鋁液的波動，增大了鋁向電解質溶解的速度，從而增加鋁液的二次反應機會，造成電流效率下降。同時說明規整爐膛能構成電解槽優良的電流場和電磁場，使鋁液保持平穩，電流效率提高，210KA預焙槽在其它技術條件相同的情況下，爐膛不規整比規整爐膛的電流效率可降低2.1-4.3%。

2.2溫度對電流效率的影響及控制策略

電解溫度是鋁電解生產中一個十分重要的技術條件，一般認為，電解溫度高則電流效率下降，反之則上升，因此，低溫生產是鋁電解行業共同追求的目標。隨著溫度的降低，電解質中熔鋁量降低，相當于減小了鋁電解熔解度，電流效率得以提高；電解質中熔鋁量降低，電解反應生成的氣體量減少，對電解質的攪拌強度減弱，相當于增加了擴散層厚度提高了電流效率；擴散系數減小，可以提高電流效率。

相同電流效率的槽爐膛、兩水平、極距等技術條件相同，惟獨槽溫和分子比不同，不同的槽溫取得相同的電流效率的差異是分子比不同。因分子比相對于槽溫的表現主要是初晶溫度，槽溫=初晶溫度+過熱度，一般分子比高初晶溫度就高，分子比低初晶溫度就低。由于極距相同，表明電解槽的熱收入相同。從以上幾點可以得出：

（1）溫度對電流效率的影響主要是對電解槽過熱度的影響，低槽溫生產在保持適當的過熱度條件下，通過降低初晶溫度，即分子比，能達到高電流效率。

（2）電解槽在其它條件相同的情況下，雖槽溫不同，但具有相同的過熱度時，能達到相同的電流效率。

2.3分子比對電流效率的影響

電解質分子比對鋁電解生產影響很大，是影響電流效率的重要因素之一。分子比對電流效率的影響，大多數的研究結果都傾向于分子比升高，電流效率降低，主要是分子比太高，增大鈉析出的機會，這會使電流效率下降。

在低分子比的鋁電解生產中，分子比對電流效率的影響主要體現它能否及時補充保持電解質成分，通過對電解質初晶溫度的影響和物料平衡體系的影響，間接影響到電流效率。實踐證明，隨著分子比的降低電流效率有升高趨勢，但當分子比低于2.4時，電流效率反而下降。這主要是由于分子比太低對操作和技術條件體系提出了更高要求，而現有計算機控制水平和操作水平不能與此相適應，分子比偏低的負面作用便表現的比較明顯，電流效率因此而下降。

2.4電流密度對電流效率的影響

鋁電解槽電流密度有陽極電流密度和陰極電流密度之分，其對電流效率的影響機理并不相同。在工業生產中，陽極電流密度是在設計電解槽時就確立下來，投入生產后一般沒法改變，只有陰極的電流密度因爐膛的變化可以改變，所以在實際生產中一般通過改變陰極的電流密度來提高電流效率。對于陰極電流密度來說，從工業生產實踐證明，總的趨勢是電流效率隨著陰極電流密度的增大而提高。這是因為在其它條件不變的情況下，陰極電流密度增大，表示鋁液鏡面面積的相對縮小，鋁的溶解總量減少，電流效率提高。

所綜上所述，在陽極電流密度一定的情況下，縮小陰極面積，建立規整穩定的槽膛內型，提高陰極電流密度，可以提高電流效率。

2.5鋁水平和電解質水平對電流效率的影響

鋁水平對電流效率的影響：鋁水平的提高，有利于電流效率的提高。但是，鋁水平過高會使槽側部通過鋁液層的散熱量增大，容易造成槽底生產沉淀，嚴重時產生爐底結殼，不利于提高電流效率。因此，各種槽型根據其熱平衡應有一個最佳鋁水平高度，只有這樣才能保持電解槽運行穩定，獲得最高的電流效率。經工業實踐210KA電解槽內的鋁水平一般保持在20-22 cm之間，能夠獲得最為理想的電流效率。電解質水平素有電解槽“血液”之稱。電解質水平高，則可以保證氧化鋁在沉降過程中的較好溶解，防止爐底造成沉淀，同時熱穩定性好，可使電解槽在較低溫度下穩定運行，提高電流效率。但是，電解質水平過高，一方面不利于陽極氣體的排出，容易化上口，造成氧化鋁升高，影響電流效率；另一方面不利于節能降耗。目前，210KA大型預焙槽的電解質水平在18-20 cm之間為宜。

2.6氧化鋁濃度對電流效率的影響

氧化鋁濃度對電流效率呈“U”形曲線的影響已被業界人士認同。增加A1203含量，電解質溫度會降低，電流效率會提高；減小A1203含量，會使槽電阻減小，使極距提高，電流效率亦提高，實際生產中后一種在中心自動下料的智能模糊控制下，通過欠量與過量下料交叉進行，電解質內的AL203濃度和槽電阻均趨于穩定，在生產實踐中我們特別重視氧化鋁濃度的控制，我們傾向于減小氧化鋁濃度提高電流效率的見解，低氧化鋁濃度有利于爐底的控制，電解質流動性好，氧化鋁能迅速溶解，分離碳渣較好，電解質清亮干凈，氧化鋁濃度均勻，電阻穩定，異常電壓小，槽電壓不高利于控制的優點，對實際生產很有利，通常可以通過歷史曲線、日報表上的“過量下料”與“欠量下料”、效應等待時間長短和化驗分析結果來掌握氧化鋁濃度。某鋁廠210KA的氧化鋁濃度控制在1.5%-2.5%之間。

3鋁電解過程中操作管理對電流效率的影響

電解槽的各項技術條件選定后，運行中必須一次建立起穩定的熱平衡和物料平衡，使技術條件保持平穩，這是確保電解槽運行的基本條件。具有良好技術條件的槽子，往往自平衡能力強，抗病能力強。這樣的電解槽能忍耐短時間一定程度的干擾因素。技術條件搭配不合理的槽子，自平衡能力弱，槽子變得非常敏感，小的干擾也會使槽子發病。鋁電解生產中，如果各項技術條件保持不穩，電解槽運行在波動之中，自然會降低電流效率，這就要求人們必須加強管理，及時排除各項干擾因素，使電解槽始終在最佳技術條件下運行，才能獲得較高的電流效率。

電解槽的各項作業質量，不僅影響槽子的運行狀況，而且直接涉及到電流效率。比如換陽極，若更換質量不好，新極設置偏低，會造成局部過熱，增大鋁的溶解損失，同時引起電壓擺，造成電流空耗，嚴重降低電流效率；若陽極設置偏高，新極長時間不導電，一方面增大其它陽極的電流負荷，減少陽極的有效工作面，降低電流效率，另一方面引起局部過冷，影響熱平衡，破壞爐膛，可能導致病槽，降低電流效率。出鋁量不準確，會直接破壞電解槽的技術條件，引起運行不穩，降低電流效率。其他各項作業質量不好，都會使電解槽產生波動，降低電流效率。因此，各項操作必須嚴格按基準執行，確保操作質量，保證電解槽平穩運行，方可獲得較高的電流效率。

4結語

從實踐結果可知，提高鋁電解電流效率最有效方法是合理配置和控制技術參數，選擇最佳電解質組成、電解溫度和氧化鋁濃度、保持合理的鋁液水平和電解質水平。同時，平穩生產是電解槽取得較好電流效率的基本條件，即建立較好的熱平衡和物料平衡，從而提高電流效率、降低能耗。在已經設計好的電解槽上，除了合理的配置和優化技術條件以外，加強操作管理，建立良好的制度，提高員工綜合技術水平，對提高電流效率有顯著效果的。