淺談330KA平面陰極鋁電解槽低電壓生產實踐

舒 建

（廣西來賓銀海鋁業(yè)有限責任公司，廣西 來賓 546135）

1 鋁電解槽低電壓研究的意義

由于電解鋁行業(yè)是耗電大戶，所以，鋁電解節(jié)能意義非常重大。在實際生產過程，影響鋁電解生產的電能，主要通過提高電解槽電流效率和降低電解槽平均電壓。由于全國鋁電解企業(yè)起點不同，導致原鋁直流電耗的差異也比較大，比較好的企業(yè)原鋁噸鋁直流電耗12500Kwh,比較差的企業(yè)原鋁直流電耗高達13500～14000Kwh，可見，不同的企業(yè)之間的電耗差距很大。所以，鋁電解節(jié)能潛力巨大。在實踐的生產中可以通過降低電解溫度、合理的電解質成分、合理的極距和較低的氧化鋁濃度、低的效應系數(shù)來提高電流效率。通過提高電解質的電導率、降低陽極過電壓、改善導體接觸點、減少陽極效應分攤，來實現(xiàn)降低平均電壓[1]。

2 鋁電解電壓的理論基礎

（1）平均電壓。對于電解槽平均電壓由三個部分組成：V平＝V工作＋V效應＋V黑。其中：黑電壓——我們也叫它線路電壓，在電解槽的設計定型后，要想降低黑電壓，可以從增加電解槽的絕緣性能，同時改善導體之間的接觸點增加導電母線的截面積，但需要增加公司的成本投入，所以降低黑電壓潛力并不大。效應電壓——是指電解槽發(fā)生效應后分攤在電解槽的電壓(V效應)。

（2）槽電壓。槽電壓由七個部分組成：E槽＝E分解＋E過+E電解質＋E陽極＋E陰極＋E母線＋E其它。逐步降低槽電壓是維護電解槽熱平衡最重要的因素，它決定著電能消耗率。槽電壓偏高，則電能消耗越高，且容易破壞規(guī)整的爐膛，甚至導致電解槽熱行程，增加在產鋁的燃燒損失，影響電流效率的提高。①電解質壓降主要受電解質的極距和導電率影響。正常情況下，電解質中炭粒的含量為0.04%，對電解質導電率的影響不過1%。如果電解槽電解質中的炭渣增加，當達到0.6%時導電率將會降低10%左右。電解質中懸浮的氧化鋁顆粒，會影響電解質的導電率。同時會減少電解質對炭粒的濕潤性，我們可以采用弱酸電解質(分子比為2.2～2.4)，也可以添加一些能降低電解質的導電率的添加劑來提高電解質的導電率。②降低陽極壓降，在我們實踐生產中要想降低陽極壓降，可以從嚴格控制陽極糊的比電阻。所以提高陽極糊的導性能，降比電阻10Ωmm2/m的關鍵所在，可以節(jié)省直流電耗170Kwh/tAl左右。提高陽極工作質量并嚴格控制陽極碳塊重量，在保證陽極工作正常，陽極電流分布均勻的情況下，降低陽極壓降，另外，適當對磷生鐵成份配比進行調節(jié)，因為磷生鐵成份對于澆鑄性能及接觸點壓降有明顯的影響。

3 管理中實現(xiàn)低電壓依據(jù)

在生產過程中要想實現(xiàn)降低電壓，對電解槽的日常的管理要求比較高，管理中影響電解槽電壓主要有換陽極操作質量、陽極卡具壓降、減少陽極效應發(fā)生和電解質壓降等。在生產中只有精心操作，才能降低壓降的目的。

（1）換極操作質量。在換極的時候，打開槽蓋板不能超過四塊，以減少熱量的損失，重點抓住三個環(huán)節(jié)，即提前與計算機聯(lián)系，撈塊干凈，扒料，陽極設置精度。在天車未拔出殘極前必須檢查殘極導桿上有無畫線記錄，確保新極畫線時有該線作參照物，準確裝入槽內，從而保證電解電解槽陽極導電均勻，工作正常平穩(wěn)生產。裝極的時候要裝正、居中、緊貼大母線，收邊的時候要在下面覆蓋一小層氧化鋁粉，以減少燒空、燒塌；同時收邊的時候使用的快料要?。ㄖ睆?0cm以內），不能使用大塊收邊，在覆蓋的保溫料要足夠，以達到更好的保溫效果。

（2）陽極卡具壓降。陽極導桿表面不光滑會導致導桿與卡具接觸壓降增加，所以，我們用角磨機來打磨陽極導桿，盡量降低壓降，換陽極前先把導桿打磨光滑。同時，裝陽極需把導桿和水平母線表面清刷干凈，進行抬母線操作時要人工復緊卡具，卡具操作完成后及時測量卡具壓降，壓降值大于10mV的人工用鋁錘敲打并再次復緊。使卡具壓降控制在10mV內，從而確保整體的卡具壓降較低。

（3）減少陽極效應發(fā)生。在生產現(xiàn)場減少陽極效應的發(fā)生，降低電解槽分攤電壓，控制好效應會給生產帶來好處，作為管理者要控制好電解槽工藝技術條件，合理優(yōu)化電解槽工藝技術條件，保證電解槽能量平衡。在生產現(xiàn)場的操作人員要經(jīng)常巡視電解槽的下料情況，并檢查電解槽的設備情況，及時清理打擊頭包和打擊頭卡堵，減少陽極效應的發(fā)生。同時經(jīng)常看電解槽電壓曲線，發(fā)現(xiàn)電壓有上升趨勢，必須檢查電解槽的情況，控制效應次數(shù)和時間可以從根本上減少陽極電壓分攤。

（4）電解質壓降。在實際的生產中，想做到所有的槽極矩保持一致非常困難，只要通過傳統(tǒng)的方式設置陽極，選擇最佳的設定電壓，從而使電流效率不受損失，而工作電壓最低，可以降低直流電耗。在極距相同下，不同的電解質成分壓降不同，主要受到電阻率不同。事實證明，電解質CaF2的含量在5%左右，分子比控制在2.4～2.5時，電解質壓降將控制在比較合適的范圍。同時加強電解質中碳渣的打撈，可以有效提高電解質的電導率，降低電解質壓降。

4 鋁電解槽生產實踐運行情況

（1）爐底壓降。爐底的好壞直接關系到電解槽穩(wěn)定的條件，也關系到電解槽低電壓生產維持時間的長短。12月份開始，電解槽電壓降到了3.85V，經(jīng)過幾個月對電解槽爐底壓降測量和換極跟蹤摸爐底，爐底壓降控制在390mV以下，中縫有稀沉淀，說明電解槽爐底狀況比較好。

（2）電解槽下料量。在設備穩(wěn)定的情況下，下料量可以反應電解槽的效率。在電解槽逐漸開始降電壓，我們從電解槽報表可以看出，下料量開始逐漸減少，平均下料量都在4820kg，在生產現(xiàn)場對電解槽稱料，每個點下料量在1.8kg，屬于正常范圍，說明電解槽效率隨著電壓的下降效率開始下降[2]。

（3）電壓擺時間。電解槽電壓擺直接反應電解槽的槽況，電壓擺越多，槽況越不穩(wěn)定，反之，越穩(wěn)定。經(jīng)過幾個月低電壓生產，電解槽電壓擺單槽控制在5分鐘以內，電壓擺時間沒有隨電壓下降增加。

（4）鐵硅含量。鐵硅含量是關系到原鋁合格率，從側面反應電解槽的穩(wěn)定情況，也反應電解槽爐膛情況，從這幾個月化驗的數(shù)據(jù)進行對比，鐵硅含量隨著電壓降低有所變化，尤其是硅的含量下降明顯，說明電解槽爐膛開始收縮。

5 與試驗前生產指標對比

（1）平均電壓。從圖1可以看出，試驗后電壓比試驗前電壓下降246mV，降低的幅度很大，同時2013年12月份開始，電解槽的平均電壓控制在3.88V左右，電壓變化不明顯，說明電解槽比較穩(wěn)定。

圖1 試驗前后電壓對比圖

（2）電流效率。從圖2可以看出，試驗前電流效率比試驗后電流效率高2%，試驗后電解槽的平均電流效率為91.3%，電壓降下來后，電流效率損失比較大。

圖2 試驗前后電流效率對比圖

（3）直流電耗。從圖3可以看出，試驗后直流電耗比試驗前電耗下降明顯，與試驗后的平均噸鋁電耗相比，下降515Kwh/tAL，說明降電壓取得比較好的能耗指標。

圖3 試驗前后直流電耗對比圖

（4）效應系數(shù)。從圖4可以看出，試驗后的效應系數(shù)與試驗前的效應系數(shù)相比，效應系數(shù)下降至0.08槽/日，說明在低電壓生產實踐過程中，控制效應是降低能耗的關鍵。

圖4 試驗前后效應系數(shù)對比圖

6 結語

330KA鋁電解槽生產實踐證明，在進行電解槽低電壓生產中，電解槽爐底壓降控制在390mV以下，才能使電解槽爐底狀況良好，電壓擺時間單槽控制在5分鐘/天，保證電解槽穩(wěn)定。與試驗前生產指標對比，平均電壓下降246mV,電流效率下降2%，效應系數(shù)降低了0.08槽/日，噸鋁直流電耗下降515Kwh。經(jīng)過現(xiàn)場工作人員長時間的生產實踐，得出低電壓生產會使電流效率下降，但可以降低直流電耗，綜合的能耗指標明顯下降。

[1]宋祥君.400KA鋁電解槽能源優(yōu)化控制系統(tǒng)及實現(xiàn)[D].湖南:中南大學,2010.

[2]廣西投資集團公司內部資料.