240kA鋁電解槽低電壓綜合節(jié)能技術(shù)的研究及應(yīng)用

王繼民 張東存

摘 要：隨著社會的不斷發(fā)展、經(jīng)濟的不斷進(jìn)步、時代的不斷變遷，電解鋁工業(yè)也面臨著環(huán)境以及能源等方面的壓力，當(dāng)前節(jié)能減排也已然成為了電解鋁行業(yè)的主旋律。由于目前鋁電解產(chǎn)能過剩，因此通過使用現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)施，對控制技術(shù)以及現(xiàn)行工藝實施改造創(chuàng)新，并且加大力度開發(fā)全新的節(jié)能技術(shù)，已經(jīng)成為很多鋁電解企業(yè)實施節(jié)能減排以及良好發(fā)展的途徑。

關(guān)鍵詞：鋁電解；低電壓；節(jié)能

中圖分類號：TF821 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）30-0279-01

近些年來，低電壓工藝已然成為鋁電解節(jié)能技術(shù)發(fā)展以及研究的重點方向。本文將從槽低電壓的組成分析著手，探討研究降低槽電壓的方案。并且對能夠影響電解質(zhì)壓降的因素以及電流效率與強化電流的關(guān)系進(jìn)行分析，全方面的對電解鋁生產(chǎn)條件對低電壓工藝所產(chǎn)生的影響進(jìn)行了解，并在這些基礎(chǔ)上確立了以低過熱度、低溫、高電流密度、低效應(yīng)系數(shù)、低氧化鋁等為特點的低電壓工藝技術(shù)。希望能夠為大家提供一些參考意見。

1 鋁電解行業(yè)的現(xiàn)狀以及未來發(fā)展

鋁電解行業(yè)是建國之后創(chuàng)建并且發(fā)展起來的，1957年我國第一家鋁電解企業(yè)正是建設(shè)完畢投入使用當(dāng)中，當(dāng)時企業(yè)內(nèi)部就擁有144臺60K側(cè)插自焙陽極電解槽，每年的設(shè)計產(chǎn)能高達(dá)2.5萬t鋁。自從改革開放后，在我國優(yōu)先發(fā)展鋁行業(yè)的指導(dǎo)下，鋁電解就得到了高效的發(fā)展。但是隨著時代的不斷變化，社會的不斷進(jìn)步，鋁電解行業(yè)在迅速發(fā)展的同時，也出現(xiàn)了資源嚴(yán)重緊缺的情況，能源以及環(huán)境的壓力也越來越大，因此環(huán)保、電耗目前已然成為了阻礙電解鋁行業(yè)發(fā)展的重要因素。近些年以來，電解鋁行業(yè)致力于挖掘節(jié)能減排的技術(shù)，開展技術(shù)改造，獲得了不小的進(jìn)展，特別是低電壓節(jié)能方面都獲得了很大的突破，在這之中較為引人關(guān)注的分為兩類：①使用新型陰極結(jié)構(gòu)技術(shù)，比如曲面型陰極、異形陰極以及導(dǎo)流型陰極。②強化電流，綜合節(jié)能技術(shù)。這兩類低電壓節(jié)能技術(shù)在電解鋁行業(yè)實施了試驗，表現(xiàn)出了很大的節(jié)能潛力，在電解鋁行業(yè)也引起了很大的關(guān)注度以及影響[1]。

2 240kA鋁電解槽降低電壓的可行性

南鋁240kA擁有112臺電解槽，通過將近八年的生產(chǎn)時間，當(dāng)前有50%的電解槽經(jīng)歷過大修重新啟動生產(chǎn)，在這其中槽齡從400～2000d不等，為了能夠更好的實施低電壓技術(shù)，減少能源消耗，實驗過程中選擇了112臺當(dāng)中槽齡在一年、三年、五年不等的三臺進(jìn)行了實驗，其主要就是對這三臺電解槽進(jìn)行能量平衡分析以及電壓測試。而這三臺電解槽除了使用時間長短不同，其工藝技術(shù)以及電解槽結(jié)構(gòu)等等都是相同的，這三臺電解槽也充分展現(xiàn)了南鋁現(xiàn)在生產(chǎn)槽各階段所生產(chǎn)的實際情況[2]。

根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，南鋁240kA系列的電解質(zhì)壓降到1506MV，而國內(nèi)有小部分的電解鋁公司已經(jīng)將電解質(zhì)壓降到1400MV，有的甚至比1400MV還要低，例如陰極壓降、陽極壓降、效應(yīng)分?jǐn)傠妷憾嫉玫搅孙@著降低，并且在實際的運行過程當(dāng)中從設(shè)計的4.10～4.20V，直接下降至4.00～4.10V，而在該基礎(chǔ)之上，如果還想要做到更大幅度的電壓降低，其潛力還需要在降低電解質(zhì)壓降方面，因為這一部分的壓降與生產(chǎn)工藝有著密切的關(guān)聯(lián)。所以深入研究電解質(zhì)壓的影響因素以及分析其下降的可行性是極為重要的。

3 240kA鋁電解槽降低電壓綜合技術(shù)的準(zhǔn)備工作

在進(jìn)行低電壓技術(shù)的實施之前，對240kA的電解槽運行情況進(jìn)行了綜合分析，通過對詳細(xì)技術(shù)手段進(jìn)行分析，了解到電解槽運行現(xiàn)狀并采取相應(yīng)的措施，進(jìn)而確保低電壓技術(shù)能夠順利進(jìn)行。

3.1 爐膛規(guī)整

在理想當(dāng)中的爐膛是能夠有效的幫助電解槽獲得高電流效率的保障，可是當(dāng)前電解槽出現(xiàn)了角部發(fā)育、爐底結(jié)殼等情況，這些都會造成陰極鋁液的變形，造成其有效極距的降低，妨礙了電解槽電壓的降低，所以保持爐膛良好的規(guī)整性，是降低電壓工藝的前提基礎(chǔ)。

因為240kA部分槽爐膛有著不規(guī)整的情況，所以我們對前期的電解槽實施了工藝方面的調(diào)整，并且通過對鋁水高度的調(diào)整，很好的改善了平衡，使用換極時進(jìn)行了爐底清潔，對現(xiàn)有的角部伸腿實施了強化處理，讓電解槽當(dāng)中的爐膛能夠得到有效的改善，進(jìn)而為實施低電壓創(chuàng)造良好條件。

3.2 低電壓實施過程當(dāng)中的階段分析

第一個階段，就是低電壓工藝的試驗，因為低電壓在240kA的電解槽上還沒有應(yīng)用成功的先例，所以，1～3個月內(nèi)成為低電壓工藝的試運行時間，這一階段所設(shè)定的電壓以及電流都實現(xiàn)了原方案的目標(biāo)值[3]。

第二個階段，就是工藝調(diào)整階段，由于第一階段的電解槽電壓并不穩(wěn)定，在第二個階段時就針對擺動較多的情況從第4個月開始對相關(guān)工藝技術(shù)進(jìn)行了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，提升電解槽穩(wěn)定性能，其中主要有一下幾個方面進(jìn)行了相應(yīng)調(diào)整：①下調(diào)電流1～2kA，與此同時將設(shè)定的電壓提升到3.88～3.90V，進(jìn)而來提升有效極距，讓電解槽能夠和組件得到穩(wěn)定。②持續(xù)提升分子比，把分子比從2.30～2.40提升到2.38～2.45，進(jìn)而提升電解質(zhì)導(dǎo)電率。③提升異常電壓當(dāng)中的附加電壓，相應(yīng)下撤鋁水高25.5～25.0cm，對爐底沉淀介殼進(jìn)行強化處理，防止伸腿的發(fā)育過度[4]。

4 結(jié)束語

綜上所述，節(jié)能減排將會成為鋁電解技術(shù)日后的主要發(fā)展方向。通過對電解槽節(jié)能需求的了解，首先我們需要對傳統(tǒng)鋁電解槽的散熱型理念進(jìn)行改變，并且逐漸向著通過低熱支出，實現(xiàn)低熱收入的節(jié)能型鋁電解槽進(jìn)行轉(zhuǎn)變。所以，研發(fā)擁有顯著節(jié)能特征的鋁電解槽，并結(jié)合生產(chǎn)的精細(xì)化管理智能化的計算機控制，對于鋁電解企業(yè)來說，實現(xiàn)深度節(jié)能的目標(biāo)能夠更加擁有可操作性。

參考文獻(xiàn)

[1]徐治儀.240kA鋁電解槽低電壓綜合節(jié)能技術(shù)的研究及應(yīng)用[D].中南大學(xué)，2013，18（12）：272.

[2]蘇其軍，趙瑞敏，陳才榮，等.420kA大型預(yù)焙槽系列綜合技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用[Z].云南云鋁涌鑫鋁業(yè)有限公司，貴陽鋁鎂設(shè)計研究院有限公司，2015，21（18）：61.

[3]李 賢，劉民章，楊國峰.240kA系列預(yù)焙鋁電解槽低溫低電壓生產(chǎn)實踐[J].有色冶金節(jié)能，2013，11（1）：18～21.

[4]趙生茂，李 劼，湯正榮，等.電解鋁“五低三窄一高”節(jié)能工藝技術(shù)集成研究[Z].青海橋頭鋁電股份有限公司，2016，14（44）：71.

收稿日期：2018-9-17