電解鋁生產工藝的優化分析

金 嶺

（黃河鑫業有限公司，青海 西寧 811601）

分析目前我國電解鋁企業生產情況可以看出，電解鋁企業發展目前遇到了技術瓶頸問題，其主要影響原因為電解鋁能耗過高。如果強行降低電解鋁電壓，則會影響電解槽熱吸收，從而影響產品質量。針對這一現象，目前一些企業主要采取強化電流的方式，但受到整體系統性能影響未取得良好效果。在實際電解鋁生產工藝中，控制電壓與電流效率為矛盾體，電壓下降的同時會導致電流效率下降，因此其生產功率優化應首先解決這一問題。同時電解鋁生產工藝優化需要考慮到電耗成本，其在電解鋁生產中成本中占據約45%～50%的比重，部分企業達到60%。因此，生產工藝需要電耗成本方面考慮，提高優化工藝可行性。針對我國電解鋁生產工藝無法滿足工業發展現狀，提出電解鋁生產工藝的優化分析。

1 電解鋁生產工藝的優化分析

（1）加工工藝優化。電解鋁行業作為高能耗工業生產行業，其生產工藝優化需要從加工工藝優化入手。電解鋁生產過程中能源消耗主要為直流電與其他輔助工序電能消耗，其中直流電占據整體電能消耗95%左右。目前現有電解鋁生產工藝流程，如圖1所示。

圖1 電解鋁生產工藝流程

根據目前現有電解鋁生產工藝，直流電消耗量受到觸電槽效率與電流影響，其平均電流與直流耗電量呈正比。而直流電耗與電流大小并無直接影響，電解鋁生產想要取得良好技術指標，不能直接減少直流電耗。想要做到生產工藝優化首先需要保證電解工藝中爐膛的規整與穩定性。目前電解鋁生產中60kA側插自焙鋁電解槽生產中，主要采用邊部加工方式。這種加工方式由于受到加料方式限制，不僅容易造成局部沉積現象出現，且由于無法抑制上口過空情況，導致電解槽電流空耗。因此采用半壓殼式加工工藝，彌補上口過空情況，形成一個較為規整、穩定的爐膛。半壓殼式加工主要操作方式為在槽沿板5cm處增加一條10cm～15cm的加工邊縫，利用壓殼工具沿陽極邊部下壓，盡量保持較大下壓面積，使其與電解質充分接觸，在殼面上覆蓋新的氧化鋁，且這一加工過程不允許其他電解質侵入。這一加工步驟，與電解質中其他成分形成新爐幫，能夠起到一定蓄料作用，幫助電解質熔化爐幫，在一定程度上彌補氧化鋁反應。半壓殼式加工方式以電解質熔解特性為基礎，針對實質熔解氧化鋁能力較差問題，在熔解氧化鋁表面形成殼面。解決電解質無法熔解殼面造成爐膛畸形問題，是電解槽運行狀態保持在穩定狀態，實現電解鋁加工工藝優化。

（2）平均電壓優化。平均電壓優化即對工作電壓控制，使分攤電壓與母線電壓處于一個較低水平。考慮到整體工作電壓由多個不同等級電壓體系組成，不是單一電壓，因此采用多級優化形式對其進行降壓優化。分攤電壓首先需要減小效應時間，并增加效應間隔逐步削弱效應系數作用。電壓中母線電壓對電解槽結構影響較大，從接觸面壓降為切入點，重點針對卡具、立柱母線以及停槽短路口等部位，在保證其接觸面潔凈前提下，將電壓控制在10mV以下。電壓優化考慮到分子比低為整體生產工藝帶來影響，采用低分子比操作。根據實際生產工藝情況，首先消滅電解槽中2.9分子比，保證電解槽穩定后，逐漸將分子比跳繩到2.85、2.80。采用低分子能夠有效提升電流效率，降低生產中電耗。

（3）電流效率優化。電流效率優化需從參數調整方面入手，通過溫槽智能控制，使分子比與過熱度能保持在一個較為合理變化值內。當溫度過高時，需要保證分子比保持在下限值左右，反之則保持在上限值左右。根據電解槽冷熱行程變化趨勢變化氟鹽添加量，保證分子比始終保持在一個較為合理范圍內。通過單因素法對影響電解槽因素進行排查，并針對其中重點控制。目前現有工藝中已有包括控制人造伸腿尺寸改變電流效率、優化電解工藝參數等多種技術，使生產中過熱度保持在一個較低水平。同時其氧化鋁、陽極材料以及管理模式等都能夠對電流效率產生影響。且在傳統生產工藝中，隨著電流效率的增加，鋁熔解損失量會增加，導致電流效率降低。因此，同樣可以從陽極強化入手，調整釘棒角度，將其縮短至18cm～19cm，減少外露尺寸，降低陽極壓降，從而實現電流效率優化。

（4）高鋁操作水平優化。鋁電解生產工藝在強大電流下發生復雜高溫反應，其反應相互關聯。由于電解槽中高溫熔體具有較強腐蝕性，無法在線檢測數據，想要實現其優化過程，需要考慮到鋁水平過高對生產過程帶來的不良影響。高鋁操作容易使陽極出現上口爐幫易化、易滾鋁、爐底易熱以及陽極埋入深等，且存在鋁二次反應損失增加情況。因此從槽礦情況、熱平衡以及物料平衡幾個方面入手，結束自動化技術控制含鋁量。含鋁量降低后，能夠有效減少磁場對電解槽影響，減少病槽發生率，提升高鋁操作水平。

（5）電力消耗優化。除電解槽外，其他輔助設備電耗的影響對生產工藝的影響同樣不可忽視。輔助設備電耗主要來源于電解動力、陽極組裝、空壓機運行以及供料凈化等多個生產工序。其電解動力與空壓機電力消耗優化主要從運行方式入手，在改變其設備溫度與運行環境溫度的條件下，使整體運行處于最佳狀態，避免其他環境因素影響帶來的多余電力消耗；而陽極組裝電耗主要受到爐頻率影響，因此選擇中頻爐能夠很好起到節能效果；供料凈化主要對其運行方式與運行參數控制，使其達到穩定運行。除以上因素外，電耗同樣受到氧化鋁濃度影響，高濃度氧化鋁不僅會造成沉積，降低電流效率，增加電耗，降低生產效率。因此在半壓殼式加工方法下，想要降低電耗，需要達到電解質熔解平衡，對降低電耗起到積極促進作用。

2 結語

電解鋁生產工藝優化能夠使各項指標得到很大提升，并有效提高企業產量。優化過程中主要針對電解鋁電耗問題入手，針對各生產程序運行情況，從多方面條件入手，創造出應用性較高的優化生產工藝。利用半壓殼式技術優化其整體加工工藝，并對電力消耗、平均電壓以及電流效率等多方面進行優化，實現循序漸進，完成整體生產工藝優化。