中孚400KA電解槽非對稱陽極在生產中的應用

邢二超 胡廣謙 胡佳佳 雷延平

摘要：現代鋁電解中，在電流一定的情況下，通過降低陽極電流密度來提高電解槽電流效率的唯一方法就是通過改變陽極的尺寸，在原有的陽極高度下，對中縫處的陽極進行加長，使用非對稱陽極，從而降低陽極電流密度，提高電解槽效率。

關鍵詞：改變陽極尺寸;降低電流密度;提高電效

前言：

中孚鋁業公司（以下簡稱公司）400KA系列電解槽2008年8月份建成投產，共計216臺電解槽，三個電解車間，六個工段，目前使用的陽極有：內部碳素廠生產的中孚550mm陽極共計80臺電解槽、外購590mm陽極共計136臺電解槽。通過使用非對稱陽極，把陽極尺寸進行改進，降低陽極電流密度，電解槽各項指標有了明顯提高。

一、非對稱陽極改進

非對稱陽極是在普通陽極的基礎上，加長陽極長度，增加陽極面積，從而降低陽極電流密度。底掌面積增大，陽極底掌長度向中縫位置增加了5公分，寬度、高度不變，且中縫的兩個豎直角進行倒角處理，便于錘頭順利打殼動作。公司400KA電解槽設計陽極中縫的寬度為18cm，采用在陽極一端增加5公分，其余尺寸不變，把加長陽極放在電解槽中縫位置，既電解槽中縫為8公分。

二、實施效果

非對稱陽極碳塊自2013年3月份在電解二分廠108臺電解槽上開始使用，7月份，陸續增加到136臺電解槽，通過使用電解槽穩定性明顯增加，各項指標趨于行業領先水平，取得了較好的效果。

（一）爐膛的改善

由于目前國內氧化鋁中雜質較多、溶解性較差，電解質理、鉀含量大量富集，導致電解質初晶溫度過低，電解質溫度下降，達920度左右，電解質成分變得復雜，過熱度增大，技術條件保持難度增加，電解槽爐膛遭到嚴重破壞，對項生產指標造成巨大影響。使用非對稱陽極，陽極中縫寬度減小后，中縫爐底導電面積增加，有利于中縫沉淀的減少，爐膛得到進一步的穩定。

（二）爐底壓降的降低

中縫縮小后，爐底導電面積增加，減少了中縫沉淀的生產，利于爐底壓降的降低，以電解一車間二工段為例，使用非對稱陽極后，爐底壓降保持穩定下降趨勢。

（三）16h電流分布的改善

新換陽極要求16h導電80%，但在實際生產中，受槽溫、電解質成分、電壓、極距等因素影響，16h電流分布較差，新極導電過慢，周圍的溫度較低，陽極底掌上粘有大量電解質，下到火眼中氧化鋁不能充分溶解，產生沉淀，且閃爍效應增多，爐膛遭到破壞。

使用非對稱陽極后，16h電流分布明顯改善，正常電流分布值為5MV，那么16h電流分布由原來的48%提高到60%。16h電流分布的改善，有利于電解槽爐底沉淀的減少，槽內氧化鋁濃度均勻分布，閃爍效應減少和爐膛的穩定。

（四）電流密度的降低（極距的增加）

400KA目前電流強化至411KA，使用普通陽極碳塊時陽極電流密度約為0.765 A/cm2，使用非對稱陽極后的陽極電流密度則則為0.741 A/cm2，當陽極電流密度降低時，單位面積上析出的氣體量減少，排出速度降低，攪拌作用減弱，氧化區域縮小，擴散厚度相對增大，使得鋁的溶解和二次再氧化損失減少，提高電流效率。

鋁工業電解質的電阻率在0.47-0.45Ω·cm之間，取中間值0.46Ω·cm計算：

1.38/（0.765*0.46）=3.92cm

1.38/（0.741*0.46）=4.05cm

極距增加量為：4.05-3.92=0.13 cm

每提高約35mv電壓才能提高1mm極距，那么當電解質成份相同時，單純改變陽極面積，將陽極電流密度從0.765 A/cm2減小至0.741 A/cm2后極距增加0.13cm相當于提高電壓45mv增加的極距。

隨著電流密度降低，極距的增加，電解質攪拌強度就會減弱，同時也減少鋁在電解質中的溶解損失，有利于爐幫的穩定和電流效率的提高。

（五）陽極碳耗對比（創造的經濟效益）

非對稱陽極增加了陽極長度，單塊重量也相應增加，由952.1kg增加到968.9kg，增加了16.8kg，由于電流密度的降低，中縫氧化明顯減少，減少了碳塊的非正常消耗，陽極周期由31天增加到33天，延長了兩天。2月3月平均碳耗486kg，4～7月平均469.8kg，對比節約16.2kg，使用非對稱陽極后，雖然陽極碳塊重量增加16.8kg，陽極消耗速度比理論上減少，延長了陽極周期，陽極碳耗也相應的降低。

（六）穩定性增加

陽極是電解槽的心臟，每換一次陽極就是對電解槽的“一次干擾”。換極后勢必會造成電解槽濃度走反、下料卡堵、電壓偏離值增大、噪音值增大、突發效應、電流分布紊亂、陽極長包、掉塊、脫爪化爪等。以上這些現象在很大程度上影響到電流效率、直流電耗、原鋁質量和陽極毛耗等技術經濟指標，增加原鋁生產成本。使用非對稱陽極后，延長了換極周期，由原來的31天周期，增加到33天周期，每個月休極5天，減小了電解槽陽極中縫寬度，大大減少電解槽內較大面殼塊的形成，避免更換陽極過程中較大面殼塊落入電解槽內，有利于電解槽維護，提高電解槽運行穩定性。

三、精細化管理進一步提高

減輕員工勞動強度

使用非對稱陽極，電解槽陽極中縫寬度為8公分，大大減少了陽極中縫位置的面殼塊，也減少了換極打中縫的操作，且換極時也不宜出現過大的面殼塊，減輕員工勞動強度。也杜絕了因打中縫造成的面殼塊直接進入槽內產生的沉淀，降低電解槽的氧化鋁濃度，提高電流效率。

槽維護質量得到提高：陽極碳塊加長后，大大降低了中縫封料的難度，解決了中縫塌殼和氧化難以處理的問題。

換極作業質量提高：中縫寬度縮小后，中縫與陽極表面的面殼塊易燒結在一塊，有效避免了換極時大面殼塊落入槽內，從而減小了換極作業時對運行電壓穩定性的影響。

減少了天車運行時間：中縫縮小后，在換極前就不需要對將要換極殘極進行打中縫作業，減小了天車的運行時間，提高了設備運行率。

四、結論

（1）非對稱陽極的廣泛使用，電解槽中縫的縮小，爐底導電面積增加，16h電流分布得到良好改善，爐膛不斷優化，爐底壓降有效降低。

（2）電流密度由0.765 A/cm2降低到0.741 A/cm2，極距增加0.13cm，相當于提高45MV的電壓，提高了電流效率，實際直流電耗得到有效降低。

（3）減輕員工勞動強度，精細化管理進一步提高。