180kA鋁電解槽降低陽(yáng)極效應(yīng)系數(shù)的策略及經(jīng)驗(yàn)

田 浩

青海黃河水電鑫業(yè)分公司，青海 西寧 810000

0 引言

電解鋁行業(yè)屬于高能耗產(chǎn)業(yè)，能源利用率低于48%。在能源嚴(yán)重缺乏的今天，節(jié)能降耗已成為鋁工業(yè)發(fā)展的新方向。效應(yīng)均攤電壓對(duì)電耗的影響為30mv～150mv，在其它降耗潛力都已挖掘的情況下，通過(guò)降低效應(yīng)系數(shù)來(lái)降低直流電耗仍然有較大的節(jié)能空間。

1 降低陽(yáng)極效應(yīng)系數(shù)的可行性分析

1.1 陽(yáng)極效應(yīng)發(fā)生的機(jī)理

陽(yáng)極效應(yīng)是熔鹽電解所固有的一種特征現(xiàn)象。陽(yáng)極效應(yīng)可以看作是一種“阻塞效應(yīng)”，在很大程度上阻礙陽(yáng)極與熔體間的電流傳遞。對(duì)陽(yáng)極效應(yīng)發(fā)生的機(jī)理及其反應(yīng)過(guò)程，可謂眾說(shuō)紛紜，有濕潤(rùn)性改變學(xué)說(shuō)，陽(yáng)極過(guò)程改變學(xué)說(shuō)，氟離子放電理論，靜電理論等。但每種理論都說(shuō)明鋁電解槽陽(yáng)極效應(yīng)發(fā)生的本質(zhì)是陽(yáng)極表面供給不足。

造成陽(yáng)極表面供給不足的主要原因有3方面：一是氧化鋁供給不足（下料量偏低）；二是電解質(zhì)溶解溶解氧化鋁能力偏差；三是電解質(zhì)傳質(zhì)能力不足（電解質(zhì)發(fā)粘）。因此，從理論上來(lái)講，只要我們保持陽(yáng)極表面有充分的，就可以控制陽(yáng)極效應(yīng)的發(fā)生。實(shí)際生產(chǎn)中，許多效應(yīng)的發(fā)生，有明確的原因就是氧化鋁供給不足或電解質(zhì)溶解氧化鋁能力偏差引起的。

1.2 陽(yáng)極效應(yīng)對(duì)生產(chǎn)的益處及降低效應(yīng)系數(shù)后對(duì)生產(chǎn)的負(fù)面影響

1.2.1 陽(yáng)極效應(yīng)的發(fā)生對(duì)生產(chǎn)有以下好處

1）清理陽(yáng)極底掌，活化陽(yáng)極表面，保證陽(yáng)極正常工作；

2）促使炭渣分離，保持電解質(zhì)清涼，保證氧化鋁正常溶解；

3）通過(guò)效應(yīng)等待期間減量下料或停止下料的方式，消化過(guò)多的氧化鋁原料，定期檢驗(yàn)糾正氧化鋁濃度，對(duì)槽況分析進(jìn)行一次“清零”，便于槽控機(jī)利用濃度電阻控制原理，盡可能把Al2O3濃度保持在理想范圍；

4）加速電解槽沉淀的溶解，防止?fàn)t底結(jié)殼，保證電解槽正常運(yùn)行。

1.2.2 降低效應(yīng)系數(shù)后可能對(duì)生產(chǎn)造成的負(fù)面影

1）由于陽(yáng)極質(zhì)量不太好，減少效應(yīng)發(fā)生的機(jī)率后，減弱了對(duì)陽(yáng)極底掌定期清潔清理的作用，出現(xiàn)陽(yáng)極底掌消耗不均，甚至陽(yáng)極長(zhǎng)包現(xiàn)象。

2）電解質(zhì)臟，比電阻大，減小有效工作電壓和極距，影響電流效率或?qū)е虏蹨厣摺?/p>

3）減少消化過(guò)剩氧化鋁的機(jī)會(huì)，造成爐底沉淀增多，槽控機(jī)判斷和控制的精確性變差。

1.3 陽(yáng)極效應(yīng)系數(shù)偏高的主要原因

1）工藝上人為等待效應(yīng)；

2）氧化鋁輸送、下料故障或不準(zhǔn)確；

3）控制模型不適應(yīng)；

4）氧化鋁質(zhì)量不穩(wěn)定；

5）陽(yáng)極質(zhì)量問(wèn)題；

在20世紀(jì)70年代的轉(zhuǎn)折時(shí)期，一批出色的華裔作家涌現(xiàn)出了文壇。其中，華裔女作家湯亭亭(Maxine Hong Kingston)發(fā)表了美國(guó)華裔文學(xué)史上里程碑式的作品——《女勇士》(The Woman Warrior:Memoirs of a Girlhood Among Ghosts)，將美國(guó)華裔文學(xué)推上了一個(gè)高峰。

6）工藝條件問(wèn)題；

7）限電或供電不足。

2 降低效應(yīng)系數(shù)的策略及措施

2.1 工藝技術(shù)條件優(yōu)化

從生產(chǎn)工藝角度來(lái)講，需要解決取消或延長(zhǎng)人為效應(yīng)等待，氧化鋁的順利溶解及槽況的平穩(wěn)運(yùn)行。大量研究和實(shí)踐都表明，延長(zhǎng)或取消效應(yīng)等待間隔是降低效應(yīng)系數(shù)的重要舉措。氧化鋁順利溶解。效應(yīng)發(fā)生的主要原因是陽(yáng)極表面濃度不足。因此，在不造成過(guò)多爐底沉淀的前提下，電解質(zhì)中足量的氧化鋁濃度是降低效應(yīng)系數(shù)的根本。在相同電解質(zhì)溫度和氧化鋁濃度情況下，過(guò)熱度越低，氧化鋁溶解速度越慢。在相同過(guò)熱度和氧化鋁濃度下，電解溫度越低，氧化鋁溶解速度越慢。氧化鋁濃度越低，越有利于氧化鋁的溶解，而提高電解溫度和過(guò)熱度對(duì)溶解氧化鋁有利。電解槽炭渣多時(shí)，電解質(zhì)表面漂著一層炭渣，使加入電解槽內(nèi)的氧化鋁與電解質(zhì)接觸不好，降低了氧化鋁的溶解速度。

電解槽只有平穩(wěn)才能高效，各種控制和管理意圖才能實(shí)現(xiàn)，對(duì)于降低效應(yīng)系數(shù)同樣有利。電解槽的平穩(wěn)包括合理的技術(shù)參數(shù)，高質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)操作，精確細(xì)致的管理調(diào)整。

2.2 槽控機(jī)控制模型的改進(jìn)

關(guān)于氧化鋁濃度控制的原理，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者進(jìn)行深入的研究，并已經(jīng)取得令人滿意的成果。研究表明，在1.2%～3.9%范圍內(nèi)，氧化鋁濃度每降低1%，電流效率可提高2%，并且，槽電阻隨濃度變化也較為靈敏。因此我們將氧化鋁濃度控制范圍選在電流效率高，并易于保持的低濃度區(qū)（1.5%wt～3%wt）。

廣泛應(yīng)用的智能模糊控制技術(shù)，在模糊規(guī)則推理的基礎(chǔ)上以槽電阻斜率和累積斜率為主要判斷依據(jù)，對(duì)電解槽下料進(jìn)行分檔控制，即“欠—正—過(guò)”3種下料狀態(tài)，來(lái)回轉(zhuǎn)換。

綜合分析的內(nèi)容不僅包括槽電阻的變化情況分析，還包括物料平衡估算，陽(yáng)極效應(yīng)等異常槽況判斷，陽(yáng)極效應(yīng)預(yù)報(bào)，槽況穩(wěn)定性分析，下料控制中可能出現(xiàn)的種種異常情況分析等。然后根據(jù)槽況綜合分析的結(jié)果選擇適宜的下料控制模式，在必要時(shí)調(diào)整控制規(guī)則及控制器的動(dòng)態(tài)特性以便使電解槽盡快地回復(fù)到最佳的工作區(qū)間，并在通過(guò)槽況分析獲得氧化鋁濃度工作點(diǎn)偏低或偏高的結(jié)論時(shí)，修正下料模糊控制的設(shè)定值。

2.3 供料設(shè)備裝置的改良

供料及打殼下料系統(tǒng)是否良好正常，直接影響到氧化鋁能否順利足量地進(jìn)入槽中。通過(guò)分析，75%以上的突發(fā)效應(yīng)是由于供料或打殼下料系統(tǒng)的原因造成的。因此，改良供料系統(tǒng)是控制突發(fā)效應(yīng)的關(guān)鍵。

2.4 增加輔助操作

重點(diǎn)處理下料點(diǎn)處爐底沉淀。在長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)際中，生產(chǎn)控制并非經(jīng)常處于最佳狀態(tài)，下料點(diǎn)處長(zhǎng)結(jié)殼、堆沉淀的現(xiàn)象較多，影響到氧化鋁的全部進(jìn)入和順利溶解。改善此處爐底后，氧化鋁的溶解擴(kuò)散狀況好轉(zhuǎn)，對(duì)控制突發(fā)效應(yīng)有益。

扒開(kāi)下料點(diǎn)處堆料，提高下料口開(kāi)扎率。擴(kuò)容至180KA后，由于下料間隔縮短，電解質(zhì)總量減少，下料口堆料現(xiàn)象增多，只能靠打殼時(shí)擠壓進(jìn)去少量的原料。為了控制突發(fā)效應(yīng)，生產(chǎn)中要求及時(shí)扒開(kāi)小堆料，把下料口隨時(shí)處理，便于氧化鋁順利足量地進(jìn)入槽中。

炭渣的分離與氧化鋁濃度，過(guò)熱度等因素有關(guān)。氧化鋁濃度低，電解質(zhì)對(duì)陽(yáng)極的濕潤(rùn)性差，有利于炭渣分離。過(guò)熱度越高，電解質(zhì)流動(dòng)性好，越有利于炭渣的分離。

由于陽(yáng)極質(zhì)量不甚理想，槽內(nèi)炭渣太多，漂浮在液面上，隔斷了氧化鋁與電解質(zhì)的充分接觸，成為效應(yīng)系數(shù)升高的又一重要原因。在實(shí)際生產(chǎn)中，采用勤撈炭渣的辦法，利用一切機(jī)會(huì)盡可能人工撈出槽中炭渣，減少電解質(zhì)的合渣量。通常從出鋁口及換極處液面打撈，槽內(nèi)炭渣太多時(shí)可從大面及煙道端打洞打撈。為了提高執(zhí)行力度，把炭渣打撈形成管理考核制度，當(dāng)作日常性工作來(lái)抓，改善電解質(zhì)溶料能力。

[1]邱竹賢主編.鋁電解.冶金工業(yè)出版社，1982.

[2]田應(yīng)甫主編.大型預(yù)焙鋁電解槽生產(chǎn)實(shí)踐.中南工業(yè)大學(xué)出版社，2003.

[3]低效應(yīng)作業(yè)的探索與實(shí)踐.中國(guó)鋁業(yè)鄭州研究院.