大型預(yù)焙鋁電解槽強(qiáng)化電流的生產(chǎn)實(shí)踐

徐玉峰,李大寨,張 力,王世杰

（南山鋁業(yè)公司,山東 龍口 265713）

大型預(yù)焙鋁電解槽強(qiáng)化電流的生產(chǎn)實(shí)踐

徐玉峰,李大寨,張 力,王世杰

（南山鋁業(yè)公司,山東 龍口 265713）

以南山鋁業(yè)有限公司 160 kA預(yù)焙鋁電解槽 （從 160 kA強(qiáng)化到 168 kA）強(qiáng)化電流生產(chǎn)為例,論述強(qiáng)化電流生產(chǎn)的可能及對生產(chǎn)過程的影響,分析強(qiáng)化的進(jìn)程和建立新的生產(chǎn)平衡過程,指出在強(qiáng)化生產(chǎn)的工藝優(yōu)化方面不斷探尋匹配的生產(chǎn)工藝技術(shù)條件,深挖潛力,使得強(qiáng)化電流所帶來的能量用于電解生產(chǎn),使強(qiáng)化電流對電解槽沖擊變得更小,以獲取強(qiáng)化電流生產(chǎn)的最大經(jīng)濟(jì)效益.

隨著鋁工業(yè)的發(fā)展,電解生產(chǎn)管理是鋁行業(yè)共同關(guān)注的課題.如何達(dá)到產(chǎn)量最大化,物料消耗最低化,就必須解放思想,搞好科技創(chuàng)新.南山鋁業(yè)有限公司始建于 1997年,目前有 160 kA和 300 kA預(yù)焙槽系列,分為電解一廠、二廠、三廠,2006年 6月末電解 -炭素三期工程開始投產(chǎn),至2007年 6月電解 -炭素項(xiàng)目全面投產(chǎn)完畢,至此,南山鋁業(yè)原鋁產(chǎn)能達(dá) 40萬 t,炭素產(chǎn)能達(dá)25萬 t.在長期生產(chǎn)實(shí)踐中,大膽探索出一條適應(yīng)本公司槽型生產(chǎn)的科學(xué)管理模式,從而達(dá)到預(yù)期的生產(chǎn)目標(biāo).

目前很多鋁電解企業(yè)為提高原有設(shè)備產(chǎn)能,一般采用加強(qiáng)管理,優(yōu)化工藝技術(shù)條件,強(qiáng)化電流生產(chǎn)等措施.電流強(qiáng)度是鋁電解生產(chǎn)的重要參數(shù),在生產(chǎn)當(dāng)中,可以通過調(diào)整工藝技術(shù)條件等來優(yōu)化和選擇某一槽型的最適宜的電流強(qiáng)度.

南山鋁業(yè)電解一廠 160 kA預(yù)焙鋁電解槽系列電流提升到 168 kA生產(chǎn),整體槽況穩(wěn)定.而南山鋁業(yè)鋁電解槽系列設(shè)計時的電流強(qiáng)度是 160～170 kA,所以在選擇最合適的電流強(qiáng)度方面還得通過不斷的生產(chǎn)實(shí)踐,以便找到較為合適的電流強(qiáng)度,最終得以優(yōu)質(zhì)、高效、低耗的生產(chǎn),從而達(dá)到降低生產(chǎn)成本的目的.

南山鋁業(yè)電解一廠自 1999年 12月 20日全面投產(chǎn),在電流強(qiáng)度選擇方面走了很多彎路,期間電流強(qiáng)度也有所變化,但均未超過 165 kA;強(qiáng)化電流前由于槽子熱收入不足,槽況表現(xiàn)出來的現(xiàn)象有:爐底漲,角部漲,爐幫厚,小爐膛,電解質(zhì)黏度大,不易保持,突發(fā)效應(yīng)偏多等現(xiàn)象.自 2007年10月我廠 160 kA電解槽強(qiáng)化電流后,至今為止槽況方面發(fā)生了很大的變化,各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)完成情況呈穩(wěn)步上升趨勢.

表 1 平均電流強(qiáng)化進(jìn)程的部分工藝保持及生產(chǎn)指標(biāo)比對表

1 強(qiáng)化電流對鋁電解槽的二個平衡造成的影響

1.1 強(qiáng)化電流對電解槽熱平衡的影響

強(qiáng)化電流在原有工藝條件下無疑會增加單位面積的熱量,使得電解槽槽溫升高,可能導(dǎo)致爐幫熔化,電解質(zhì)增加,引起側(cè)部槽殼發(fā)紅等.電解槽爐底結(jié)殼和沉淀加劇熔化,可能使原來的破損部位表現(xiàn)出來,造成鐵硅含量上升,鋁水品位下降,爐膛變大使電流效率下降.

強(qiáng)化電流后,鋁電解槽對槽電壓技術(shù)參數(shù)的選擇是個關(guān)鍵,它是電解槽能量最主要的來源,在電解槽電阻中,只有電解質(zhì)電阻是可變的,在極距允許的一定范圍內(nèi),可以通過調(diào)整極距、改變電解質(zhì)電阻來維持強(qiáng)化電流前已確定的熱平衡,建立強(qiáng)化后的熱平衡,所以說槽電壓是維持和調(diào)整體系熱平衡最重要、最易實(shí)現(xiàn)的因素之一.假設(shè)保持原來各工藝參數(shù)不變,要求極距保持不變,槽電壓在強(qiáng)化電流后也要相應(yīng)的提高,但是大多廠家在操作上往往是沒有這樣做,而是將槽電壓保持的可能比強(qiáng)化前稍低一些,并通過增大電解質(zhì)的導(dǎo)電性等來增大極距,彌補(bǔ)槽電壓下設(shè)的空間.

1.2 強(qiáng)化電流對電解槽物料平衡的影響

強(qiáng)化電流前期可能使?fàn)t幫、槽底沉淀及結(jié)殼的熔化,使得大量的物料進(jìn)入電解質(zhì)中,造成氧化鋁濃度增加,影響電流效率.由于槽幫的熔化必定引起電解質(zhì)分子比的升高,增大氟鹽等的單耗.

2 強(qiáng)化電流后的各項(xiàng)調(diào)整

南山鋁業(yè) 160 kA電解槽自強(qiáng)化電流后,在實(shí)際生產(chǎn)中電解槽側(cè)壁溫度開始上升,爐幫融化電解質(zhì)隨之上升,個別槽還出現(xiàn)了返熱想象,槽溫升高,氧化鋁濃度上升,出現(xiàn)電壓擺和針振的槽比強(qiáng)化電流前有增多的趨勢,槽內(nèi)鋁量明顯不足,無法穩(wěn)定電解槽的熱量平衡,氟化鹽消耗增多,在強(qiáng)化電流后的頭一二個月,由于槽溫波動較大,槽幫熔化現(xiàn)象最明顯,電解質(zhì)取換量增大,加之陽極碎裂較多,原鋁品位下降等諸多不良現(xiàn)象,對此我們積極查找原因認(rèn)真分析,根據(jù)各槽的實(shí)際情況及時處理并拿出相應(yīng)的措施,使病槽在短時間得到有效的控制.

2.1 電壓的調(diào)整

在電流強(qiáng)化初期,陽極和陰極的電流密度增大,使電解槽能量增加,我廠四個區(qū)電解槽普遍存在的狀況,電解質(zhì)迅速上升,氧化鋁濃度上升,爐底返熱,槽溫升高,出現(xiàn)電壓擺次數(shù)增多,分析:強(qiáng)化電流直接導(dǎo)致陽極和陰極電流密度升高,而垂直電流密度未能得到提高,在電解質(zhì)成分和電壓不作調(diào)整的情況下,電阻隨之增大,水平電流增加,導(dǎo)致此現(xiàn)象的發(fā)生.而后我們將設(shè)定電壓適當(dāng)提高,拉長極距,緩解電解質(zhì)和鋁液的流速,阻止水平電流的增加,取得了很好的效果,穩(wěn)定了槽況.

2.2 分子比的調(diào)整,改變電解質(zhì)的成分提高電解質(zhì)導(dǎo)電能力

電解質(zhì)熔體的導(dǎo)電是離子導(dǎo)電,當(dāng)冰晶石電解質(zhì)熔體有電流通過時,電流的大部分是由鈉離子攜帶的,其他部分是由氟離子攜帶的.具有較大體積A lF36-,A lF25-,和A lF4-等陰離子并不是電流的攜帶者.通過提高分子比來提高電解質(zhì)中鈉離子的含量,提高電解質(zhì)的導(dǎo)電能力.分子比的提高加速了電解質(zhì)對爐底沉淀和結(jié)殼的清理,提高了垂直電流的導(dǎo)電量,強(qiáng)化 3個月后原先不規(guī)整的爐膛,爐底已經(jīng)開始有結(jié)殼化開,并隨之撈出,擴(kuò)大了爐膛空間,鋁水平下降.

強(qiáng)化電流期間提高分子比,可以提高電解槽的穩(wěn)定性,使電解槽盡快適應(yīng)強(qiáng)化電流的沖擊,這在生產(chǎn)實(shí)踐中效果很明顯.應(yīng)當(dāng)引起注意的是提高分子比,會引發(fā)電解質(zhì)與鋁液接觸面電解質(zhì)溶解鋁液能力加大,造成電流效率降低.所以提高分子比是在強(qiáng)化電流初期應(yīng)用的方法,不可長期使用.

2.3 狠抓電解槽操作質(zhì)量日常管理工作

2.3.1 炭渣打撈

強(qiáng)化電流會增加陽極電流密度是針對陽極尺寸沒有改變的情況下而言.陽極電流密度增大后對陽極炭塊的影響主要是熱應(yīng)力問題以及陽極氧化掉渣問題.至于陽極電流密度能提高多少,應(yīng)根據(jù)不同槽型、電解槽生產(chǎn)所選技術(shù)條件以及原材料質(zhì)量等實(shí)際情況而定,方可以取得最佳經(jīng)濟(jì)效果.

而近些年大型鋁電解槽在設(shè)計上加工面就比較小,如我廠 160 kA槽型,加工面為 300 mm,中縫為 200mm,陽極尺寸無法加大,強(qiáng)化電流時陽極電流密度必然會增加.日常生產(chǎn)中,表現(xiàn)出來的陽極掉渣多,電解質(zhì)表面炭渣較多很明顯,因此我們在日常要求上將打撈炭渣列為很重要的操作之一,利用一切機(jī)會打撈炭渣.

2.3.2 勤摸爐底

強(qiáng)化電流后,陰極炭塊表面積沒有改變,所以相對陰極塊表面積的電流密度增加,這會對陰極的壽命造成影響.陰極電流密度的增加也會對電流效率造成影響.陰極電流密度的增大,首先對陰極炭塊本身而言,其受到熱應(yīng)力會增大.陰極電流密度增大后,陰極炭塊自身的發(fā)熱量增加,在其他條件不變的情況下,其受到的熱應(yīng)力自然會增大 （熱變形大）.其次,陰極電流密度增大后,陰極本體的溫度會升高,這將有利于液體物質(zhì)往陰極下層滲透,加速了電解槽的早期破損,縮短槽壽命.對于已存在破損的陰極,其內(nèi)部存在著電解質(zhì)或鋁水,且它們在一定厚度層里以液體存在.所以,強(qiáng)化電流對已存在破損的槽子來講,加速破損將更明顯.

因此要求摸清每一臺電解槽的爐底,爐幫變化情況,使每一次調(diào)整都有針對性.對個別異常槽和破損槽要區(qū)別對待,加以維護(hù).強(qiáng)化電流后爐底 壓降及伸腿變化如表 2,圖 1所示.

表 2 強(qiáng)化電流后爐底壓降變化

圖 1 電流強(qiáng)化前后伸腿情況

強(qiáng)化電流過程中發(fā)現(xiàn)的破損槽,將其鋁水平提高 2cm,采用低過熱度低溫生產(chǎn),同時將該槽下設(shè)槽電壓,并加強(qiáng)巡視管理,保證生產(chǎn)安全運(yùn)行.2.3.3 勤調(diào)整

要勤了解多溝通,及時從操作者身上了解每一個角落的爐底情況信息,勤觀察勤調(diào)整,調(diào)整幅度不宜過大,尤其是對 NB的調(diào)整,防止電解槽內(nèi)某一地方出現(xiàn)大量沉淀,一定要保證所做調(diào)整是改善電解槽的運(yùn)行狀況,而不是加劇槽子向不利的方向發(fā)展.

3 結(jié) 語

（1）強(qiáng)化電流生產(chǎn)應(yīng)更注重電解槽的物料、能量平衡,每強(qiáng)化到一個階段,都要尋求一個新的體系,新的平衡,形成一套可行的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn),達(dá)到降低生產(chǎn)成本、提高綜合經(jīng)濟(jì)效益、強(qiáng)化電流的生產(chǎn)目的.

（2）從上述的平均電流強(qiáng)度進(jìn)程工藝參數(shù)保持及生產(chǎn)指標(biāo)對比表可以看出,南山鋁業(yè)強(qiáng)化電流生產(chǎn)是可行的.

（3）強(qiáng)化電流生產(chǎn)要充分認(rèn)識到電壓,分子比,極距與磁場流場之間的相互關(guān)系.強(qiáng)化電流控制在一定的范圍可以提高一定的產(chǎn)量,同時可提高電流效率.但強(qiáng)化電流不可無止境強(qiáng)化,如果電流強(qiáng)化后,生產(chǎn)惡化了,原有的電流效率降低了,應(yīng)對電流強(qiáng)化進(jìn)行綜合的評價,對電解槽的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的控制也應(yīng)有有更高的要求.但最終還需要實(shí)踐才能加以確定.

A

1671-6620（2010）S1-0065-03