330KA鋁電解槽零效應(yīng)生產(chǎn)管理研究

舒 建

（廣西來賓銀海鋁業(yè)有限責(zé)任公司，廣西 來賓 546135）

隨著鋁電解技術(shù)的進(jìn)步，陽極效應(yīng)的價值逐步喪失，其對電解槽穩(wěn)定生產(chǎn)的不利影響反而更加突出。陽極效應(yīng)的利弊是相對而言的，效應(yīng)管理與“零效應(yīng)”管理并非矛盾，它們是時代變遷與技術(shù)進(jìn)步的產(chǎn)物。

1 氧化鋁濃度控制技術(shù)是“零效應(yīng)”管理的必要前提

（1）氧化鋁濃度與電解質(zhì)壓降的變化關(guān)系：由于氧化鋁溶解時生成體積龐大的鋁氧氟絡(luò)合離子，電解質(zhì)電阻隨著氧化鋁濃度升高而增大，但氧化鋁濃度低于4.0%左右以后，由于電解質(zhì)對炭陽極的濕潤性下降，陽極過電壓逐步升高。

圖1 電解質(zhì)電阻與氧化鋁濃度關(guān)系

（2）氧化鋁濃度與初晶溫度的關(guān)系：電解質(zhì)初晶溫度與成分密切相關(guān)，其中氧化鋁濃度是影響電解質(zhì)初晶溫度的突出因素。根據(jù)邱竹賢和張杰明教授的研究公式：

T初晶=1007.625－2.675x1－4.834x2－3.292x3－2.906x4－0.250x1x2－0.033x1x3－0.025x1x4－0.528x2x3＋0.229x2x4－0.166x3x4

式 中 ： x1——AlF3濃 度，x2——Al2O3濃 度，x3——MgF2濃度，x4——CaF2濃度

該式的適用范圍是0～8%AlF3，0～6%Al2O3，0～6%MgF2和0～6%CaF2。在正常生產(chǎn)條件下，氧化鋁濃度對電解質(zhì)初晶溫度的影響最大，氧化鋁濃度變化1%對應(yīng)的初晶溫度變化為6℃～8℃，而且當(dāng)添加MgF2時影響更大。因此，從電解質(zhì)初晶溫度的穩(wěn)定性方面考慮，選擇MgF2作添加劑宜慎之又慎。

（3）氧化鋁濃度對電流效率的影響：低分子比和低過熱度工藝都是提高電流效率的有效途徑，但他們是相互制約的，因?yàn)榈头肿颖群偷瓦^熱度都不利于氧化鋁溶解，都不利于電解生產(chǎn)平穩(wěn)進(jìn)行。因此氧化鋁濃度控制技術(shù)是組織低分子比和低過熱度電解生產(chǎn)的必要前提。在陰極區(qū)間，鋁在電解質(zhì)中的溶解度與鋁液上表面的氧化鋁濃度呈反比，又不利于提高電流效率，但總體而言低氧化鋁濃度有利于提高電流效率。

圖2 氧化鋁濃度與電流效率關(guān)系

2 過熱度控制是“零效應(yīng)”管理的難點(diǎn)和重點(diǎn)

正常作業(yè)對過熱度的要求：換極作業(yè)對電解質(zhì)過熱度的影響最大，更換雙陽極對電解質(zhì)過熱度的影響為5℃～8℃，由于換極間隔與陽極升溫周期不一致，電解質(zhì)過熱度長期反復(fù)波動，更換單陽極過熱度變化為3℃～5℃，正常槽需要十小時以上才能恢復(fù)平衡。電解質(zhì)過熱度應(yīng)充分考慮換極和下料量變化的客觀影響，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際確定過熱度，過高則溶化爐幫而影響濃度控制并降低電流效率，過低則造成陽極效應(yīng)失控，爐底沉淀增加，并因形成沉淀而降低分子比。因此，國內(nèi)電解質(zhì)過熱度宜控制為10℃～15℃，國外先進(jìn)技術(shù)過熱度7℃左右，我們現(xiàn)階段可望而不可及。

3 零效應(yīng)控制方法分析

（1）效應(yīng)時間控制：效應(yīng)時間保持多長時間為宜，應(yīng)根據(jù)電解槽熱平衡控制能力而定。一般而言，冷槽的效應(yīng)時間可適當(dāng)長一點(diǎn)，以補(bǔ)充熱收入，提高電解質(zhì)過熱度，這是電解槽突發(fā)效應(yīng)的實(shí)際需要，但不能以陽極效應(yīng)作為處理爐底沉淀的方法；熱槽原則上應(yīng)避免發(fā)生效應(yīng)，以防止進(jìn)一步破壞熱平衡。

（2）效應(yīng)突發(fā)原因分析：在單槽或整個系列陽極效應(yīng)失控的時候，應(yīng)該首先對效應(yīng)發(fā)生原因進(jìn)行統(tǒng)計分析，找出共性。2010年10月，某公司330kA系列實(shí)際效應(yīng)系數(shù)高達(dá)0.5左右，11月1日我們開始對每一個突發(fā)效應(yīng)進(jìn)行分析，具體因素統(tǒng)計如表1。

表1 具體因素

通過統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，效應(yīng)失控的主要原因是換極作業(yè)和氧化鋁濃度偏低誘發(fā)，而換極作業(yè)誘發(fā)效應(yīng)的根源是過熱度變化所致，濃度偏低誘發(fā)陽極效應(yīng)的根源是過熱度偏低和NB間隔偏大造成的。330kA鋁電解槽的理論NB間隔應(yīng)該為70～75秒，但生產(chǎn)實(shí)踐中由于計算機(jī)濃度控制效果不佳，技術(shù)管理者被迫延長NB間隔以實(shí)現(xiàn)低氧化鋁濃度生產(chǎn)。經(jīng)過總結(jié)分析，我們把最大過量周期由120min縮短為60min，每次過量加工周期提高氧化鋁濃度約1%，提高了濃度控制的可靠性，為NB間隔理性回歸創(chuàng)造了條件。由于換極熱補(bǔ)償還未解決，我們目前的效應(yīng)系數(shù)只能達(dá)到0.1左右。低過熱度與低效應(yīng)系數(shù)是一對矛盾體，如何控制過熱度區(qū)間是一個非常復(fù)雜的管理問題，但其關(guān)鍵還是如何細(xì)化換極作業(yè)和氧化鋁濃度控制兩個環(huán)節(jié)，這是我國現(xiàn)階段“零效應(yīng)”管理的重中之重。

近年來，我公司的電解槽管理上，在效應(yīng)控制方面取得了突破性進(jìn)展，效應(yīng)系數(shù)已接近0.1，日均效應(yīng)分?jǐn)傠妷阂堰_(dá)到6 mV～9mV，基本實(shí)現(xiàn)了節(jié)能和環(huán)保的雙重目的。目前離生產(chǎn)管理的目標(biāo)值的3 mV～5mV值還有一定的距離，這將在以后的效應(yīng)管控上，逐步實(shí)現(xiàn)“零效應(yīng)”管理。

4 結(jié)論

本文介紹了氧化鋁濃度是“零效應(yīng)”的前提，得出了適宜的效應(yīng)系數(shù)是降低過熱度追求高效率的現(xiàn)實(shí)需要，縮短效應(yīng)時間是對過熱度控制能力不足的有益補(bǔ)充，也是保持熱平衡的需要。減少電解槽換極作業(yè)對過熱度控制的影響。同時在生產(chǎn)管理中以減少物料平衡對熱平衡控制的影響，并力爭把氧化鋁濃度控制在1.8%～3.0%的理想?yún)^(qū)間，是實(shí)現(xiàn)“零效應(yīng)”生產(chǎn)關(guān)鍵所在。