電解鋁生產(chǎn)工藝的優(yōu)化分析

金 嶺

（黃河鑫業(yè)有限公司，青海 西寧 811601）

分析目前我國電解鋁企業(yè)生產(chǎn)情況可以看出，電解鋁企業(yè)發(fā)展目前遇到了技術(shù)瓶頸問題，其主要影響原因?yàn)殡娊怃X能耗過高。如果強(qiáng)行降低電解鋁電壓，則會(huì)影響電解槽熱吸收，從而影響產(chǎn)品質(zhì)量。針對(duì)這一現(xiàn)象，目前一些企業(yè)主要采取強(qiáng)化電流的方式，但受到整體系統(tǒng)性能影響未取得良好效果。在實(shí)際電解鋁生產(chǎn)工藝中，控制電壓與電流效率為矛盾體，電壓下降的同時(shí)會(huì)導(dǎo)致電流效率下降，因此其生產(chǎn)功率優(yōu)化應(yīng)首先解決這一問題。同時(shí)電解鋁生產(chǎn)工藝優(yōu)化需要考慮到電耗成本，其在電解鋁生產(chǎn)中成本中占據(jù)約45%～50%的比重，部分企業(yè)達(dá)到60%。因此，生產(chǎn)工藝需要電耗成本方面考慮，提高優(yōu)化工藝可行性。針對(duì)我國電解鋁生產(chǎn)工藝無法滿足工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，提出電解鋁生產(chǎn)工藝的優(yōu)化分析。

1 電解鋁生產(chǎn)工藝的優(yōu)化分析

（1）加工工藝優(yōu)化。電解鋁行業(yè)作為高能耗工業(yè)生產(chǎn)行業(yè)，其生產(chǎn)工藝優(yōu)化需要從加工工藝優(yōu)化入手。電解鋁生產(chǎn)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(jù)整體電能消耗95%左右。目前現(xiàn)有電解鋁生產(chǎn)工藝流程，如圖1所示。

圖1 電解鋁生產(chǎn)工藝流程

根據(jù)目前現(xiàn)有電解鋁生產(chǎn)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(chǎn)想要取得良好技術(shù)指標(biāo)，不能直接減少直流電耗。想要做到生產(chǎn)工藝優(yōu)化首先需要保證電解工藝中爐膛的規(guī)整與穩(wěn)定性。目前電解鋁生產(chǎn)中60kA側(cè)插自焙鋁電解槽生產(chǎn)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(xiàn)象出現(xiàn)，且由于無法抑制上口過空情況，導(dǎo)致電解槽電流空耗。因此采用半壓殼式加工工藝，彌補(bǔ)上口過空情況，形成一個(gè)較為規(guī)整、穩(wěn)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(zhì)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(zhì)侵入。這一加工步驟，與電解質(zhì)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(zhì)熔化爐幫，在一定程度上彌補(bǔ)氧化鋁反應(yīng)。半壓殼式加工方式以電解質(zhì)熔解特性為基礎(chǔ)，針對(duì)實(shí)質(zhì)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(zhì)無法熔解殼面造成爐膛畸形問題，是電解槽運(yùn)行狀態(tài)保持在穩(wěn)定狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)電解鋁加工工藝優(yōu)化。

（2）平均電壓優(yōu)化。平均電壓優(yōu)化即對(duì)工作電壓控制，使分?jǐn)傠妷号c母線電壓處于一個(gè)較低水平。考慮到整體工作電壓由多個(gè)不同等級(jí)電壓體系組成，不是單一電壓，因此采用多級(jí)優(yōu)化形式對(duì)其進(jìn)行降壓優(yōu)化。分?jǐn)傠妷菏紫刃枰獪p小效應(yīng)時(shí)間，并增加效應(yīng)間隔逐步削弱效應(yīng)系數(shù)作用。電壓中母線電壓對(duì)電解槽結(jié)構(gòu)影響較大，從接觸面壓降為切入點(diǎn)，重點(diǎn)針對(duì)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(yōu)化考慮到分子比低為整體生產(chǎn)工藝帶來影響，采用低分子比操作。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)工藝情況，首先消滅電解槽中2.9分子比，保證電解槽穩(wěn)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(chǎn)中電耗。

（3）電流效率優(yōu)化。電流效率優(yōu)化需從參數(shù)調(diào)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(gè)較為合理變化值內(nèi)。當(dāng)溫度過高時(shí)，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(jù)電解槽冷熱行程變化趨勢(shì)變化氟鹽添加量，保證分子比始終保持在一個(gè)較為合理范圍內(nèi)。通過單因素法對(duì)影響電解槽因素進(jìn)行排查，并針對(duì)其中重點(diǎn)控制。目前現(xiàn)有工藝中已有包括控制人造伸腿尺寸改變電流效率、優(yōu)化電解工藝參數(shù)等多種技術(shù)，使生產(chǎn)中過熱度保持在一個(gè)較低水平。同時(shí)其氧化鋁、陽極材料以及管理模式等都能夠?qū)﹄娏餍十a(chǎn)生影響。且在傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝中，隨著電流效率的增加，鋁熔解損失量會(huì)增加，導(dǎo)致電流效率降低。因此，同樣可以從陽極強(qiáng)化入手，調(diào)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(shí)現(xiàn)電流效率優(yōu)化。

（4）高鋁操作水平優(yōu)化。鋁電解生產(chǎn)工藝在強(qiáng)大電流下發(fā)生復(fù)雜高溫反應(yīng)，其反應(yīng)相互關(guān)聯(lián)。由于電解槽中高溫熔體具有較強(qiáng)腐蝕性，無法在線檢測數(shù)據(jù)，想要實(shí)現(xiàn)其優(yōu)化過程，需要考慮到鋁水平過高對(duì)生產(chǎn)過程帶來的不良影響。高鋁操作容易使陽極出現(xiàn)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(yīng)損失增加情況。因此從槽礦情況、熱平衡以及物料平衡幾個(gè)方面入手，結(jié)束自動(dòng)化技術(shù)控制含鋁量。含鋁量降低后，能夠有效減少磁場對(duì)電解槽影響，減少病槽發(fā)生率，提升高鋁操作水平。

（5）電力消耗優(yōu)化。除電解槽外，其他輔助設(shè)備電耗的影響對(duì)生產(chǎn)工藝的影響同樣不可忽視。輔助設(shè)備電耗主要來源于電解動(dòng)力、陽極組裝、空壓機(jī)運(yùn)行以及供料凈化等多個(gè)生產(chǎn)工序。其電解動(dòng)力與空壓機(jī)電力消耗優(yōu)化主要從運(yùn)行方式入手，在改變其設(shè)備溫度與運(yùn)行環(huán)境溫度的條件下，使整體運(yùn)行處于最佳狀態(tài)，避免其他環(huán)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(jié)能效果；供料凈化主要對(duì)其運(yùn)行方式與運(yùn)行參數(shù)控制，使其達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)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(huì)造成沉積，降低電流效率，增加電耗，降低生產(chǎn)效率。因此在半壓殼式加工方法下，想要降低電耗，需要達(dá)到電解質(zhì)熔解平衡，對(duì)降低電耗起到積極促進(jìn)作用。

2 結(jié)語

電解鋁生產(chǎn)工藝優(yōu)化能夠使各項(xiàng)指標(biāo)得到很大提升，并有效提高企業(yè)產(chǎn)量。優(yōu)化過程中主要針對(duì)電解鋁電耗問題入手，針對(duì)各生產(chǎn)程序運(yùn)行情況，從多方面條件入手，創(chuàng)造出應(yīng)用性較高的優(yōu)化生產(chǎn)工藝。利用半壓殼式技術(shù)優(yōu)化其整體加工工藝，并對(duì)電力消耗、平均電壓以及電流效率等多方面進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)循序漸進(jìn)，完成整體生產(chǎn)工藝優(yōu)化。