180 kA預(yù)焙鋁電解槽氧化鋁下料點(diǎn)均勻分布技術(shù)改造實(shí)踐

祝可武

(中國(guó)鋁業(yè)青海分公司，青海 西寧 810108)

在鋁電解生產(chǎn)過程中,點(diǎn)式下料系統(tǒng)可以通過計(jì)算機(jī)控制下料間隔,從而調(diào)整單位時(shí)間單槽下料量,形成“按需下料”技術(shù),以此滿足現(xiàn)代鋁電解工藝對(duì)氧化鋁濃度的控制要求。點(diǎn)式下料器安裝個(gè)數(shù)、每次定容下料量和安裝位置對(duì)電解槽氧化鋁濃度的均勻分布均有影響。某企業(yè)現(xiàn)有180 kA預(yù)焙電解槽生產(chǎn)系列是在原160 kA預(yù)焙電解槽基礎(chǔ)上擴(kuò)容而成,打殼下料方式采用中間通道四點(diǎn)交叉打殼、下料的方式。該系列電解槽采用24組陽(yáng)極配置,下料點(diǎn)安裝位置呈非均勻分布狀態(tài),生產(chǎn)過程氧化鋁濃度也存在一定的分布不均勻現(xiàn)象。本文針對(duì)鋁廠存在的這種現(xiàn)象進(jìn)行了分析,并結(jié)合鋁廠實(shí)際情況進(jìn)行改造,取得了良好的效果。

1 電解槽下料點(diǎn)分布現(xiàn)狀及對(duì)電解生產(chǎn)的影響

1.1 電解槽下料點(diǎn)分布現(xiàn)狀

該企業(yè)180 kA某系列電解槽下料點(diǎn)原設(shè)計(jì)是“六點(diǎn)中間下料”,后續(xù)改造時(shí)直接去掉原中間兩點(diǎn),變?yōu)椤八狞c(diǎn)中間打殼下料”,電解槽打殼下料點(diǎn)位置如圖1所示。

圖1 電解槽非均勻分布打殼下料點(diǎn)位置示意圖

由圖1可見,改造后四個(gè)打殼下料點(diǎn)呈非均勻分布狀態(tài),通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量,第1、2點(diǎn)之間距離為1.22 m,第3、4點(diǎn)之間距離是1.20 m,而第2點(diǎn)與第3點(diǎn)之間相距足有3.68 m。通過對(duì)電解槽不同點(diǎn)位氧化鋁濃度取樣分析,結(jié)果見表1。

從表1中分析數(shù)據(jù)可以看出,由于電解槽下料點(diǎn)分布不均勻,出鋁端、煙道端和下料點(diǎn)附近氧化鋁濃度高,離下料點(diǎn)較遠(yuǎn)位置氧化鋁濃度偏低。在電解質(zhì)體系中會(huì)產(chǎn)生氧化鋁濃度梯度,局部氧化鋁濃度過高或過低,對(duì)電解槽高效穩(wěn)定生產(chǎn)可能有一定的影響。

表1 某180 kA系列鋁電解槽下料點(diǎn)改造前氧化鋁濃度統(tǒng)計(jì)表 %

1.2 打殼下料點(diǎn)分布不均對(duì)電解生產(chǎn)的影響

1.2.1 陽(yáng)極氧化

下料點(diǎn)位于陽(yáng)極小面中心位置,共有8塊陽(yáng)極(A、B面各4塊陽(yáng)極)受頻繁打殼開孔影響,導(dǎo)致陽(yáng)極端頭(面)氧化現(xiàn)象難以消除。打殼下料點(diǎn)相關(guān)處的8塊陽(yáng)極氧化,導(dǎo)致鋼爪侵蝕影響原鋁品位。同時(shí)陽(yáng)極氧化掉渣會(huì)增加電解質(zhì)電阻。陽(yáng)極氧化掉渣使電解質(zhì)中炭渣含量增加,炭渣每增加1%電解質(zhì)電導(dǎo)率將下降11%[1]。同時(shí)過量炭渣影響氧化鋁溶解誘發(fā)陽(yáng)極效應(yīng),大量炭渣集聚于陽(yáng)極底掌形成炭渣餅還會(huì)導(dǎo)致陽(yáng)極長(zhǎng)包。如此種種,不僅增加工人勞動(dòng)強(qiáng)度,影響精細(xì)操作管理水平,而且影響電解槽平穩(wěn)生產(chǎn),使電流效率降低、電耗升高。

1.2.2 中縫長(zhǎng)時(shí)間不易結(jié)殼

由于第2、3下料點(diǎn)相距較遠(yuǎn),每換A5、A6、A7、A8(或B5、B6、B7、B8)陽(yáng)極后,陽(yáng)極中縫長(zhǎng)時(shí)間不結(jié)殼,導(dǎo)致電解質(zhì)揮發(fā)嚴(yán)重,局部沉淀增多。爐底沉淀增多最終導(dǎo)致爐底惡化,影響電解槽平穩(wěn)運(yùn)行,出現(xiàn)高噪聲、電壓擺、曲線亂的病槽癥狀的增加概率。

1.2.3 火眼開孔率低

下料點(diǎn)不均勻分布,造成氧化鋁的有效溶解度存在偏差,頻繁出現(xiàn)積料現(xiàn)象,火眼開孔率低,導(dǎo)致氧化鋁按照槽控系統(tǒng)的指令加入槽內(nèi)電解質(zhì)中,導(dǎo)致陽(yáng)極效應(yīng)頻發(fā)。同時(shí)下料導(dǎo)致的積料問題不利于陽(yáng)極氣體順暢排出,氣體攪動(dòng)鋁液增加了鋁的二次反應(yīng)損失[2]。

積料還使得陽(yáng)極組鋼梁被埋現(xiàn)象,使陽(yáng)極組散熱不均導(dǎo)致陽(yáng)極電流分布偏流,出現(xiàn)陽(yáng)極消耗薄厚不均,很容易造成化爪,影響原鋁質(zhì)量。在換極操作過程更容易使陽(yáng)極拔脫或產(chǎn)生氧化鋁大塊,嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致鋼爪體發(fā)紅脫極,增加操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,同時(shí)影響電解槽平穩(wěn)運(yùn)行。

1.2.4 氟化鋁消耗增加

因該系列180 kA電解槽在第二下料點(diǎn)位置投放氟化鋁,當(dāng)?shù)诙c(diǎn)火眼不暢時(shí),很容易導(dǎo)致氟化鋁下料堆積,不能進(jìn)入到電解質(zhì)熔液中溶解而造成嚴(yán)重浪費(fèi),既影響分子比有效控制,又因浪費(fèi)損失使噸鋁氟化鋁單耗升高。

1.2.5 氧化鋁濃度不均勻

因下料點(diǎn)非均布分布,使槽內(nèi)氧化鋁濃度分布也不均勻,造成了氧化鋁濃度差,電解槽局部出現(xiàn)了氧化鋁不足和氧化鋁過剩兩種狀態(tài)。當(dāng)電解槽中氧化鋁不足時(shí),會(huì)增加陽(yáng)極效應(yīng)系數(shù),陽(yáng)極效應(yīng)產(chǎn)生熱量會(huì)影響電解槽的熱平衡和控制參數(shù)。

當(dāng)電解槽局部氧化鋁過剩時(shí),會(huì)導(dǎo)致電解質(zhì)粘度上升,碳渣分離不好,槽電阻變大,局部產(chǎn)生沉淀,爐底壓降增加,會(huì)影響電解槽的技術(shù)參數(shù)的穩(wěn)定性。上述兩種情況均會(huì)打破電解槽物料平衡,不能滿足電解工藝對(duì)氧化鋁濃度的控制要求[3]。

2 解決措施

針對(duì)一系列180 kA電解槽下料點(diǎn)分布不均,引起槽內(nèi)電解質(zhì)體系中氧化鋁濃度不均的問題,該廠組織技術(shù)人員探討生產(chǎn)槽內(nèi)各部分氧化鋁濃度均勻分布的生產(chǎn)優(yōu)化控制途徑。經(jīng)多次召開專家研討會(huì),對(duì)提出的各項(xiàng)方案反復(fù)論證對(duì)比后,最終確定對(duì)一系列180 kA鋁電解槽打殼下料點(diǎn)進(jìn)行均布改造并設(shè)計(jì)改造圖,如圖2所示。

圖2 180 kA鋁電解槽打殼下料點(diǎn)均布分布優(yōu)化技術(shù)方案圖

根據(jù)此方案繪制了氧化鋁濃度均布優(yōu)化改造結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖,如圖3。

圖3 180 kA鋁電解槽氧化鋁濃度均布優(yōu)化改造結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

由圖3可見,打殼下料點(diǎn)均布優(yōu)化改造后,第1、2點(diǎn)之間距離為1.76 m,第3、4點(diǎn)之間距離是1.75 m,第2點(diǎn)與第3點(diǎn)之間距離縮短為2.09 m,各打殼下料點(diǎn)之間距離基本相等,下料點(diǎn)位置處于電解質(zhì)流場(chǎng)中較大尺寸的漩渦流線的邊緣,有利于氧化鋁隨電解質(zhì)快速擴(kuò)散與輸運(yùn)到全槽區(qū)域[4]。電解槽不同點(diǎn)位氧化鋁濃度趨于均衡,分析數(shù)據(jù)呈均勻分布狀態(tài),統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2。

表2 某180 kA系列鋁電解槽下料點(diǎn)改造后氧化鋁濃度統(tǒng)計(jì)表 %

2.1 實(shí)施情況及取得的效果

利用電解槽大修時(shí)機(jī),對(duì)現(xiàn)有電解槽上部結(jié)構(gòu)“打殼下料點(diǎn)”位置進(jìn)行均勻分布優(yōu)化改造,并對(duì)首臺(tái)183#電解槽改造效果進(jìn)行了跟蹤驗(yàn)證。183#槽步入正常生產(chǎn)期三個(gè)月后槽況平穩(wěn),運(yùn)行效果良好,技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)明顯提高,隨后利用大修時(shí)機(jī)對(duì)該系列電解槽進(jìn)行改造和推廣。

電解槽經(jīng)過下料點(diǎn)均衡分布改造后,下料點(diǎn)處對(duì)應(yīng)位置陽(yáng)極端面氧化現(xiàn)象基本消除,陽(yáng)極端面氧化過量掉渣現(xiàn)象得以控制。下料點(diǎn)正好位于“鋁液-電解質(zhì)”循環(huán)的集流區(qū)域,有利于氧化鋁擴(kuò)散溶解,既能提高火眼開孔,消除積料,也不易產(chǎn)生爐底沉淀,有利于中縫結(jié)殼,能夠及時(shí)添加保溫料,減少了產(chǎn)生爐底沉淀問題。電解槽下料更趨穩(wěn)定均衡,下料量準(zhǔn)確度明顯提高,對(duì)穩(wěn)定電解生產(chǎn)、提高電流效率、降低能耗起到了重要作用。

2.2 均衡下料槽與對(duì)比槽技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)數(shù)據(jù)分析

最早改造下料點(diǎn)均勻分布的183#電解槽于2018年11月8日通電焙燒,11月12日啟動(dòng),隨后又對(duì)12#、148#等槽利用大修機(jī)會(huì)進(jìn)行下料點(diǎn)均布改造并焙燒啟動(dòng),截止2020年5月份已改造16臺(tái)。

對(duì)下料點(diǎn)均布改造后,分析運(yùn)行槽齡達(dá)到1年以上的6臺(tái)均衡下料槽2019年10月份～2020年5月份運(yùn)行趨勢(shì)與相近槽齡段電解槽生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)比如表3。

表3 對(duì)比槽和均衡下料槽結(jié)果統(tǒng)計(jì)

從表3數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出:均衡下料槽較對(duì)比槽平均槽齡短32天,設(shè)定電壓降低24 mV,工作電壓降低了25 mV,平均電壓降低了25 mV,電壓偏離沒有變化,全效應(yīng)系數(shù)降低了0.651次/(槽·日),下料量增加了19 kg/日均。爐底壓降降低了34 mV,分子比較升高了0.004,高躁值降低了6.1 μΩ,鋁水平降低了0.8 cm,電解質(zhì)水平升高了0.1 cm,槽溫升高了2 ℃。電流效率提高了0.3個(gè)百分點(diǎn),直流電單耗下降了122 kWh/t-Al,氟化鋁單耗降低了0.85 kg/t-Al。從上述數(shù)據(jù)分析可以看出,與對(duì)比槽相比,均衡下料生產(chǎn)槽工況數(shù)據(jù)和主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)改善明顯,氟化鋁消耗量,陽(yáng)極效應(yīng)系數(shù),下料量、電壓偏離、噪聲等得到了明顯改善。

3 結(jié) 語

綜上所述,本文針對(duì)180 kA鋁電解槽下料點(diǎn)分布不均導(dǎo)致的諸多問題和對(duì)生產(chǎn)的影響進(jìn)行了闡述,結(jié)合生產(chǎn)管理實(shí)際,提出電解槽打殼下料點(diǎn)均布控制技術(shù)改造方案。通過采取打殼下料點(diǎn)均勻分布優(yōu)化方案的實(shí)施,改造解決下料點(diǎn)非均勻分布對(duì)電解槽生產(chǎn)造成的影響,取得了良好效果,改善了電解質(zhì)體系中氧化鋁濃度的均勻分布,達(dá)到穩(wěn)定生產(chǎn)、降低消耗、降低成本目的。