大型預(yù)焙鋁電解槽噪音值的控制與管理淺析

王超，杜天鋒，鄭宇

（廣元中孚高精鋁材有限公司， 四川廣元 628000）

為響應(yīng)國家綠色發(fā)展的號召，原河南年產(chǎn)50萬噸電解鋁項目搬遷至水電豐富的四川省，該項目分為兩期施工、投產(chǎn)，每期項目各有三個工段。該某鋁廠的340KA系列鋁電解槽一工段在2020年8月份上旬啟動投產(chǎn)，二工段于同年11月上旬啟動投產(chǎn)。在啟動及初期管理過程中，電解槽曲線運行穩(wěn)定，噪音值保持在19mv～22mv，達到預(yù)期設(shè)計要求。但進入后期管理后，部分電解槽噪音值逐漸增大，最終上升至25mv～30mv，完全制約著其他技術(shù)經(jīng)濟指標的優(yōu)化提高。本文結(jié)合產(chǎn)能轉(zhuǎn)以后的實際生產(chǎn)情況和后期管理過程中噪音值偏高的問題進行認真分析，探究出可行且有效的管控措施。

1 噪音值定義

在鋁電解生產(chǎn)相關(guān)的資料和文獻上，對噪音值的定義說法不一，但通常認為噪音值是指鋁電解槽在運行過程中，垂直磁場和水平電流相互作用引起的鋁液波動狀況，它能準確反映出電解槽運行狀況，同時折射出電解槽的技術(shù)條件情況、爐膛狀況、操作質(zhì)量優(yōu)劣和電流效率等。噪音值有高頻噪音值和低頻噪音值之分，一種是由陽極故障及陽極氣泡排出干擾引起的波動周期為數(shù)十秒或更快的高頻噪聲；另一種是由鋁液層波動引起的波動周期為數(shù)十秒的低頻噪音（低頻只是相對而言）［2］。

2 噪音值偏大的原因分析

2.1 電解槽爐膛不規(guī)整

電解槽爐膛不規(guī)整，是導致電解槽噪音值偏大的關(guān)鍵因素之一。爐膛不規(guī)整主要反應(yīng)在局部爐底沉淀過多、局部伸腿肥大和爐幫厚薄不一三個方面。爐膛不規(guī)整容易造成下層鋁液在流動過程中不暢通、波動大、局部極距時高時低。

2.2 電解槽技術(shù)條件不匹配

電解槽技術(shù)條件保持不匹配主要從電壓、分子比、兩水平的保持三個方面來分析。

（1）電壓

在鋁電解生產(chǎn)中，保持相對高的槽電壓有利于電解槽的長期穩(wěn)定和低噪音值的保持。但高電壓意味著高能耗，所以企業(yè)一般都會選擇適宜的或者相對低的槽電壓進行生產(chǎn)。但槽電壓過低，極距小于45mm時鋁液波動大，導致噪音值增加；另一方面，槽電壓長期過低會造成電解槽爐膛惡化導致噪音值增加。

（2）分子比

分子比是鋁電解生產(chǎn)中一項重要的技術(shù)參數(shù)。分子比的管理主要抓住三個階段，第一個階段是電解槽啟動及前期階段，要保持相對高的分子比，一般要求2.8以上，主要是為了形成規(guī)整的爐膛內(nèi)型。這個階段由于槽電壓保持相對較高，所以電解槽噪音值也較低。第二個階段是啟動結(jié)束后2～3個月為分子比的下降調(diào)整期，由2.8逐漸下調(diào)至2.30～2.40，目的是優(yōu)化電解質(zhì)成分，提高電流效率。這個階段的調(diào)整要結(jié)合電解質(zhì)體系狀況循序漸進，不能下調(diào)過快，2～3個月為宜，下調(diào)過快會導致沉淀增多、熔化爐幫、槽況不穩(wěn)定、噪音值增大。最后是正常生產(chǎn)階段，分子比要保持平穩(wěn)，盡可能減少波動。實踐證明，保持相對高的分子比，有利于噪音值的控制，某工區(qū)分子比與噪音值統(tǒng)計對比見表1。

表1 某工區(qū)分子比與噪音值統(tǒng)計對比表

（3）兩水平保持

兩水平即電解質(zhì)高度和鋁水高度。日常生產(chǎn)中，兩水平保持不合理，也會導致電解槽噪音值偏大。

鋁水高度保持要適宜，目前340KA系列電解槽在實際生產(chǎn)中單槽維持在28cm～31cm。鋁水保持過低時電解槽磁場不穩(wěn)定，鋁水波動大，噪音值會增大。反之，鋁水保持過高，短期看電解槽運行穩(wěn)定、噪音值受控，但長期鋁水過高電解槽趨冷，爐膛惡化，噪音值會增大且管理難度更大。

電解質(zhì)高度的保持要結(jié)合槽型槽況，目前該系列電解槽在實際生產(chǎn)中單槽維持在16～19cm。電解質(zhì)保持過高，會熔化電解槽爐幫、破壞爐幫，造成電解槽運行不穩(wěn)定，噪音值增大。反之，電解質(zhì)保持過低會產(chǎn)生以下影響：①氧化鋁溶解性變差，爐底沉淀增多、破壞爐膛、電解槽運行狀況差，噪音值增大。②電解槽熱平衡容易失控，效應(yīng)頻繁發(fā)生、電解槽效應(yīng)系數(shù)上升，導致噪音值增大。③電解質(zhì)過低時陽極浸入電解質(zhì)高度不夠，容易導致陽極電流分布不均勻，導致噪音值增大。

綜上所述，電解槽兩水平管理和保持需要統(tǒng)籌考慮，不能片面的追求單一因素，因為二者相互影響、彼此制約，會隨著電解槽熱平衡體系的轉(zhuǎn)換而變化。

2.3 操作質(zhì)量差

（1）換極作業(yè)

換極作業(yè)對電解槽影響較大，如果關(guān)鍵點控制不住，爐膛中落入的面殼塊打撈不干凈或新極安裝精度不準，都會導致電解槽運行狀況差，噪音值增大見圖1。

圖1 1004#電解槽更換陽極前后曲線

（2）出鋁作業(yè)

出鋁作業(yè)必須嚴格按照要求進行，保證出鋁速度和精度，出鋁速度過快、出鋁精度不夠都會導致電解槽噪音值增大。

（3）抬母線作業(yè)

抬母線作業(yè)過程中，要嚴防陽極下滑，抬母線作業(yè)結(jié)束要對導桿卡具進行復緊和敲打，保證電流分布均勻，否則同樣會導致噪音值增大。

3 噪音值過大的危害

3.1 引起電流效率下降

電解槽在運行過程中，噪音值過大會導致電流效率下降。尤其是鋁液層波動導致的低頻噪音值過大，鋁液進入上層電解質(zhì)后會使得鋁的二次反應(yīng)損失增加，從而導致電流效率下降，其化學反應(yīng)式如下(1)所示。同時鋁液波動大、流速增大，陰極炭塊區(qū)域富集的鈉進入鋁液和電解質(zhì)中被CO2氧化而損失，也會引起電流效率下降。表2為某工區(qū)2021年4～6月份電流效率與噪音值匯總表。

表2 某工區(qū)噪音值與電流效率匯總對比表

3.2 容易引起爐膛畸形

電解槽噪音值過大在生產(chǎn)中最突出的表現(xiàn)就是陽極電流分布不均勻，表現(xiàn)有兩個方面。①局部一塊或幾塊陽極電流強度偏大，電解槽局部熱輸入增加導致局部爐幫熔化。②局部一塊或多塊陽極電流強度偏小，電解槽局部熱輸入不夠，從而導致局部爐幫過厚、伸腿肥大、爐底沉淀增多。兩種情況都會導致爐膛畸形，如果不采取有效措施電解槽后期將出現(xiàn)惡性循環(huán)，最終出現(xiàn)病槽，帶來一系列的技術(shù)管理難題。另外，電解槽局部熱輸入增加，局部過熱還會增加電解槽爐底局部破損和陽極病變的風險。

3.3 增加勞動強度及有害氣體的排放

電解槽噪音值過大后，生產(chǎn)技術(shù)管理人員一般都會對電解槽進行全槽電流分布測試，對比分析后調(diào)整異常陽極的極距。噪音值過大形成電壓波動后，槽控機會自行上抬電壓拉高極距，電解槽熱收入增加，爐面會出現(xiàn)冒火、塌殼等現(xiàn)象，爐幫熔化導致電解質(zhì)升高，電解工要對電解槽爐面進行平整維護、調(diào)整電解質(zhì)，這些都無形中增加了員工的勞動強度。

另外，全槽電流分布測量和平整爐面的過程中要頻繁的打開電解槽罩板，造成電解煙氣的無組織排放。噪音值過大形成電壓波動的電解槽，極距反復變化，爐面冒火、塌殼等現(xiàn)象隨之出現(xiàn)，電解煙氣排放量增加，這些都與目前電解鋁清潔文明生產(chǎn)要求格格不入。

4 預(yù)防和管控措施

4.1調(diào)整技術(shù)條件

根據(jù)長期的生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，大部分技術(shù)管理者處理噪音值時重點優(yōu)化電壓、分子比和兩水平三個關(guān)鍵參數(shù)。一是電壓調(diào)整，電解槽平均電壓由原來的4.030V提高到4.060V。二是分子比調(diào)整，由原來的2.35提高到2.45。三是兩水平的調(diào)整，將鋁水低于28cm的逐步調(diào)整到28-29cm，對電解質(zhì)調(diào)整重點消除兩個極端，消除單槽高于18cm的和低于15cm的。經(jīng)過調(diào)整后效果明顯，如下表3為某工區(qū)5、6月份技術(shù)條件調(diào)整前后噪音值對比情況。

表3 某工區(qū)技術(shù)條件調(diào)整前后噪音值匯報對比表

4.2 提高操作質(zhì)量

操作質(zhì)量方面，重點抓電解槽的三大操作，即換極、出鋁、抬母線。換極過程中全程跟蹤落實換極質(zhì)量，保證落入爐膛中的面殼塊打撈干凈、規(guī)范陽極畫線，確保換極精度，落實封料質(zhì)量，尤其是中縫位置需減少面殼塊落入電解槽中。同時對抬母線工和出鋁工進行技能培訓、提高技術(shù)要領(lǐng)。操作質(zhì)量改善后，噪音值穩(wěn)步下降。圖2為2052#電解槽換極后電壓曲線，與圖1對比噪音值明顯降低。

圖2 2062#換極后運行曲線

4.3 合理控制噪音值范圍

電解生產(chǎn)中，噪音值過大對電解產(chǎn)負面影響較大，但也不能一味的追求噪音值而破壞了電解槽技術(shù)條件平衡。當噪音值低于14mv，說明電解槽趨熱行程，熱槽也會對生產(chǎn)帶來一系列的生產(chǎn)難題。

5 結(jié)束語

鋁電解生產(chǎn)是一個動態(tài)變化過程，噪音值管理同樣也會受到技術(shù)條件、操作質(zhì)量、設(shè)備運行狀況等條件的影響，一線技術(shù)管理者只有結(jié)合生產(chǎn)實際重視工藝參數(shù)的保持和調(diào)整，建立和保持規(guī)整的爐膛內(nèi)型是有利于陽極電流分布均勻［3］。規(guī)整且稍微偏厚的爐幫能加強垂直電流，減少水平電流，從而降低鋁液波動，才能使得噪音值在受控的范圍內(nèi)，才會收獲最佳的經(jīng)濟效益。