電解鋁電流強化后的影響及應(yīng)對措施

目前，電解鋁新項目普遍采用高電流強度工藝，500KA和600KA電解槽已經(jīng)成為新建電解鋁項目的主流，工藝設(shè)計和生產(chǎn)管理也日趨成熟，大容量電解槽在中國鋁工業(yè)發(fā)展中逐步形成主導(dǎo)地位。電流強度的增大，會顯著增加電解鋁的產(chǎn)量，保障生產(chǎn)任務(wù)目標(biāo)的完成；特別是一些企業(yè)在設(shè)計電流強度的基礎(chǔ)上，還會繼續(xù)增加電流強度1%～4%左右甚至更多，增加一定的鋁液產(chǎn)量，以確保現(xiàn)有產(chǎn)能的完全釋放，但與此同時也帶來一些不利影響

。如何權(quán)衡利弊，需要各企業(yè)結(jié)合自身實際情況，在依法合規(guī)和確保安全的前提下，有選擇地取舍，以期達到預(yù)計生產(chǎn)經(jīng)營目標(biāo)，發(fā)揮和提升企業(yè)自身價值。

1 強化電流強度的有利影響

低電壓先進設(shè)計和設(shè)備、材料的技術(shù)進步，為大容量電解槽的誕生創(chuàng)造了前提條件。對于已經(jīng)投入運行的電解系列，由于成熟的設(shè)計條件，往往為進一步強化電流創(chuàng)造了提升的空間。電流強化后，整個電解系列的用電容量增加，對各環(huán)節(jié)設(shè)備而言都有一定的考驗和風(fēng)險，因此必須在供電設(shè)備額定的容量范圍內(nèi)進行強化，否則很容易出現(xiàn)供電故障，這是強化電流強度的基本前提

。電流強化后，其所帶來的有利影響也是顯而易見的：

一是顯著增加單槽產(chǎn)量。電流強化后，根據(jù)電解槽理論日產(chǎn)量計算公式：M=0.3355×I×η×t×10

,電流強度I越大，產(chǎn)量M越高。設(shè)計500KA的電解槽為例，其電流強化到520KA，假設(shè)電流效率93%，其日產(chǎn)量的增加量為：M

=0.3355×20000×93%×24×10

=0.15噸，單槽一年增加鋁液產(chǎn)量約55噸。顯然，只要在設(shè)計承受能力范圍內(nèi)適當(dāng)提升電流強度，就能明顯增加單槽的產(chǎn)量。

式中:nci為第i個概率約束的非線性系數(shù)，為測試點(x1,,xM)預(yù)測梯度方差，和分別為當(dāng)前設(shè)計點及最大可能失效點的預(yù)測誤差。

二是充分保障產(chǎn)能利用率。電解系列在投入正常的生產(chǎn)后，可能出現(xiàn)大修槽、異常槽或因設(shè)備故障導(dǎo)致部分電解槽退出運行，導(dǎo)致部分產(chǎn)能損失，產(chǎn)能利用率降低。適當(dāng)提高電流強度，可抵消這部分產(chǎn)能損失，從而提高產(chǎn)能利用率，優(yōu)化生產(chǎn)指標(biāo)。

三是實現(xiàn)一定程度的彈性生產(chǎn)。受電量、電價、原材料價格、產(chǎn)品市場價格等外部因素，需要根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營實際情況，通過降低或強化電流強度適當(dāng)調(diào)整產(chǎn)量，實現(xiàn)一定的彈性生產(chǎn)，以實現(xiàn)企業(yè)利益的最大化。

四是實現(xiàn)勞動生產(chǎn)率進一步提升。以云南某500KA大型預(yù)焙電解槽為例，其電流強度如果強化到520KA，假設(shè)電流效率為93%，其勞動生產(chǎn)率將提升55噸/人·年，人均實物勞動生產(chǎn)率達到700噸/人·年，大大提高了企業(yè)的人工成本競爭力，且在市場行情較好的情況下，在原有設(shè)備產(chǎn)能上增加了產(chǎn)量，可以實現(xiàn)企業(yè)利潤最大化。

2 電流強度強化后的不利影響及原因分析

電流強度提升后的不利影響也很多，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

良好的工程實施是實現(xiàn)預(yù)制光纜連接“即插即用”與光纜通信安全可靠的前提?，F(xiàn)階段預(yù)制光纜的工程實施存在敷設(shè)不規(guī)范、光纜衰減過大及光纜預(yù)制控制困難等問題，對上述問題開展研究并提出解決方案，是保障良好工程實施的重要手段。

2.1 公用母線公攤電耗增加

導(dǎo)電母線、平衡母線、通廊母線等公用母線，如果其電阻為R

，則根據(jù)歐姆定律：U=RI,若電流強度I增大，R母不變，則U必然升高，說明公用母線上的電壓降必然增大。母線上產(chǎn)生的熱量W=UIt必然增加，母線表面溫度升高，導(dǎo)致母線上損失的電量必然更多。對于已經(jīng)設(shè)計并已經(jīng)投入運行的電解系列而言，這個電量損失是可以計算的。

2.2 電解槽的電壓降必然增加

有電阻就必然產(chǎn)生電壓降。電流進入電解槽后，先后流經(jīng)立柱母線、水平母線、陽極導(dǎo)桿、炭陽極、電解質(zhì)、鋁液、陰極等，它們都是有一定電阻的導(dǎo)體，并產(chǎn)生電壓，形成電壓降。從理論上講，除反電動勢（一般約為1.7v左右，也稱極化電壓）不變外，其余電壓降都會隨著電流強度I的升高而增加，使得電解槽的電耗損失更大，在各個部位產(chǎn)生的熱量更多，打破原設(shè)計的熱平衡。因此，對已經(jīng)投產(chǎn)運行的電解系列，強化其電流強度后，對熱平衡的影響首當(dāng)其沖、非常明顯，調(diào)節(jié)熱平衡是維持正常生產(chǎn)工藝非常重要的必要措施。

培養(yǎng)學(xué)生的閱讀技巧，讓學(xué)生參與知識的直接獲取過程是非常重要的，所謂“授人以魚僅解一飯之需，授人以漁則終身受用無窮”，學(xué)生只有掌握自主學(xué)習(xí)的方法，才能沖破教師和課程計劃的枷鎖，成為一名真正的學(xué)習(xí)者?？傊蝿?wù)型教學(xué)法對于我們英語老師來講尤其重要，它對我們的教學(xué)技巧提出了更高的要求。對此還需要更深刻的研究、實地調(diào)查、問卷調(diào)查和訪談。通過這些研究，可以最大限度地實現(xiàn)任務(wù)型教學(xué)法的有效性，更好地與中學(xué)閱讀教學(xué)相結(jié)合，最終使之成為一種有效的、實用的、普及的教學(xué)方法。

強化電流如果是在不改變陽極尺寸的情況下進行的，那么電流強化后，流經(jīng)陽極的電流增多，陽極炭塊的電流密度增大，陽極的熱量分布發(fā)生變化，等溫線上移，對陽極炭塊的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)提出了更高的要求

。其中：

2.3 對陽極炭塊的質(zhì)量提出更高要求

報道指出該地區(qū)越窮，增長越慢。大多數(shù)增長低于平均水平的省份都很貧窮（例11）。在貧困地區(qū)，經(jīng)濟速度放緩的現(xiàn)象更加嚴(yán)重（例12）。在旅程架構(gòu)中，若速度快的旅行者提升了平均速度，則會使速度慢的旅行者難以追趕平均速度，而平均速度放緩時，速度慢的旅行者離平均速度越遠，這體現(xiàn)了旅行者隊伍的整體速度水平都在下降。同理，經(jīng)濟發(fā)展放緩時，若貧窮的省份經(jīng)濟放緩的速度更加嚴(yán)重，則會導(dǎo)致趨同化停滯，這與之前一些樂觀的經(jīng)濟學(xué)家期望（使富裕省份經(jīng)濟發(fā)展慢下來，內(nèi)陸地區(qū)的高速增長潛力將彌補這一點）相差甚遠。

炭陽極的抗壓強度要在原設(shè)計基礎(chǔ)上進一步提高標(biāo)準(zhǔn)，以抵抗電流強化后產(chǎn)生的強大熱應(yīng)力，避免炭塊出現(xiàn)斷層、裂紋、掉塊等缺陷，影響使用壽命和正常生產(chǎn)。與此同時，強大的電流和更高的熱量會加快炭塊骨料的剝離速度，加快了炭塊的消耗，同時產(chǎn)生更多的碳渣進入電解質(zhì)中。

表觀密度（容積密度）需要進一步提高。炭塊的密度越高，單位體積所含炭量越多，以此可以適應(yīng)電流強化后增加的氧化速度；否則，炭陽極的更換周期將縮短，打破原有的生產(chǎn)秩序，影響正常的生產(chǎn)。表觀密度的具體標(biāo)準(zhǔn)還要根據(jù)各企業(yè)電流強化的程度確定。以500KA電解槽為例，電流強度如果從500KA強化到520KA，建議表觀密度提高到1.63g/cm

以上（僅供參考）。

驗證工藝技術(shù)條件變化。針對已建成的電解系列，電流強化前，要預(yù)先確保電量供給，驗證整流機組的負荷，確保系列供電安全；通過征求設(shè)計單位對強化電流的意見，驗證磁場幅度變化情況，避免磁場變化引起工藝技術(shù)條件惡化。

陽極炭塊的空氣透氣度要更低。更強的電流和更高的溫度，會加速陽極炭塊的氧化消耗速度，因此，陽極炭塊的空氣透氣度在質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)上要更好，設(shè)計值要更低。

近代中華民國成立以后，聞名遐邇的精武體育會為了使自己以體、智、德三育為宗旨，倡導(dǎo)“愛國、修身、正義、助人”，“強國、強民、強身”，以及“乃文乃武”的精武精神得到更大范圍的傳播和發(fā)揚光大，他們不失時機地將自己的觸角伸向了東南亞地區(qū)，以便在更廣闊的空間傳播中國的武術(shù)文化和精武精神。

電流強化后，在現(xiàn)有工藝條件不變的情況下，熱輸入增加。為減少熱量對陰極的沖擊，增加鋁水平是應(yīng)采取的必要措施之一。但是隨著鋁液的升高，其對陰極表面的壓力越大，根據(jù)壓強計算公司P=ρgh可得，鋁水平每升高1cm，壓強增加225Pa，也就是說鋁水向陰極滲入的壓力每平方米增加225N的力。如果鋁水平升高10cm，則壓強增加2250Pa，這個力不容忽視。特別是隨著陰極石墨含量的不斷增加，其表面強度有所降低，更容易受到鋁液的滲透侵蝕。

2.4 給生產(chǎn)穩(wěn)定帶來一定壓力

許多農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)由于土地問題得不到解決，缺乏經(jīng)營場所，一些優(yōu)質(zhì)項目仍然無法落地，難以正常發(fā)展。農(nóng)業(yè)加工型龍頭企業(yè)由于規(guī)模較小，在爭取用地指標(biāo)時，無法與工業(yè)企業(yè)競爭，基本無法進入工業(yè)園區(qū)，難以集群化發(fā)展，產(chǎn)業(yè)融合舉步維艱。此外，土地流轉(zhuǎn)配套用地問題也有待進一步解決。

逆變器轉(zhuǎn)化效率通常會受以下兩種因素影響：①把直流電流快速轉(zhuǎn)換成交流正弦波，在一定程度上會給功率半導(dǎo)體整體發(fā)熱產(chǎn)生很大損失。②逆變器MPPT中的控制算法會嚴(yán)重影響整個轉(zhuǎn)換效率[3]。光伏電池陣列中的輸出電流與電壓會隨日照的溫度變化發(fā)生巨大變化，且隨用電設(shè)備負載率的變化發(fā)生較大波動。逆變器的MPPT算法在一定程度上可以對電流與電壓進行有效控制，使光伏系統(tǒng)能夠快速達到最大輸出功率，并且能夠在短時間內(nèi)跟蹤到最大電力點，轉(zhuǎn)化效率也將得到進一步提高。當(dāng)負載率在63%左右時，在此條件下的逆變器電氣效轉(zhuǎn)換效率呈現(xiàn)的是一種最高狀態(tài)。

2.5 鋁液流速增加，陰極磨損和腐蝕增大

電流強化后，能量更集中，也必然加速極距區(qū)域內(nèi)Al

O

的氧化還原反應(yīng)速度，溶解在電解質(zhì)中的Al

O

消耗更快。增加Al

O

的下料量后，Al

O

融入電解質(zhì)需要一定的溶解和擴散時間，所以不能及時被消耗，因此還未擴散的Al

O

就可能形成沉淀，導(dǎo)致爐底沉淀增多，降低陰極導(dǎo)電性；而Al的實際產(chǎn)量其實并未相應(yīng)增加，從而導(dǎo)致電流效率降低。電流強化后，在電解工藝控制中，如若一味追求更低電耗而刻意降低槽電壓，則容易進一步壓低極距，液態(tài)Al與CO

的接觸幾率更大，由于反應(yīng)區(qū)域內(nèi)溫度更高，因此會增加Al的二次反應(yīng)幾率（2Al+3CO

→Al

O

+3CO），造成更多的能量損耗，同時使還原Al的電流能量減少，降低電流效率η。我們長期從事電解鋁生產(chǎn)的工程技術(shù)人員也發(fā)現(xiàn)，電解系列的電流強度越大，電流效率反而總體偏低，也就是這個原因。

如果鋁水平未做出相應(yīng)調(diào)整（應(yīng)適當(dāng)調(diào)高），則陽極底面的熱量會更容易傳遞達到陰極，加快Al與陰極C的二次反應(yīng)，生成Al

C

化合物，對陰極造成進一步損壞，并導(dǎo)致電流分布不均。與此同時，鋁液流速的加快，導(dǎo)致鋁液鏡面波動幅度增加，電解質(zhì)液體有更多機會與陰極上的Al

C

化合物接觸，由于電解質(zhì)對Al

C

的溶解度很高，因此會加快Al

C

的溶解，加速新的Al

C

的生成，使某些特定位置陰極的電化學(xué)腐蝕更加嚴(yán)重。

2.6 電流效率η會降低

電流強化后，磁場平衡受到影響，磁場更強，槽體內(nèi)鋁液水平電流更大，鋁液流速加快，增加對槽底陰極的磨損，尤其是在電流密度集中、鋁液流速較快的角部極下方，常常會形成明顯的錐形沖蝕坑，破壞陰極炭塊。破損的陰極炭塊會進一步導(dǎo)致陰極鋼棒被鋁液熔化，致使鋁液鐵含量增加，質(zhì)量下降，并增加了漏槽的重大風(fēng)險。

電解質(zhì)沸騰對陽極的沖刷將更為嚴(yán)重。更強的電流帶來更強大磁場，如果磁場平衡偏離設(shè)計值，鋁液攪動則更為激烈；同時，電流的強化會使陽極產(chǎn)生的CO

量增加，更加劇了電解質(zhì)液的攪動。在這兩種因素的驅(qū)動下，電解質(zhì)液在槽內(nèi)翻滾沸騰，長期不間斷地沖刷著陽極和覆蓋料，消耗了大量的陽極炭塊，造成陽極炭塊使用壽命明顯減低，不僅增加了生產(chǎn)成本。隨著陽極覆蓋料的沖刷消耗，覆蓋料塌陷增加，覆蓋料掉入電解質(zhì)融化后，導(dǎo)致電解質(zhì)水平也逐漸升高，使電解質(zhì)水平難以控制，物料平衡被打破，給穩(wěn)定生產(chǎn)帶來一定的壓力和挑戰(zhàn)。在此情況下，電解質(zhì)中的炭渣量也隨之增加，工作人員的勞動強度也變大。

2.7 增加鋁液向陰極的滲透

(2) FEP與外部時鐘系統(tǒng)采用自開發(fā)軟件。由于Meinberg工具對于上層時鐘源在1 000 s之內(nèi)發(fā)生的偏差或跳變,下一層時鐘均可以與上層同步;而實際信號系統(tǒng)一般規(guī)定外部時鐘源存在幾秒或十幾秒的偏差或跳變時，停止信號系統(tǒng)通信前置機與外部時鐘系統(tǒng)同步。

3 消除電流強化不利影響的措施建議

從設(shè)計上做好基因優(yōu)化。針對新建項目，在設(shè)計階段就要提前考慮強化電流強度條件下的可能影響因素，從供電條件、原輔材料、工藝技術(shù)條件（能量平衡、熱平衡、磁場平衡、物料平衡）、設(shè)備性能等各個方面周密考慮，努力消除電流強化后可能帶來的各種缺陷。

陽極炭塊的熱導(dǎo)率要適當(dāng)提高。電流強度增大后，陽極炭塊在單位時間內(nèi)接收的熱量更多，如果熱量不能及時散失出去，則會增加陽極炭塊的熱應(yīng)力，破壞炭塊結(jié)構(gòu)、降低使用質(zhì)量。因此，要求陽極炭塊的熱導(dǎo)率要更高，針對500KA電解槽，建議達到3.9W/m.k以上甚至更高。

提高陽極炭塊質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。電流強度強化的同時，陽極炭塊的強度、表觀密度等指標(biāo)必須提高，以適應(yīng)更強的電流密度條件，具體標(biāo)準(zhǔn)要根據(jù)電流強度的大小和生產(chǎn)實際情況來確定，但肯定要高于國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

合理匹配極距和槽電壓。極距與槽電壓成正比關(guān)系，為避免Al

O

來不及溶解而形成大量沉淀，同時降低鋁（液）二次反應(yīng)的幾率，和電流強化前相比，極距應(yīng)適當(dāng)提升，以保證較高的電流效率，但為避免出現(xiàn)槽溫升高熔化爐膛，應(yīng)適當(dāng)提高鋁水平來抑制磁場對鋁液的影響、增加部分散熱量或適當(dāng)調(diào)整保溫料厚度。電流效率和極距的關(guān)系如下圖所示：

降低各環(huán)節(jié)的電阻率。鋁母線在其它指標(biāo)不降低的前提下，電阻要更低，接地保護也要合理匹配調(diào)整；生產(chǎn)操作水平要提高，尤其是提升換極質(zhì)量，保持合理極距，降低陽極導(dǎo)桿與水平母線的接觸電阻；電解質(zhì)的成分管理要更加嚴(yán)格，分子比、粘度等指標(biāo)控制更加嚴(yán)格和標(biāo)準(zhǔn)化。

合理調(diào)整NB加料間隔。強化電流后，單槽日產(chǎn)原鋁量有所增加，所以氧化鋁消耗量也應(yīng)該提高。生產(chǎn)中可以利用氧化鋁電流效率和出鋁電流效率的差值判斷槽況的方法，來確定物料是否匹配，理想狀態(tài)下，加入電解槽內(nèi)的氧化鋁全部溶解，既不在槽內(nèi)積存，也不因投料不足而發(fā)生效應(yīng)或熔化槽幫，這時氧化鋁電流效率應(yīng)等于出鋁電流效率，可據(jù)此根據(jù)槽運行狀態(tài)適時調(diào)整NB加料間隔。

合理調(diào)整陽極更換周期。由于強化電流，陽極電流密度得到增強，造成陽極炭塊掉渣、掉塊率高，當(dāng)陽極質(zhì)量無法滿足時，需要適當(dāng)縮短陽極更換周期，并勤撈碳渣，避免電解質(zhì)含碳升溫。

積極引進智能設(shè)備。通過部署智能裝備，提高生產(chǎn)過程機械化、自動化水平，基于大數(shù)據(jù)分析、人工智能等技術(shù)，構(gòu)建智能業(yè)務(wù)模型，推進公司業(yè)務(wù)和作業(yè)流程持續(xù)優(yōu)化，嚴(yán)格開展生產(chǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)管理，確保電解槽強化電流后，過程質(zhì)量嚴(yán)格受控，強化后期平穩(wěn)運行，實現(xiàn)長周期生產(chǎn)，達到“長壽命、低成本、高質(zhì)量”電解生產(chǎn)管理目標(biāo)。

加強對“三鋼”等溫度變化情況的跟蹤力度。強化電流后，因電流密度增加，造成陰極炭塊破損的機率風(fēng)險升高，所以在強化電流后，要加強跟蹤“三鋼”等溫度的監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)處理異常情況，并在破損、隱患槽的穿槽母線上安裝耐火磚、耐火沙、石棉板等材料進行防護，槽底擺放小袋裝破碎料，用于阻擋漏爐液體流向大、小面，槽周提前準(zhǔn)備好應(yīng)急物料和工器具（見下表）。

4 結(jié)語

在高耗能產(chǎn)品受限的大環(huán)境下，各企業(yè)應(yīng)在產(chǎn)能指標(biāo)下嚴(yán)格控制產(chǎn)量，并從是否有利于降低能耗、是否有利于優(yōu)化工藝技術(shù)條件、是否有利于安全生產(chǎn)和環(huán)保等方面慎重考慮電流強化的必要性，避免盲目追求高電流強度。

[1]童道輝． 縱向排列鋁電解槽電流強化時磁場及母線優(yōu)化研究[D]．中南大學(xué),2011．

[2]金嶺．電解鋁生產(chǎn)工藝的優(yōu)化分析[J]． 世界有色金屬,2019,(18)：20-21．

[3]陳澤華,鄧永春．現(xiàn)代電解鋁工業(yè)設(shè)備管理探索[J]． 四川有色金屬,2012,(01)：67-70．