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        淺析200kA預(yù)焙槽低電壓下提高電流效率的措施

        2013-11-12 13:11:20呂文斌
        科技視界 2013年27期
        關(guān)鍵詞:鋁液電流效率低電壓

        呂文斌

        (中國鋁業(yè)青海分公司,青海 西寧 810108)

        0 前言

        某公司投產(chǎn)至今已有30年,一直進(jìn)行電流效率的研究,從理論到實(shí)踐都有了很大的進(jìn)展。近年來,200kA預(yù)焙槽實(shí)施了低電壓生產(chǎn)技術(shù)。但推行低電壓生產(chǎn)不久,發(fā)現(xiàn)電解槽電流效率較推行前降低幅度較大,為此,該公司召開了班組長和專業(yè)技術(shù)人員研討會,決定攻關(guān)200kA預(yù)焙槽低電壓生產(chǎn)下提高電流效率的措施。

        1 電流效率低的原因分析

        電流效率低主要是電解電流通過了陰極,應(yīng)該產(chǎn)鋁,但實(shí)際沒有產(chǎn)鋁。電流效率低原因有以下幾項(xiàng):

        1.1 鋁的二次反應(yīng)損失

        因推行了低電壓生產(chǎn)技術(shù)前期,電解槽熱平衡不好,供料間隔設(shè)定不合理等因素,造成槽溫較高,陽極效應(yīng)系數(shù)加大,部分槽陽極效應(yīng)系數(shù)達(dá)到0.2次/槽·日以上,導(dǎo)致電解槽內(nèi)CO2(氣)濃度增大,同時因陽極效應(yīng)系數(shù)升高,電解槽內(nèi)下層鋁液翻滾到電解質(zhì)內(nèi)到達(dá)陽極表面機(jī)會加大,從而為鋁的二次反應(yīng)提供了良好的反應(yīng)條件。

        1.2 鈉的析出

        鈉的析出反應(yīng)式為:6Na(溶)+3CO2(氣)+2AlF3(溶)=6NaF(溶)+Al2O3+3CO(氣)。

        1.3 Al4C3的生成

        反應(yīng)式為:4Al(溶)+3C(固)=Al4C3(固),因推行了低電壓生產(chǎn)技術(shù)和強(qiáng)化電流降電壓技術(shù),電解槽陰極塊為201項(xiàng)目陰極塊,陰極生產(chǎn)廠家生產(chǎn)該種陰極塊時間不久,經(jīng)驗(yàn)不足,有部分陰極塊濕潤型不好,質(zhì)量欠佳,加速了Al4C3的生成。

        1.4 雜質(zhì)引起的損失

        實(shí)踐證明電解質(zhì)中 Fe、P、V、Si、Zn、Ti和 Ga 等雜質(zhì)的陽離子每增加0.01%,電流效率降低0.1~0.7%。因某公司推行了低電壓生產(chǎn)技術(shù)和強(qiáng)化電流降電壓技術(shù)期間,為降低成本,為電解槽購進(jìn)了高硫焦含量較大的陽極炭塊,因高硫焦雜質(zhì)含量較高,一定程度影響了電流效率。

        1.5 陰極和陽極之間的瞬時短路

        因操作不慎,陰極和陽極之間的發(fā)生瞬時短路,主要是在更換陽極或出鋁時,因操作不慎使陽極同鋁液接觸造成瞬時短路而引起的電流損失。

        2 提高電流效率的措施

        2.1 強(qiáng)化電流

        某公司200kA電解槽設(shè)計陽極電流密度0.7215A/cm2,經(jīng)研究院和工程技術(shù)人員詳細(xì)計算,各母線足夠承載強(qiáng)化后電流的容量,為此某公司決定將系列電流從200kA強(qiáng)化至215kA,215kA時陽極電流密度0.7756A/cm2,仍低于國際國內(nèi)先進(jìn)電解槽陽極電流密度。

        2.2 規(guī)整爐膛內(nèi)形

        電解槽具有良好的爐膛內(nèi)形,它可以減少水平磁場,收縮鋁液鏡面沉積在爐膛內(nèi)壁上的,提高陰極電流密度,降低鋁液波動,同時較厚的爐幫可以減少熱損失,從而提高電流效率。在實(shí)施低電壓初期,形成較厚的爐幫,但部分槽伸腿增長,尤其是角部陽極伸腿過分增長,導(dǎo)致爐膛畸形,使電流效率下降。為此采取措施有:一是,每周處理角部陽極伸腿;二是,充分利用換極機(jī)會,打撈好炭渣,并處理電解槽畸形爐膛。

        2.3 降低陽極效應(yīng)系數(shù)

        2.3.1 嚴(yán)格執(zhí)行殼頭包、打撈炭渣和大堆料檢查制度,及時消除殼頭包,保證氧化鋁供料的暢通,以降低由于物料的卡堵而造成的陽極效應(yīng)系數(shù)升高;

        2.3.2 規(guī)范換極作業(yè),操作前必須扒干凈殘極上的浮料,減少物料的無序進(jìn)入;

        2.3.3 堅(jiān)持電解槽日評判制度,開展好電解槽橫班對標(biāo)活動;

        2.3.4 加強(qiáng)供料管理,凈化車間每班深入現(xiàn)場進(jìn)行檢查,及時了解供料及煙氣凈化情況,防止堵料或下料器故障發(fā)生的效應(yīng);

        2.3.5 加強(qiáng)電解槽下料點(diǎn)的稱量和檢查,杜絕大堆料造成的電解槽缺料而發(fā)生陽極效應(yīng);

        2.3.6 電解計算機(jī)站對異常槽進(jìn)行電解槽下料異常通報,提醒電解工及時處理異常情況。

        圖1 低電壓推行初期電解槽爐膛

        圖2 采取措施后標(biāo)準(zhǔn)爐膛

        3 優(yōu)化工藝參數(shù)

        3.1 保持合理的電解溫度

        實(shí)踐證明電解溫度每降低10℃,電流效率能提高1.5-1.8%。因此將電解溫度控制在920-930℃的范圍內(nèi),能獲得較高的電流效率。

        3.2 保持合理兩水平

        電解槽內(nèi)鋁水平要設(shè)定合理,過高可造成爐底偏冷,太低易造成槽溫上升,影響電流效率。因此,不同的電解槽應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置相應(yīng)的鋁液高度,不可因?yàn)閱渭兊臑榱私档碗妷?,減少針振穩(wěn)定磁場而大幅度提高鋁液高度。建議實(shí)施低電壓技術(shù)電解槽可采用19-21cm鋁液高度為宜,電解質(zhì)水平保持24-26.5cm。

        3.3 電解質(zhì)成份調(diào)整

        表1 電解質(zhì)體系主要成分及調(diào)整目標(biāo)

        3.4 其他提高電流效率的措施

        圖3 200kA電解系列電流效率完成圖

        3.4.1 狠抓換極操作質(zhì)量,卡具壓降要求控制在5mv以內(nèi);

        3.4.2 為確保新極16小時電流分布合格率達(dá)標(biāo),對要換的陽極提前預(yù)熱,增加換極后陽極的及時導(dǎo)電性;

        3.4.3 及時維修端頭破損的槽蓋板,減少漏電;

        3.4.4 利用每次停電機(jī)會處理電解槽四周的雜物,減少漏電;

        3.4.5 使用高質(zhì)量的陽極塊和陰極塊,減少炭渣量,提高陽極、電解質(zhì)和陰極的電導(dǎo)率。

        4 取得效果

        4.1 經(jīng)濟(jì)效益

        電流效率從2012年的90.71%提高到2013年上半年91.21%,電流效率較實(shí)施前提高了0.5%,圖3是電流效率完成圖,平均槽電壓從2012年3.958V降為2013年上半年3.942V,下降了0.116V。

        該系列有278臺槽生產(chǎn)槽,電流強(qiáng)度強(qiáng)化至215kA,每度電費(fèi)0.34元/kWh,實(shí)施前噸鋁直流電耗13134kWh/t,實(shí)施后噸鋁直流電耗12954kWh/t,則該系列年節(jié)約電耗效益為:

        年節(jié)約電耗效益=(實(shí)施前噸鋁直流電耗-實(shí)施后噸鋁直流電耗)×年產(chǎn)量×電費(fèi)=(13134kWh/t-12954kWh/t)×158900t/年×0.34 元 /kWh=972萬元/年。

        系列年增加產(chǎn)量=(實(shí)施后效率-實(shí)施前效率)×0.3356×24×215KA×278臺×365d×10-3=878.5噸。

        4.2 社會效益

        項(xiàng)目實(shí)施后電解系列陽極效應(yīng)系數(shù)由0.15次/槽·日降至0.07次/槽·日以下,效應(yīng)持續(xù)時間由3-4分鐘降至2-3分鐘。因效應(yīng)系數(shù)和效應(yīng)持續(xù)時間的降低,減少了CO2、CO、CF4、C2F6等溫室氣體的排放量,同時節(jié)約了電能,為節(jié)能減排做出了貢獻(xiàn)。

        [1]邱竹賢.預(yù)焙槽煉鋁[M].冶金工業(yè)出版社,2005.

        [2]劉業(yè)翔.現(xiàn)代鋁電解[M].冶金工業(yè)出版社,2008.

        [3]戴小平,吳智明.200kA預(yù)焙鋁電解槽生產(chǎn)技術(shù)與實(shí)踐[M].中南大學(xué)出版社,2006.

        [4]黃棟飚,白明昌,郭慶峰.400kA系列預(yù)焙槽低電壓運(yùn)行生產(chǎn)實(shí)踐[J].輕金屬,2011.

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