蒲海年， 周嗣東

(1.黃河鑫業(yè)有限公司， 青海 西寧 810008； 2.青海省投資集團有限公司, 青海 西寧 810000)

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輕金屬

高導電鋼棒技術在400 kA電解槽上的應用

蒲海年1， 周嗣東2

(1.黃河鑫業(yè)有限公司， 青海 西寧 810008； 2.青海省投資集團有限公司, 青海 西寧 810000)

敘述了新型陰極節(jié)能技術高導電陰極鋼棒在400 kA電解槽上的應用實踐。詳細介紹了陰極的組裝、筑爐施工工藝、電解槽的焙燒啟動和后期操作管理，以及采用高導電陰極鋼棒取得的節(jié)能效果。

鋁電解槽； 高導電鋼棒； 操作應用； 陰極節(jié)能； 爐底壓降

0 引言

隨著電解鋁市場的持續(xù)疲軟，降低電耗、降低成本成為了鋁電解企業(yè)生存發(fā)展的首要任務。爐底壓降是鋁電解槽槽電壓及其能耗的主要組成部分之一，與電解槽的能耗密切相關。隨著電解槽精細化管理的逐步推進，爐底壓降的高低也備受關注。國內(nèi)相關單位針對陰極系統(tǒng)做了大量的研究工作，通過對陰極各部位的導電性能進行優(yōu)化，為降低電解槽綜合能耗提供空間，達到降低電耗、降本增效的目的。

國內(nèi)某企業(yè)在400 kA電解系列采用新型高導電陰極鋼棒技術。該技術采用導電性能較好的陰極鋼棒和陰極組裝材料，以達到降低爐底壓降的目的，與普通雙陰極鋼棒槽相比，其節(jié)能效果明顯。

1 陰極鋼棒對爐底壓降的影響

1.1 陰極鋼棒材質(zhì)對爐底壓降的影響

鋼棒的電阻率與溫度存在如下關系[1]：

ρ=ρ0(1+at)

(1)

式中：ρ為鋼棒的電阻率；ρ0為基準電阻率；a為電阻溫度系數(shù)；t為溫度。

可見，鋼棒材質(zhì)確定后，其基準電阻率ρ0(室溫20 ℃的電阻率)和電阻溫度系數(shù)a則為定值，隨著溫度t的升高，鋼棒的電阻率ρ逐步增大，導電性變差。不同材質(zhì)的鋼棒其常溫和高溫下的電阻率見表1。

表1 不同材質(zhì)鋼棒的電阻率

在鋼棒尺寸不變的情況下，電阻率降低，則電阻減小，同樣電流下，壓降隨之降低。陰極鋼棒是影響電解槽爐底壓降的重要因素之一，理論研究和生產(chǎn)實踐證明，降低陰極鋼棒本體壓降可有效降低電解槽爐底壓降。

1.2 陰極鋼棒尺寸對爐底壓降的影響

陰極鋼棒的電阻可根據(jù)下式計算：

R=ρL/S

(2)

式中：R為陽極鋼棒電阻；ρ為電阻率，由陰極鋼棒本身性質(zhì)決定；L為陰極鋼棒的長度；S為陰極鋼棒的橫截面積。陰極鋼棒材質(zhì)不變時(即ρ不變)，其截面積增大，自身電阻降低。

2 高導電新型陰極鋼棒節(jié)能技術的應用

某企業(yè)在400 kA系列安裝了2臺采用新型高導電陰極鋼棒的電解槽，投運前企業(yè)與高導電鋼棒生產(chǎn)廠家反復論證，制定嚴格的操作規(guī)程，從陰極鋼棒的組裝到筑爐以及焙燒啟動和后期管理，各個環(huán)節(jié)嚴格規(guī)范操作，高導電陰極鋼棒電解槽實際投入運行后取得了很好的效果。

2.1 高導電陰極鋼棒的組裝施工

(1)新型高導電鋼棒筑爐過程遵循筑爐工藝操作規(guī)程，基本不變。

(2)鋼棒糊質(zhì)量的優(yōu)劣是影響電解槽經(jīng)濟指標的因素之一，提高鋼棒糊的導電性能，有利于降低電解槽的爐底壓降。

(3)陰極組裝的工藝和質(zhì)量對于電解后期運行至關重要。合適的施工溫度，嚴格的施工工藝，有效的檢驗手段，對于保證組裝質(zhì)量，優(yōu)化電解槽爐底壓降至關重要。

(4)陰極組裝工藝參數(shù)：陰極炭塊加熱溫度80～100 ℃，陰極鋼棒加熱溫度80～100 ℃，鋼棒糊加熱溫度55～75 ℃，石墨粉粒度800～1 200目。

2.2 高導電陰極鋼棒電解槽的焙燒啟動管理

2.2.1 通電制度

采用鋼制分流器和鋁制軟連接結合的分流方式，分流器分流率為59%，采用塞爾開關不停電送電作業(yè)，沖擊電壓控制在4.0～5.0 V之間，分流器通電8～10 h電壓降低至3.5 V開始拆除。

2.2.2 焙燒管理

(1)焙燒制度為焙燒時間96 h，采用焦粒空腔焙燒法，焦粒粒度2～5 mm，比電阻290～350 μΩ·m，角部陽極添加10%的石墨碎，混合石墨碎后的焦粒比電阻260～315 μΩ·m。

(2)焙燒電壓及焙燒溫度管理見表2。

表2 焙燒電壓及焙燒溫度管理

2.2.3 啟動制度

采用濕法無效應啟動，分兩次灌入12 t電解質(zhì)。由于灌入的液態(tài)電解質(zhì)量大，啟動后為防止電解質(zhì)過熱，電壓維持較低。啟動8 h后開始投入氧化鋁，下料間隔設定為120 s，待灌鋁后再初步調(diào)整下料間隔。啟動電壓管理見表3。

表3 啟動電壓管理 V

2.3 高導電陰極鋼棒電解槽啟動后期管理

2.3.1 啟動后期電壓管理

高導電鋼棒電解槽啟動灌鋁后電壓為5.4 V，后期正常運行電壓目標值為3.76 V，遵循先快后慢的原則，設定電壓在40 d內(nèi)降到3.76 V，降壓進度見表4。

表4 啟動后期電壓管理

2.3.2 啟動后期技術條件管理

(1)槽內(nèi)在產(chǎn)鋁量的控制。高導電鋼棒槽啟動后電壓在40 d內(nèi)要降低到3.76 V，期間槽內(nèi)熱收入急劇減少。為使槽溫平穩(wěn)下降，在啟動后期技術條件管理上，啟動后槽內(nèi)灌鋁22 t，灌鋁后第二天開始出鋁，為了維持熱平衡，產(chǎn)鋁量按照實出小于產(chǎn)出的原則逐步提高，最終達到28 t。實際出鋁量按照第一個月電流效率80%，第二個月電流效率85%，第三個月轉入正常生產(chǎn)進行控制。

(2)分子比的控制。由于啟動后投入的是載氟料，為防止分子比下降過快，原則上從第二個月末才開始投入氟鹽，前兩個月分子比不低于2.7。

(3)電解質(zhì)水平的控制。由于電壓變化較快，特別是前10 d設定電壓要從5.4 V急劇降至3.97 V，降低幅度達1 430 mV，按照極距每縮小1 mm電解質(zhì)壓降降低30 mV計算[2]，需要縮小極距47.7 mm。在液態(tài)電解質(zhì)量不變的情況下，僅縮小極距將導致電解質(zhì)水平升高14.1 cm，而極距縮小導致的電解質(zhì)水平的升高遠大于由于熱收入減少電解質(zhì)收縮引起的電解質(zhì)水平的降低，所以啟動后一個月內(nèi)電解質(zhì)水平需保持較高，不能低于24 cm。

3 高導電陰極鋼棒技術的節(jié)能效果

運行近8個月的新型高導電鋼棒電解槽與同期運行的普通雙鋼棒電解槽主要指標對比見表5。

表5 高導電鋼棒槽和普通雙鋼棒槽運行情況對比

由表5可見，新型高導電陰極鋼棒電解槽較普通雙鋼棒電解槽爐底壓降低49 mV，平均電壓低93 mV，噸鋁直流電耗平均低193 kWh。

4 結束語

新型高導電性陰極鋼棒在某企業(yè)400 kA電解槽的實際應用結果表明，高導電新型陰極鋼棒優(yōu)良的導電性能可有效降低電解槽爐底壓降，改善鋁液水平電流，提高極距降壓空間，并且能夠優(yōu)化電解槽磁場，降低水平電流。新型高導電鋼棒陰極電解槽較普通雙鋼棒槽噸鋁節(jié)電193 kWh，節(jié)能降耗效果明顯。該電解槽能夠實現(xiàn)低電壓平穩(wěn)生產(chǎn)，為實現(xiàn)鋁電解槽大幅節(jié)能創(chuàng)造了條件，且技術條件容易控制，各項技術指標較為理想，有良好的推廣應用前景。

[1] 邱竹賢.預焙槽煉鋁(第3版)[M].北京：冶金工業(yè)出版社,2005.

[2] 梁學民.現(xiàn)代鋁電解生產(chǎn)技術與管理[M].長沙：中南大學出版社，2011.

Application of high conductive steel bar technology in 400 kA electrolysis cell

PU Hai-nian, ZHOU Si-dong

In this paper the application of new energy saving technology of high conductive cathode steel bar in 400 kA prebaked cell was described. The cathode assembly, furnace construction process, baking start-up and later operation management of electrolytic cell, and the energy saving effects after application of the high conductivity cathode steel rod were detailed introduced.

aluminum electrolysis cell; high conductive steel rod; application of operation; cathode energy saving; pressure drop in furnace bottom

蒲海年(1978—)，男，青海樂都人，本科學歷，工程師，主要從事有色金屬冶煉方面技術及管理工作。

2014-- 11-- 05

TF821

B

1672-- 6103(2015)02-- 0039-- 02