湯學(xué)智　魏曉玲

摘要：電流效率的提高與控制水平、工藝制度、操作技術(shù)等緊密相關(guān)，更重要的是各技術(shù)條件及操作水平要相互配合，相互適應(yīng)。本文對(duì)影響210kA大型預(yù)焙電解槽電流效率的因素進(jìn)行研究，在此基礎(chǔ)上探討了提高電流效率的途徑。

關(guān)鍵詞：210K電解槽電流效率；變量參數(shù)：影響因素；

1引言

電流效率是鋁電解生產(chǎn)過(guò)程中非常重要的一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，它在一定程度上反映著鋁電解生產(chǎn)的技術(shù)和管理水平。本文選用210 kA大型預(yù)焙陽(yáng)極電解槽，經(jīng)過(guò)多年實(shí)踐研究，重點(diǎn)對(duì)影響電流效率的主要因素進(jìn)行了全面總結(jié)，優(yōu)化了工藝參數(shù)，并顯著提高了鋁電解生產(chǎn)的穩(wěn)定性。

2生產(chǎn)實(shí)踐中各參數(shù)對(duì)電流效率的影響

2.1爐膛對(duì)電流效率的影響作用

為了更準(zhǔn)確的測(cè)試爐膛對(duì)電流效率的影響，選擇電解技術(shù)條件相同僅爐膛有差異的電解槽進(jìn)行測(cè)試，具體條件列表1。

結(jié)果分析：

（1）從上表中可以看出四種爐膛的電流效率偏差2.1-4.3%。a爐膛規(guī)整，電流垂直通過(guò)爐底，沒(méi)有任何水平電流產(chǎn)生，既減少電流的空耗又不會(huì)產(chǎn)生水平磁力，從而使鋁液保持平穩(wěn)狀態(tài)，減少了鋁液因溶解而二次氧化的機(jī)會(huì)，因而電流效率較高。b爐膛因側(cè)部不完整有水平電流的產(chǎn)生，增加了電流的空耗，同時(shí)伸腿較小，陰極鋁液面積較大，增加了鋁離子向電解質(zhì)擴(kuò)散的機(jī)會(huì)，也因此增加二次氧化的機(jī)會(huì)，因而電流效率下降。c爐膛伸腿較大已深入陽(yáng)極投影下面，使鋁液能夠產(chǎn)生水平電流，增加鋁液的波動(dòng)，使電流效率降低。但c爐膛縮小了陰極鋁液表面，減少了鋁液的蒸發(fā)和溶解損失有利于電流效率的提高，但總體上電流效率還是下降了。d爐膛在具有c爐膛的特征同時(shí)又增加了底部沉淀，這樣又在沉淀處出現(xiàn)了水平電流，再次加劇了鋁液的波動(dòng)，從而再次加快了鋁液的溶解而增大二次氧化機(jī)會(huì)，因而電流效率最低。（2）不規(guī)整爐膛增加了水平電流矢量，產(chǎn)生水平磁力，加劇鋁液的波動(dòng)，增大了鋁向電解質(zhì)溶解的速度，從而增加鋁液的二次反應(yīng)機(jī)會(huì)，造成電流效率下降。同時(shí)說(shuō)明規(guī)整爐膛能構(gòu)成電解槽優(yōu)良的電流場(chǎng)和電磁場(chǎng)，使鋁液保持平穩(wěn)，電流效率提高，210KA預(yù)焙槽在其它技術(shù)條件相同的情況下，爐膛不規(guī)整比規(guī)整爐膛的電流效率可降低2.1-4.3%。

2.2溫度對(duì)電流效率的影響及控制策略

電解溫度是鋁電解生產(chǎn)中一個(gè)十分重要的技術(shù)條件，一般認(rèn)為，電解溫度高則電流效率下降，反之則上升，因此，低溫生產(chǎn)是鋁電解行業(yè)共同追求的目標(biāo)。隨著溫度的降低，電解質(zhì)中熔鋁量降低，相當(dāng)于減小了鋁電解熔解度，電流效率得以提高；電解質(zhì)中熔鋁量降低，電解反應(yīng)生成的氣體量減少，對(duì)電解質(zhì)的攪拌強(qiáng)度減弱，相當(dāng)于增加了擴(kuò)散層厚度提高了電流效率；擴(kuò)散系數(shù)減小，可以提高電流效率。

相同電流效率的槽爐膛、兩水平、極距等技術(shù)條件相同，惟獨(dú)槽溫和分子比不同，不同的槽溫取得相同的電流效率的差異是分子比不同。因分子比相對(duì)于槽溫的表現(xiàn)主要是初晶溫度，槽溫=初晶溫度+過(guò)熱度，一般分子比高初晶溫度就高，分子比低初晶溫度就低。由于極距相同，表明電解槽的熱收入相同。從以上幾點(diǎn)可以得出：

（1）溫度對(duì)電流效率的影響主要是對(duì)電解槽過(guò)熱度的影響，低槽溫生產(chǎn)在保持適當(dāng)?shù)倪^(guò)熱度條件下，通過(guò)降低初晶溫度，即分子比，能達(dá)到高電流效率。

（2）電解槽在其它條件相同的情況下，雖槽溫不同，但具有相同的過(guò)熱度時(shí)，能達(dá)到相同的電流效率。

2.3分子比對(duì)電流效率的影響

電解質(zhì)分子比對(duì)鋁電解生產(chǎn)影響很大，是影響電流效率的重要因素之一。分子比對(duì)電流效率的影響，大多數(shù)的研究結(jié)果都傾向于分子比升高，電流效率降低，主要是分子比太高，增大鈉析出的機(jī)會(huì)，這會(huì)使電流效率下降。

在低分子比的鋁電解生產(chǎn)中，分子比對(duì)電流效率的影響主要體現(xiàn)它能否及時(shí)補(bǔ)充保持電解質(zhì)成分，通過(guò)對(duì)電解質(zhì)初晶溫度的影響和物料平衡體系的影響，間接影響到電流效率。實(shí)踐證明，隨著分子比的降低電流效率有升高趨勢(shì)，但當(dāng)分子比低于2.4時(shí)，電流效率反而下降。這主要是由于分子比太低對(duì)操作和技術(shù)條件體系提出了更高要求，而現(xiàn)有計(jì)算機(jī)控制水平和操作水平不能與此相適應(yīng)，分子比偏低的負(fù)面作用便表現(xiàn)的比較明顯，電流效率因此而下降。

2.4電流密度對(duì)電流效率的影響

鋁電解槽電流密度有陽(yáng)極電流密度和陰極電流密度之分，其對(duì)電流效率的影響機(jī)理并不相同。在工業(yè)生產(chǎn)中，陽(yáng)極電流密度是在設(shè)計(jì)電解槽時(shí)就確立下來(lái)，投入生產(chǎn)后一般沒(méi)法改變，只有陰極的電流密度因爐膛的變化可以改變，所以在實(shí)際生產(chǎn)中一般通過(guò)改變陰極的電流密度來(lái)提高電流效率。對(duì)于陰極電流密度來(lái)說(shuō)，從工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐證明，總的趨勢(shì)是電流效率隨著陰極電流密度的增大而提高。這是因?yàn)樵谄渌鼦l件不變的情況下，陰極電流密度增大，表示鋁液鏡面面積的相對(duì)縮小，鋁的溶解總量減少，電流效率提高。

所綜上所述，在陽(yáng)極電流密度一定的情況下，縮小陰極面積，建立規(guī)整穩(wěn)定的槽膛內(nèi)型，提高陰極電流密度，可以提高電流效率。

2.5鋁水平和電解質(zhì)水平對(duì)電流效率的影響

鋁水平對(duì)電流效率的影響：鋁水平的提高，有利于電流效率的提高。但是，鋁水平過(guò)高會(huì)使槽側(cè)部通過(guò)鋁液層的散熱量增大，容易造成槽底生產(chǎn)沉淀，嚴(yán)重時(shí)產(chǎn)生爐底結(jié)殼，不利于提高電流效率。因此，各種槽型根據(jù)其熱平衡應(yīng)有一個(gè)最佳鋁水平高度，只有這樣才能保持電解槽運(yùn)行穩(wěn)定，獲得最高的電流效率。經(jīng)工業(yè)實(shí)踐210KA電解槽內(nèi)的鋁水平一般保持在20-22 cm之間，能夠獲得最為理想的電流效率。電解質(zhì)水平素有電解槽“血液”之稱。電解質(zhì)水平高，則可以保證氧化鋁在沉降過(guò)程中的較好溶解，防止?fàn)t底造成沉淀，同時(shí)熱穩(wěn)定性好，可使電解槽在較低溫度下穩(wěn)定運(yùn)行，提高電流效率。但是，電解質(zhì)水平過(guò)高，一方面不利于陽(yáng)極氣體的排出，容易化上口，造成氧化鋁升高，影響電流效率；另一方面不利于節(jié)能降耗。目前，210KA大型預(yù)焙槽的電解質(zhì)水平在18-20 cm之間為宜。

2.6氧化鋁濃度對(duì)電流效率的影響

氧化鋁濃度對(duì)電流效率呈“U”形曲線的影響已被業(yè)界人士認(rèn)同。增加A1203含量，電解質(zhì)溫度會(huì)降低，電流效率會(huì)提高；減小A1203含量，會(huì)使槽電阻減小，使極距提高，電流效率亦提高，實(shí)際生產(chǎn)中后一種在中心自動(dòng)下料的智能模糊控制下，通過(guò)欠量與過(guò)量下料交叉進(jìn)行，電解質(zhì)內(nèi)的AL203濃度和槽電阻均趨于穩(wěn)定，在生產(chǎn)實(shí)踐中我們特別重視氧化鋁濃度的控制，我們傾向于減小氧化鋁濃度提高電流效率的見(jiàn)解，低氧化鋁濃度有利于爐底的控制，電解質(zhì)流動(dòng)性好，氧化鋁能迅速溶解，分離碳渣較好，電解質(zhì)清亮干凈，氧化鋁濃度均勻，電阻穩(wěn)定，異常電壓小，槽電壓不高利于控制的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)很有利，通?？梢酝ㄟ^(guò)歷史曲線、日?qǐng)?bào)表上的“過(guò)量下料”與“欠量下料”、效應(yīng)等待時(shí)間長(zhǎng)短和化驗(yàn)分析結(jié)果來(lái)掌握氧化鋁濃度。某鋁廠210KA的氧化鋁濃度控制在1.5%-2.5%之間。

3鋁電解過(guò)程中操作管理對(duì)電流效率的影響

電解槽的各項(xiàng)技術(shù)條件選定后，運(yùn)行中必須一次建立起穩(wěn)定的熱平衡和物料平衡，使技術(shù)條件保持平穩(wěn)，這是確保電解槽運(yùn)行的基本條件。具有良好技術(shù)條件的槽子，往往自平衡能力強(qiáng)，抗病能力強(qiáng)。這樣的電解槽能忍耐短時(shí)間一定程度的干擾因素。技術(shù)條件搭配不合理的槽子，自平衡能力弱，槽子變得非常敏感，小的干擾也會(huì)使槽子發(fā)病。鋁電解生產(chǎn)中，如果各項(xiàng)技術(shù)條件保持不穩(wěn)，電解槽運(yùn)行在波動(dòng)之中，自然會(huì)降低電流效率，這就要求人們必須加強(qiáng)管理，及時(shí)排除各項(xiàng)干擾因素，使電解槽始終在最佳技術(shù)條件下運(yùn)行，才能獲得較高的電流效率。

電解槽的各項(xiàng)作業(yè)質(zhì)量，不僅影響槽子的運(yùn)行狀況，而且直接涉及到電流效率。比如換陽(yáng)極，若更換質(zhì)量不好，新極設(shè)置偏低，會(huì)造成局部過(guò)熱，增大鋁的溶解損失，同時(shí)引起電壓擺，造成電流空耗，嚴(yán)重降低電流效率；若陽(yáng)極設(shè)置偏高，新極長(zhǎng)時(shí)間不導(dǎo)電，一方面增大其它陽(yáng)極的電流負(fù)荷，減少陽(yáng)極的有效工作面，降低電流效率，另一方面引起局部過(guò)冷，影響熱平衡，破壞爐膛，可能導(dǎo)致病槽，降低電流效率。出鋁量不準(zhǔn)確，會(huì)直接破壞電解槽的技術(shù)條件，引起運(yùn)行不穩(wěn)，降低電流效率。其他各項(xiàng)作業(yè)質(zhì)量不好，都會(huì)使電解槽產(chǎn)生波動(dòng)，降低電流效率。因此，各項(xiàng)操作必須嚴(yán)格按基準(zhǔn)執(zhí)行，確保操作質(zhì)量，保證電解槽平穩(wěn)運(yùn)行，方可獲得較高的電流效率。

4結(jié)語(yǔ)

從實(shí)踐結(jié)果可知，提高鋁電解電流效率最有效方法是合理配置和控制技術(shù)參數(shù)，選擇最佳電解質(zhì)組成、電解溫度和氧化鋁濃度、保持合理的鋁液水平和電解質(zhì)水平。同時(shí)，平穩(wěn)生產(chǎn)是電解槽取得較好電流效率的基本條件，即建立較好的熱平衡和物料平衡，從而提高電流效率、降低能耗。在已經(jīng)設(shè)計(jì)好的電解槽上，除了合理的配置和優(yōu)化技術(shù)條件以外，加強(qiáng)操作管理，建立良好的制度，提高員工綜合技術(shù)水平，對(duì)提高電流效率有顯著效果的。