相洋

摘 要：電解槽發(fā)生陽(yáng)極效應(yīng)時(shí)，槽電壓和電解溫度升高，電化學(xué)反應(yīng)幾乎停止，鋁液局部發(fā)生氧化反應(yīng)而燃燒，電流效率低下，電能、氟化鹽等消耗增加，爐幫熔化變薄，致使槽內(nèi)襯侵蝕幾率增加而影響槽壽命，溫室氣體碳氟化合物（CF4和C2F6）排放量增多，系列電流波動(dòng)等，對(duì)電解槽長(zhǎng)壽高效運(yùn)行、企業(yè)節(jié)能減排和職工的職業(yè)健康造成一定的不良影響。因此，各電解鋁企業(yè)非常重視陽(yáng)極效應(yīng)的控制。本文介紹了山西中潤(rùn)陽(yáng)極效應(yīng)“趨零化”控制技術(shù)的研究以及在實(shí)踐中取得的效果。

關(guān)鍵詞：500kA鋁電解槽;陽(yáng)極效應(yīng);“趨零化”;控制技術(shù)

1 SY500電解槽的特點(diǎn)

山西中潤(rùn)使用的是沈陽(yáng)鋁鎂設(shè)計(jì)研究院有限公司研究設(shè)計(jì)的SY500電解槽。由于在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了相鄰列槽、周?chē)奂安蹥さ钠帘巫饔?，運(yùn)用優(yōu)化的電磁場(chǎng)與流動(dòng)場(chǎng)模型的模擬，SY500電解槽采用大面六點(diǎn)進(jìn)電非對(duì)稱(chēng)配置母線(xiàn)，很好的解決了電解槽磁流體穩(wěn)定性問(wèn)題，使電解槽的鋁液-電解質(zhì)界面變形小，鋁液流速低。并且利用成熟的三維電熱場(chǎng)耦合計(jì)算模型，很好地解決了電解槽本體內(nèi)襯的等溫線(xiàn)分布和熱平衡問(wèn)題，使電解槽在生產(chǎn)中可以保持規(guī)整的爐幫形狀和合理的爐幫厚度。

打殼下料裝置包括打殼機(jī)構(gòu)和定容下料器組成，在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)該裝置進(jìn)行了改進(jìn)，打殼氣缸和定容下料器采用6個(gè)獨(dú)立的耐強(qiáng)磁控制閥體控制，使該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了單點(diǎn)打殼、單點(diǎn)下料控制，對(duì)于超大容量鋁電解槽，更利于均化槽內(nèi)的氧化鋁濃度分布，防止局部效應(yīng)。計(jì)算機(jī)（槽控機(jī)）根據(jù)工藝狀況，自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)氧化鋁和氟化鋁的下料量，即控制氧化鋁濃度和電解質(zhì)分子比，實(shí)現(xiàn)“按需加料”，使氧化鋁濃度保持在 2～3%范圍內(nèi)，保持槽內(nèi)電解質(zhì)中氧化鋁濃度的恒定，以獲得較高的電流效率。

這些先進(jìn)的設(shè)計(jì)技術(shù)顯著提高了電解槽的穩(wěn)定性，陽(yáng)極效應(yīng)系數(shù)設(shè)計(jì)值為0.03次/（槽·日）。

2 技術(shù)條件優(yōu)化匹配技術(shù)

優(yōu)化生產(chǎn)中的技術(shù)條件是持續(xù)降低陽(yáng)極效應(yīng)系數(shù)和持續(xù)時(shí)間以達(dá)到陽(yáng)極效應(yīng)“趨零化”的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

本文所采用的耦合匹配平衡優(yōu)化原則就是要通過(guò)氧化鋁濃度、電解溫度、過(guò)熱度和初晶溫度等技術(shù)條件之間平衡作用而相互協(xié)調(diào)，保持低效應(yīng)系數(shù)、高電流效率、少氧化鋁沉淀、使炭渣易分離。在陽(yáng)極效應(yīng)保持正?！摆吜慊钡那闆r下，降低氧化鋁濃度（以提高電流效率，并降低電解質(zhì)對(duì)炭渣濕潤(rùn)性，促進(jìn)炭渣從電解質(zhì)中分離、上浮及排出，降低炭渣含氟量，減少氧化鋁在電解質(zhì)中的懸浮量和減少氧化鋁沉淀，提高電解質(zhì)電導(dǎo)率），提高電解溫度（以提高臨界電流密度，彌補(bǔ)氧化鋁濃度降低帶來(lái)的臨界電流密度降低），降低過(guò)熱度（以提高電流效率，并減少熱損失來(lái)補(bǔ)償提高電流效率多產(chǎn)鋁帶走的熱量以及協(xié)助提高電解溫度），提高初晶溫度（以提高氧化鋁溶解度，減少氧化鋁在電解質(zhì)中的懸浮量，提高電解質(zhì)電導(dǎo)率，減少氧化鋁沉淀）。

當(dāng)陽(yáng)極效應(yīng)不能正常保持“趨零化”而有所升高時(shí)，提高氧化鋁濃度（以提高臨界電流密度，減少陽(yáng)極效應(yīng)），降低電解溫度（以提高電流效率，補(bǔ)償氧化鋁濃度升高帶來(lái)的電流效率降低），提高過(guò)熱度（以提高氧化鋁溶解度，平衡補(bǔ)償氧化鋁濃度升高所增加的氧化鋁溶解量，減少氧化鋁在電解質(zhì)中的懸浮量，并有助于炭渣從電解質(zhì)中分離、上浮和排出，提高電解質(zhì)電導(dǎo)率，減少氧化鋁沉淀），降低初晶溫度（以提高電流效率，進(jìn)一步補(bǔ)償氧化鋁濃度升高帶來(lái)的電流效率降低;

2.1 確定技術(shù)條件合理范圍

氧化鋁濃度降低可提高電流效率，但氧化鋁濃度過(guò)低則會(huì)引發(fā)較多的陽(yáng)極效應(yīng)，因而應(yīng)將氧化鋁濃度低窄化地控制在1.5%～2.5%。由于在所用原料氧化鋁中不同程度地含有Li2O、K2O、CaO、MgO等金屬氧化物，山西中潤(rùn)電解質(zhì)富集LiF2.5%～4.5%、KF2%～4%、CaF22%～3%、MgF21%～1.2%左右，在不剔除鋰、鎂、鉀鹽影響的情況下分子比按2.4～2.6控制?？紤]鋰鹽等含量在富集中，因此取初晶溫度控制中值為930℃，控制波動(dòng)范圍在925～935℃。選用過(guò)熱度小的電解質(zhì)成分是提高電流效率的一個(gè)重要條件，將過(guò)熱度控制范圍確定為5～15℃。電解溫度控制范圍確定為935～945℃。

2.2 以氧化鋁濃度為中心實(shí)施耦合匹配控制

氧化鋁濃度是發(fā)生陽(yáng)極效應(yīng)的主要影響因素，以氧化鋁濃度為中心實(shí)施耦合匹配控制原則就是在保持較高電流效率、減少氧化鋁沉淀、使炭渣易于從電解質(zhì)中分離并使電解質(zhì)保持良好導(dǎo)電性的基礎(chǔ)上，穩(wěn)定地對(duì)氧化鋁濃度控制在低窄范圍內(nèi)。

2.3 控制溫度

（1）保持適當(dāng)?shù)年?yáng)極保溫料

當(dāng)電解溫度處于降低態(tài)勢(shì)，而陽(yáng)極保溫料又偏少時(shí)，適當(dāng)增加保溫料厚度（粒度在0.5～10mm范圍內(nèi)，混合均勻，將陽(yáng)極全部覆蓋?。疃嗟竭_(dá)陽(yáng)極鋼爪橫梁下沿50mm（不要過(guò)厚以防鋼爪溫度過(guò)高導(dǎo)致爆炸焊脫落），即陽(yáng)極上保溫料厚度不大于170mm，并穩(wěn)定保持。

（2）保持適當(dāng)?shù)年帢O保溫

當(dāng)電解溫度處于降低態(tài)勢(shì)，而角部伸腿較長(zhǎng)時(shí)，可用硅酸鋁纖維氈或保溫磚等保溫材料適當(dāng)增加角部保溫。

2.4 保持適當(dāng)鋁水平

（1）當(dāng)電解溫度處于降低態(tài)勢(shì)，不僅角部伸腿較長(zhǎng)，端部以及大面伸腿也普遍較長(zhǎng)而鋁液水平偏高時(shí)，適當(dāng)降低鋁液水平高度（不低于標(biāo)準(zhǔn)鋁水平21～23cm下限），減少通過(guò)鋁液的散熱量。

（2）當(dāng)電解溫度處于上升態(tài)勢(shì)，大面以及端部伸腿熔化，而且角部伸腿也熔化，而鋁液水平偏低時(shí)，適當(dāng)提高鋁液水平高度（不高于標(biāo)準(zhǔn)鋁水平21～23cm上限），增加通過(guò)鋁液的散熱量。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)鋁電解工藝技術(shù)條件進(jìn)行耦合匹配的優(yōu)化平衡控制，及時(shí)有效地自動(dòng)熄滅陽(yáng)極效應(yīng)，有效地推進(jìn)了陽(yáng)極效應(yīng)系數(shù)和持續(xù)時(shí)間“趨零化”控制的技術(shù)進(jìn)步，為山西中潤(rùn)500kA大型鋁電解系列取得了良好的創(chuàng)經(jīng)濟(jì)與環(huán)保效益，并形成一條行之有效的陽(yáng)極效應(yīng)“趨零化”控制技術(shù)路線(xiàn)，為電解鋁企業(yè)提供了一套重要的技術(shù)控制策略。

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