張旭貴,周云峰,梁玉冬,王俊青,張芳芳

(中鋁鄭州有色金屬研究院有限公司,河南 鄭州 450041)

陽(yáng)極效應(yīng)是熔鹽電解中發(fā)生在陽(yáng)極上的一種特殊現(xiàn)象,表現(xiàn)為槽電壓急劇升高,電解槽出現(xiàn)明顯擺動(dòng),鋁電解中陽(yáng)極效應(yīng)的發(fā)生尤為普遍[1-2]。雖然陽(yáng)極效應(yīng)發(fā)生的機(jī)理有多種解釋,但是氧化鋁濃度偏低是導(dǎo)致陽(yáng)極效應(yīng)發(fā)生的主要原因。影響電解槽中氧化鋁濃度的因素主要有槽控系統(tǒng)氧化鋁濃度參數(shù)設(shè)置、氧化鋁性能和電解質(zhì)體系,在氧化鋁性能和電解質(zhì)體系相對(duì)穩(wěn)定的情況下,陽(yáng)極效應(yīng)主要與槽控系統(tǒng)氧化鋁濃度參數(shù)控制有關(guān)[3-5]。槽控系統(tǒng)中控制氧化鋁濃度主要有氧化鋁濃度周期切換系數(shù)、增量控制倍率、減量控制倍率、正常期限定時(shí)間、減量期限定時(shí)間和過量期限定時(shí)間等6個(gè)參數(shù)構(gòu)成,各個(gè)參數(shù)設(shè)置合理可以保障氧化鋁濃度范圍合理穩(wěn)定,降低陽(yáng)極效應(yīng)發(fā)生。

本文主要針對(duì)某電解鋁企業(yè)300 kA系列電解槽在更換槽控系統(tǒng)后陽(yáng)極效應(yīng)明顯增多的現(xiàn)象,分析了陽(yáng)極效應(yīng)偏多的主要原因,采取了相應(yīng)措施,陽(yáng)極效應(yīng)明顯降低,氧化鋁濃度參數(shù)調(diào)控降低陽(yáng)極效應(yīng)取得了顯著效果,本研究可為鋁電解降低陽(yáng)極效應(yīng)提供數(shù)據(jù)參考。

1 陽(yáng)極效應(yīng)現(xiàn)狀及原因分析

某電解鋁企業(yè)300 kA系列有6個(gè)車間,在更換完槽控系統(tǒng)后陽(yáng)極效應(yīng)明顯增大,閃爍效應(yīng)系數(shù)1.2次/(槽·日),效應(yīng)系數(shù)約0.3次/(槽·日),全效應(yīng)系數(shù)在1.5次/(槽·日)以上,詳細(xì)數(shù)據(jù)如圖1所示。

圖1 全效應(yīng)系數(shù)隨月份變化圖

對(duì)陽(yáng)極效應(yīng)增多的現(xiàn)象進(jìn)行原因分析,首先對(duì)電解質(zhì)中氧化鋁濃度進(jìn)行分析,結(jié)果如圖2所示。

圖2 氧化鋁濃度區(qū)間分布圖

從圖2可以看出,氧化鋁濃度控制特征一是濃度偏低,區(qū)間分布窄(1.3%～2.2%);二是6個(gè)車間的氧化鋁濃度控制區(qū)間沒有差異。因此,效應(yīng)系數(shù)偏多問題不是操作可以解決的,需要系統(tǒng)性優(yōu)化。

2 氧化鋁濃度參數(shù)調(diào)控措施

在操控系統(tǒng)控制氧化鋁濃度的6個(gè)參數(shù)中,最為重要的是氧化鋁濃度周期切換系數(shù)和過量期時(shí)間,主要對(duì)這兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整,改變下料切換時(shí)間點(diǎn)和過量下料時(shí)間,提高氧化鋁濃度,降低陽(yáng)極效應(yīng)。

為了使氧化鋁濃度參數(shù)調(diào)整更精準(zhǔn),參考A、B和C三家電解鋁企業(yè)的氧化鋁濃度控制參數(shù),詳細(xì)數(shù)值如表1所示。

表1 不同企業(yè)氧化鋁濃度參數(shù)對(duì)比

從表1可以看出,本企業(yè)的氧化鋁濃度周期切換系數(shù)和過量期時(shí)間偏低,導(dǎo)致氧化鋁濃度偏低,陽(yáng)極效應(yīng)增多,因此,主要從氧化鋁濃度周期切換系數(shù)和過量期時(shí)間這兩個(gè)方面進(jìn)行調(diào)整,初步計(jì)劃將氧化鋁濃度周期切換系數(shù)從11調(diào)整到12,過量期時(shí)間從25 min調(diào)整到30 min。

3 試驗(yàn)槽氧化鋁濃度參數(shù)調(diào)控效果

為了降低氧化鋁濃度參數(shù)調(diào)整對(duì)整個(gè)系列的影響,首先選擇了6臺(tái)槽進(jìn)行試驗(yàn),試驗(yàn)取得效果后再全系列推廣。

試驗(yàn)開始2周后,對(duì)氧化鋁濃度進(jìn)行取樣分析,詳細(xì)數(shù)據(jù)見表2。

表2 氧化鋁濃度調(diào)控試驗(yàn)電解槽氧化鋁濃度數(shù)據(jù)對(duì)比 %

由表2可以看出,試驗(yàn)開展兩周后,氧化鋁濃度切換系數(shù)和過量期時(shí)間調(diào)整后氧化鋁濃度整體上明顯上升。從1.715%上升到1.999%,增加了0.284%,增幅達(dá)到了16.5%。

試驗(yàn)進(jìn)行2個(gè)月后,對(duì)試驗(yàn)前后閃爍效應(yīng)、效應(yīng)系數(shù)和全效應(yīng)系數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析,如表3和表4所示。

表3 試驗(yàn)槽效應(yīng)系數(shù)原始值 次/(槽·日)

表4 試驗(yàn)槽效應(yīng)系數(shù)對(duì)比分析 次/(槽·日)

表5 試驗(yàn)槽效應(yīng)分?jǐn)傠妷簲?shù)據(jù)對(duì)比分析 V

由表3和表4可以看出,氧化鋁濃度參數(shù)調(diào)整對(duì)降低效應(yīng)具有積極作用,效果非常明顯。效應(yīng)系數(shù)逐步下降,經(jīng)過2個(gè)月試驗(yàn)時(shí)間,閃爍效應(yīng)從1.270次/(槽·日)降到0.751次/(槽·日),效應(yīng)系數(shù)從0.250次/(槽·日)降到0.149次/(槽·日),全效應(yīng)系數(shù)從1.520次/(槽·日)降低到0.901次/(槽·日),整體降幅在40%左右。

同時(shí)考察了試驗(yàn)前后效應(yīng)分?jǐn)傠妷鹤兓闆r,從表5可以看出,6臺(tái)試驗(yàn)槽試驗(yàn)后2個(gè)月的效應(yīng)分?jǐn)傠妷号c試驗(yàn)當(dāng)月份平均值相比整體平均下降了18 mV。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,6臺(tái)試驗(yàn)槽電流效率從試驗(yàn)前的91.83%提高到試驗(yàn)后的92.18%,電流效率提高了0.35%。

試驗(yàn)槽氧化鋁濃度參數(shù)調(diào)整取得了較為理想的效果,氧化鋁濃度周期切換系數(shù)從11調(diào)整到12,過量期時(shí)間從25 min調(diào)整到30 min后,經(jīng)過2個(gè)月的試驗(yàn),效應(yīng)系數(shù)整體降幅達(dá)40%,效應(yīng)分?jǐn)傠妷航档?8 mV,電流效率提高了0.35%,電壓降低和電流效率提高折合噸鋁節(jié)電降低約110 kWh。

4 推廣應(yīng)用效果

鑒于氧化鋁濃度參數(shù)調(diào)控降低陽(yáng)極效應(yīng)試驗(yàn)槽取得了良好效果,全系列6個(gè)車間開始全面推廣應(yīng)用,統(tǒng)一將氧化鋁濃度周期切換系數(shù)從11調(diào)整到12,過量期時(shí)間從25 min調(diào)整到30 min,推廣應(yīng)用1個(gè)月后全系列電解槽運(yùn)行參數(shù)如表6所示。

從表6可以看出,氧化鋁濃度參數(shù)調(diào)控降低陽(yáng)極效應(yīng)在全系列推廣應(yīng)用后,氧化鋁濃度達(dá)到2.014%,增幅為10.110%,效應(yīng)系數(shù)降低了近40%,全效應(yīng)系數(shù)降低了22%,效應(yīng)均攤電壓降低了15 mV,電流效率提高了0.32%,電壓降低和電流效率提高折合噸鋁節(jié)電約100 kWh,推廣應(yīng)用取得了理想效果。

表6 氧化鋁濃度參數(shù)調(diào)控推廣應(yīng)用效果

5 結(jié) 語(yǔ)

本文針對(duì)某電解鋁企業(yè)300 kA系列更換槽控系統(tǒng)后陽(yáng)極效應(yīng)增多的現(xiàn)象,發(fā)現(xiàn)氧化鋁濃度偏低是導(dǎo)致陽(yáng)極效應(yīng)增多的主要原因,而槽控系統(tǒng)氧化鋁濃度參數(shù)設(shè)置不合理造成了氧化鋁濃度偏低,通過采取相應(yīng)措施,把氧化鋁濃度周期切換系數(shù)從11調(diào)整到12,過量期時(shí)間從25 min調(diào)整到30 min,效應(yīng)系數(shù)明顯降低。6臺(tái)試驗(yàn)槽氧化鋁濃度提高幅度16.5%,陽(yáng)極效應(yīng)系數(shù)和全效應(yīng)系數(shù)降幅度都在40%以上,效應(yīng)分?jǐn)傠娊饨档?8 mV,電流效率提高了0.35%。全系列推廣后平均氧化鋁濃度提高幅度10.1%,效應(yīng)系數(shù)降低了近40%,全效應(yīng)系數(shù)降低了22%,效應(yīng)均攤電壓降低了15 mV,電流效率提高了0.32%,折合噸鋁節(jié)電約100 kWh,取得了良好的應(yīng)用效果。本研究可為鋁電解降低陽(yáng)極效應(yīng)提供數(shù)據(jù)參考。