200 kA 电解槽新型结构槽节能技术

2012-09-08供稿杨国峰

金属世界 2012年5期

供稿|杨国峰

200 kA 电解槽新型结构槽节能技术

供稿|杨国峰

内容导读

电解铝行业是高能耗行业，节能降耗将是中国电解铝技术创新与发展持续不断的主旋律。文章结合新型阴极结构电解槽在200 kA电解槽上的焙烧与启动、主要参数的配置分析，并与普通电解槽对比，描述了正常生产中存在的问题，及时有效地措施，达到节能降耗的目的。

能源是企业的命脉，铝工业正面临越来越大的资源、能源和环境的压力，能耗与环保问题已成为影响电解铝工业可持续发展的关键因素。在今后相当长的一段时期内，节能降耗和环保技术创新将是中国电解铝技术发展的主旋律[1]。

铝电解阴极铝液表面的稳定性对铝电解生产来说是非常重要的。铝液表面的波动不仅增加阴极的表面积，相应增加了铝液的镜面，增大了铝的溶解损失，从而使电流效率降低，而且降低了极距，使那些通过降低极距来降低电压达到降低电耗的技术应用受到制约。生产直流电耗长期高于吨铝13000 kWh[2]。

新型结构电解槽

为降低电耗，中国铝业青海分公司于2011年引进了国内最新研发的新型阴极结构铝电解槽节能技术：将平面的阴极做成了有凸台 (与阴极表面的距离为 12 cm) 的异型结构，凸台起到减缓阴极表面液态铝的流速和波动的目的；阴极表面有两沟一池 (导流沟、汇铝沟、蓄铝池)，将阴极上产出的液态铝通过导流沟引导至中缝的汇流沟里，再通过汇流沟汇集到蓄铝池里。同时配套有焙烧、启动方法和相适应的工艺技术条件，可有效达到降低电耗、降低成本的目标。目前 42 台新型阴极结构铝电解槽平均电压 3.802 V，平均电流效率 91.46 %，平均吨铝直流电耗 12387 kWh。

焙烧与启动

以阳极炭块作为填充物的焦粒焙烧法为基础实现焙烧。

将阴极炭块用塑料薄膜封盖，凸台之间的两沟用冰晶石进行填充，然后用塑料薄膜进行封盖，防止在填充两沟时冰晶石粘附在阴极表面。实现阴极表面相对平整，然后在平面上铺焦粒 (焦粒不应铺在装有冰晶石的地方)，以焦粒和阳极炭块作为电阻体，通电后产生热量。

新型装炉铺设焦粒的优点：⑴ 凸台的吸附能力较强，能有效减少物料进入阳极底掌；⑵ 节约物料；⑶ 焙烧时炉膛温度均匀；⑷ 焙烧过程中阳极电流分布均匀；⑸ 无红钢爪现象；⑹ 在拆除分流器时电压平稳；⑺ 启动时冲击电压不高，确保了安全；⑻ 启动后无过多的碳渣，减轻了劳动强度；⑼ 焙烧电压相对较低，综合焙烧成本有所降低。

新型槽主要参数

通过几个月的摸索、试验，总结出来新型阴极结构槽的正常管理期的技术参数见表 1。

新型阴极结构槽对侧部、角部、前后二层钢窗进行了保温，目的是在较低电压下运行，较少热量损失，提高电能效率的利用率。表 2 数据为 2011 年 12 月至 2012 年 4 月的平均值，对新型阴极结构电解槽与普通电解槽进行了对比分析，新型阴极结构电解槽工作电压、平均电压、阴极压降较低，达到了降低电耗、降低成本的目的，特别是侧部钢窗温度比普通电解槽低 31 ℃，确保了单槽安全和系列安全。

存在的问题及应对措施

新型结构电解槽实验槽期出现了设定电压与工作电压偏离值较大，碳渣分离不良，严重时出现阳极长包，侧部钢窗温度偏高，导致炉帮形成困难等现象。

经过 2 个多月的生产实践，新型结构电解槽出现的问题逐一得到有效解决，主要措施有：

(1) 根据槽况及运行趋势，对设定电压进行有计划分步骤控制，在槽况稳定的基础上适当缓慢降低设定电压，不能求快。每降低一次电压要保持一周左右时间进行观察。对设定电压高于 3.90 V 的槽前期，降低幅度为每次 5~10 mV，以每 10 d 作为一个周期进行。电压降至 3.90 V 以下后，按照每 10 d 2~5 mV 作为一个降低电压周期进行设定。当设定电压降至 3.75~3.85 V 时，要缓慢降低设定电压值，关键是保证槽况要平稳，噪声值不能超过额定值。在降低电压过程中一定要控制好氟盐投放量和分子比变化，绝对不能够用高分子比的保持来为降电压制造不利条件。

表 1 两种电解槽正常管理期的技术参数表

表 2 电解槽平均参数 (2012 年 12 月至 2012 年 4 月的平均值)

(2) 严格满足新型结构电解槽技术条件，前期出铝后铝水平决不能低于 28 cm。在电压能够有效降低的前提下，尽量保持较高的铝水平，有利于碳渣的排除。

(3) 建立新型结构电解槽“单槽”电子档案，主要内容有：1) 槽温变化及控制情况跟踪，匹配技术条件。控制槽温在 930 ℃ 以内。对于 930 ℃ 以上槽温电解槽，视为病槽，第一时间进行处理。2) 单槽下料量(氧化铝+氟盐料量)变化情况跟踪。对于氧化铝料量低于 3100 kg,以及氟盐投放量与分子比变化相悖的，及时查找原因，进行处理；3) 钢窗温度、阴极数据测量及异常问题处理跟踪。正常槽每月测一次钢窗温度、阴极钢棒温度 (电流分布)，问题槽随时测量、监控。4) 原铝质量变化及控制情况跟踪，尤其对铁含量变化要引起高度重视。

(4) 做好新型结构电解槽生产运行管理及预防监护：1) 换极时认真摸查炉底、伸腿；2) 规范 201 槽大面整形，均匀阳极保温料厚度，适当清宽侧部炉帮，必须清出侧部压铁；3) 提高换极质量，均匀阳极电流分布；4) 利用一切机会充分、及时打捞 201 槽碳渣；5) 控制技术条件，稳定槽况，确保打壳下料，控制突发 (闪烁) 效应；6) 做好均衡出铝控制，尤其当铝水平下缩时，注意控制出铝任务量，务必确保技术条件稳定和槽况稳定；7) 对出现阴极钢棒异常时，及时妥善处理，对阴极钢棒发红、钢棒温度持续偏高的，及时进行切断、分流降温、防漏处理。