王忠亮，苏义鹏

1 前言

近年来,全球铝产量和铝消费量持续增长，一是世界铝工业的组织结构日趋规模化、集团化和国际化，二是铝电解槽日趋大型化或超大型化，其科技含量、智能化程度越来越高,三是电解铝生产的技术经济指标向着高产、优质、低耗、长寿和低污染的方向加快进步。因此,中国铝工业只有加快组织结构、技术结构和产品结构调整步伐，才能在激烈的国际竞争中，实现由世界铝工业大国向世界铝工业强国的转变。本文通过对铝电解车间工艺管理创新与实践进行分析，能够为提高铝电解工艺的生产水平提供一定的管理和创新思路。

2 电解铝

2.1 电解铝工艺的主要流程

铝这一金属元素的储量较为丰富，基于铝本身具有的良好的物理、化学特性、延展性、导热性、抗腐蚀性以及反射光、热的能力，再加上铝没有磁性和毒性，因而逐渐被应用到航空、汽车以及建筑等工业的发展当中，对促进工业和社会的整体发展起到了重要的作用。电解铝是生产铝最为常见的一种方法，现代在生产铝时应用的电解铝工艺，主要以冰晶石-氧化铝融盐电解法为主。

该工艺法在实际应用中的流程主要包括以下内容：在给电解槽通电之后，电解槽的阴极和阳极能够在起电的状态下发生化学反应，在电解槽阴极的生成物为铝液，而电解槽的阳极则主要是二氧化碳和一氧化碳气体。在将电解槽阴极的铝液通过真空抬包的方法抽出之后，需要及时对铝液进行净化和澄清，然后将处理得到的铝液浇铸成商品铝锭。而对电解槽阳极反应生成的二氧化碳和一氧化碳气体来说，由于气体中还含有少量的氟化物和沥青烟气，因而需要在对气体进行净化之后才能够将废气排放，而经过废气处理的氟化物需要返回到电解槽中。电解铝工艺在应用中主要将熔融冰晶石作为溶剂，将氧化铝作为溶质，二氧化碳和一氧化碳等固体为主的碳素体为阳极，铝液为阴极。在对电解槽通电之后，电解槽的温度能够达到920-950摄氏度之间，而这也是发生电解铝反应的一个重要条件。为了能够保证电解铝反应能够正常发生，在应用电解槽之前，需要对整个电解铝过程中涉及到的氧化铝、氟盐等物质的性质和质量进行检查，选择符合电解铝生产情况的物质形态和用量。

2.2 电解铝的原理

电解铝的方法从本质上来说是一种电化学反应，以熔融冰晶石为电解质，氧化铝为原料，通入强大的直流电，在阴极上析出铝，在阳极上放出二氧化碳，应用电解铝的主要原理就是位于熔体内的各种离子在电解槽阴阳两极上产生的电化学行为。电解铝的化学反应方程式为：

除了电解铝的总反应之外，在电解铝的过程中还会发生阴极反应和阳极反应两个反应过程。从阴极反应的角度来说，熔体中本身含有的Na离子是电流得以正常传输的一个主要原因。但由于受到熔盐本身复杂性质的影响，电解铝化学反应中应用的放电离子并不能一概而论。在这种情况下，在电解铝的过程中就需要考虑到铝配离子的解离过程是否为配离子直接放电的结果。从电解铝过程中应用的冰晶石-氧化铝熔体来看，由于这种熔体本身具有复杂性的特点，要想在电解铝的过程中保证反应能够充分进行，一般情况下需要应用酸性电解质体系来满足氧化铝的浓度需求。而从阳极反应的角度来说，之所以整个电解铝过程呈现出复杂性的特点，是因为电解槽中的炭阳极也会发生电化学反应，发生化学反应后的一次阳极产物主要为二氧化碳气体，但铝工业电解铝的过程中却还含有20-30%的一氧化碳，造成这一现象的主要原因是由于工业应用的电解槽中含有炭渣，还会与阳极体发生还原反应生成二氧化碳。

2.3 电解铝技术存在的问题

电解铝技术是在电解槽内完成的，一般情况下，铝电解槽主要包括自焙槽、预焙槽两个部分组成。在当前科学技术不断发展的背景下，电解槽也得到了一定程度的优化和创新，惰性阴极、惰性阳极以及双极性电极逐渐成为当前铝电解槽发展的发展方向。但从当前铝工业生产加工的实际情况来看，当前电解铝技术的应用由于受到电解槽设备的影响，仍然存在一定的问题：

首先，电解槽的寿命会影响到铝的实际投资成本和产量。电解槽的寿命会受到电解槽结构设计、电解槽内衬材料的选择和结构设计、筑炉方法、筑炉质量、电解槽启动焙烧、正常生成期工艺管理等方面的问题。我国的铝工业发展起步较晚，在很多具体的生产技术应用过程中仍然存在一定的问题，电解槽寿命的影响因素就是其中之一。

其次，电解槽的阳极质量也会对铝电解的电流效率产生一定的影响。石油焦是当前大部分铝工业电解槽阳极的主要材料，而从工业铝的生产要求来看，在对电解槽的阳极质量标准进行评价时，往往更多的注重对阳极应用的石油焦的导电、导热以及抗氧化性能，拥有这些良好的性能，能够让电解槽的阳极承受更大的电流密度。而在这种强大的电流密度中，电解槽的阳极能够呈现出更高的抗氧化性能，相应的产生的消耗也会减少。但缺少用于电解槽阳极质量的评价标准，仍是当前电解铝阳极质量方面存在的主要问题。

第三，电解槽的电流密度会直接影响到阴极和阳极的化学反应效果。从当前我国铝电解槽应用的实际情况来看，与国外铝工业生产应用的电流密度相比，我国铝电解槽的电流密度仍然较低。在整个电解铝过程中其他环境条件不变的情况下，更高的电流密度能够获得更高的铝产量。也能够有效降低电解铝的生产成本。而影响电解槽电流密度的一个主要原因就是阳极质量问题。

第四，电流效率的变化主要会受到铝的二次反应影响，要想提高电流效率，就需要采取一定的措施和方法来减少铝的二次反应。当前我国在应用电解铝方法的过程中，主要是通过传统的低温、低分子的方法来提高电解槽的电流效率的。尽管这种方法能够在一定程度上满足提高电流效率的要求，但由于在低温低分子条件下很容易降低电解质的稳定性，从而导致整个电解质的过程产生沉淀，这些沉淀不仅难以溶解，还会逐渐增大电解质的电阻，呈现出水平电流大、槽电压不稳等问题，也会影响到电解槽的寿命。

除此之外，电解铝技术应用过程中的过热度也会影响到铝的实际生产效果。过热度主要是指电解质温度与电解质初晶温度的差值。一般情况下，电解温度越低，电流效率越好，但电解温度的降低有一个具体的标准，防止因为过低的电解温度给电解槽的稳定运行状态造成影响。我国在应用电解铝的方法生产铝的过程中，需要重视过热度对电解铝生产效率产生的影响，将过热度控制在8-10摄氏度左右，能够大大提高电解铝的生产效率。

3 铝电解车间工艺管理创新与实践的具体分析

对铝电解车间工艺管理进行创新，能够在一定程度上解决当前我国电解铝技术应用过程中存在的问题，通过加强管理来进一步优化电解铝技术的应用效果，对促进我国铝工业生产加工质量的提高具有重要的作用。在对铝电解工艺管理创新与实践进行分析时，主要可以从以下几个方面来入手：

3.1 铝电解槽装炉用料优化调整

通过前面的分析可以发现，电解槽的应用性质会对电解铝的生产效果产生直接到影响。对电解槽进行优化调整，能够在一定程度上提高铝电解的电流效率。从这一方面来说，要想对铝电解车间工艺管理进行创新，首先就可以从铝电解槽的角度入手，通过对铝电解槽装炉用料的优化调整来减少电解槽对电解铝过程产生的影响。

具体来说，铝电解槽装炉用料的优化调整，主要是通过对电解槽原有的填堵沟槽的方法进行改进而实现的。将以往用于填堵沟槽的塑料薄膜裁剪开，以单独填堵的方式来为铝电解的整个操作提供便利，在操作完成后需要及时将沟槽表面清理干净。在完成电解槽的改造之后，则需要对装炉的方法进行调整。首先，在电解槽装炉的两面应用5袋冰晶石来进行打底，然后采取一定的措施来避免阳极下反应的过程中发生氧化，影响电解槽的应用效果。其次，通过添加适量的电解质块来改善电解槽化学反应的发生环境和条件。第三，在电解质块的表面需要覆盖纯碱，以便能够更好的发挥钠离子导电的作用，并通过对破碎块覆盖保温的措施来进一步提高电解槽装炉的效率。

在对铝电解槽的装炉用料进行优化调整的过程中，需要重点注意以下几个方面的问题：首先，在添加冰晶石的过程中，需要遵循“中缝内不能进入，大面上不能添加”的原则。其次，在焙烧时，需要在化开的部分添加冰晶石进行降温，避免破碎块进入到电解槽中，影响电解铝的效果。第三，在启动电解槽时，主要注意不能将阴阳两极上的料块扒到槽内，避免对正常的电解铝过程造成影响。

对铝电解槽的装炉用料进行优化调整的主要目的是节省以往电解铝过程中消耗的氟化钙和冰晶石，从而节省用于铝电解车间工艺生产加工的成本。但在应用这种优化调整方法的过程中，会增加电解质块的成本，因而实际能够节省的生产成本效果并不明显。

3.2 电解槽焙烧启动方式的改进

电解槽焙烧的目的是通过给电解槽逐渐升温，使电解槽阴极内衬中的水分得以烘干，阴极和阳极的温度接近电解槽正常生产温度，电解槽边部扎糊和阴极碳块之间的碳缝糊得以焦化和烧结。因此焙烧方法的选择对铝电解槽能否尽快转入生产，尤其是对大型预焙电解槽槽寿命的影响至关重要。我国铝电解槽通用的焙烧方法主要为焦粒焙烧法，其缺点在于：角部升温慢，槽四周扎糊带预热不良，升温速度、温度分布均匀性无法有效控制，软连接、分流装置的安装、拆除及焦粒的铺设等工序复杂了操作过程，费工费时；启动后炭渣多需人工打捞增大工人劳动强度；且整个焙烧过程电能耗费量较大。

燃气焙烧可控制加热速率，使阴极表面温度缓慢均匀上升，避免了焦粒焙烧受热不均，局部温度过高，角部焙烧温度偏低的缺点，最大程度降低了电解槽的前期破损，有利于延长槽寿命。另一方面，简化了启槽过程，避免了焦粒焙烧安装软连接、分离器等复杂工序，减轻了工人劳动强度。与传统的焦粒焙烧、铝液焙烧相比，燃气焙烧启动电解槽操作简单、适应性强，不但可使电解槽碳素及内衬耐火材料焙烧过程平稳、温度均匀，由于可对于焙烧过程实施有效地控制，还可大幅缩短焙烧周期，降低能源消耗，延长槽寿命。随着大型铝电解技术的发展，采用燃气焙烧成为一种趋势。

3.3 避峰填谷调整电解槽启动时间

通过避峰填谷的方式来对电解槽的启动时间进行调整，能够在错开铝工业生产用电高峰的基础上，为整个电解铝生产过程的安全提供保障。要想调整电解槽的启动时间，首先需要结合电解槽的实际情况来选择合适的通电方式。将通电、焙烧、启动槽按照隔一台、通一台的方式来运行，能够有效满足这一要求。具体来说，在通电时需要安装赛尔开关，并注意尽量避免启动时出现高温、高热的情况，影响到电解槽的实际操作。在这个过程中，为了避免电阻可能对电解槽运行产生的影响，需要适当降低一部分的槽电压来保证电解槽的正常运行。

而在改变电解槽的启动时间时，首先需要了解铝电解车间所在地区的用电高峰情况，错开用电高峰以及平电价时段，将电解槽的启动时间改为低谷电价时段，从而有效减少在用电量方面的成本消耗。其次，铝电解槽在实际的应用过程中，主要需要考虑到焙烧电压的影响，通过对电解槽启动电压的细分，在向电解槽中灌入电解质后，需要将电解槽的电压细分为24h启动电压、启动效应电压、灌铝后效应电压以及等待效应电压几种类型，以便能够对电压进行及时控制。第三，通过启动一台电解槽电压比来实现对电解槽启动时间的有效控制。电压比例需要以52%的96h焙烧电压、42%的灌电解质后至灌铝前24h启动电压。6%的启动效应电压、灌铝后效应电压以及等待效应电压为标准。

以避峰填谷的方式来调整电解槽的启动时间，能够从改变通电方式、缩短焙烧时间、调整启动时间三个方面来节省用于铝电解车间工艺的成本费用。在通过这一方法来调整电解槽启动时间之后，不仅铝工业生产加工的成本费用得到明显减少，也有效避免了在用电高峰期存在的可能影响车间平稳供电的情况，在保障车间生产加工安全的同时，也为正常的人员和物资提供了保障。

3.4 控制低阳极覆盖料厚度

阳极覆盖料（又称极上保温料）是维持电解槽热平衡的重要因素之一，具有减小电解槽热量散失、防止阳极氧化、降低碳钢接触电压降等作用。低阳极覆盖料厚度，可以减少电解槽上部散热，虽有利于电解槽低电压运行，但不利于降低电解质温度，并且会提高阳极钢爪温度，使病变阳极不易被发现，极大增加阳极脱落风险，以及工人劳动量和劳动强度。此外，从能量平衡和热平衡角度考虑，现代大型预焙电解槽随着电流强度增大、散热面积减少，将导致侧部散热降低和槽帮减薄，进而影响电解槽稳定性。因此，经综合考虑应在保持低阳极覆盖料厚度，阳极覆盖料厚度以保证阳极不氧化即可。“低阳极覆盖料”可进一步优化电解槽热场，形成规整炉膛，提高电流效率。

3.5 真空抬包包管更换装置

通过前面的分析可以发现，真空吸出铝液是电解铝过程中一项非常重要的内容，真空吸出抬包是用于真空吸出铝液的主要设备。在以往进行铝生产加工的过程中，由于整个吸出过程很容易出现堵管的情况，因而往往需要频繁的更换真空吸出抬包的包管。而这一工作会导致员工的劳动强度增大，在更换包管的过程中需要借助天车来完成更换，这样也会导致包管安装存在一定的安全隐患。基于这一情况，在对铝电解车间工艺管理进行创新的过程中，可以通过安装真空抬包包管更换装置的方式，在减少员工劳动强度和消除安全隐患的同时，也能够实现对整个电解铝过程的有效优化，节约电解铝过程的生产成本。

具体来说，应用真空抬包包管更换装置主要是以平板输送的原理来实现更换真空吸出抬包包管目的的。以平板输送的方式将包管提升到需要更换和装配的位置，并通过设计的机械锁死装置来避免安装后的包管下滑，利用自制卡槽来固定锁死包管，避免其发生位移滑动。以往由人工来更换包管的过程中需要由三人抱起包管，再由一人来固定螺丝，不仅操作困难，还会存在较多的安全隐患。而在应用真空抬包包管更换装置之后，直接应用真空抬包包管更换工具就可以实现对包管的更换。再加上真空抬包包管更换装置本身主要都是利用废旧材料和零部件制作的，以更低的造价成本来达到优化电解铝生产加工效率的目的。

3.6 铝电解车间工艺的发展趋势

通过对以上几种铝电解车间工艺管理的创新方法进行分析之后可以发现，工艺管理创新的最主要目的，就是通过对铝电解技术的优化和调整来节省电解铝的生产成本，从而更好的满足促进电解铝生产效率提高，促进铝工业生产发展的主要目的。当前世界范围内的电解铝工业正朝着生产规模化、操作智能化、生产过程环保化的方向发展，电解铝行业有着更加广阔的发展空间和发展前景。在这种情况下，我国也需要抓住这一机遇。

我国的铝电解技术本身发展较晚，吸收国外的铝电解技术，是我国开始发展现代铝电解技术的主要标志。在当前越来越多新技术和新工艺不断出现和发展的背景下，大型铝电解槽的成功开发，为我国铝电解生产技术进步创造了良好的条件，而大容量电解槽的开发，则是我国铝电解技术总体上达到国际先进水平的重要标志。铝作为当前航空、建筑等工业发展的重要材料，能够呈现出良好的外观，更轻的质地、良好的可塑加工性、物理和力学性能、抗腐蚀性能等特点，再加上铝本身的储量更加丰富，具有经济实用的优势，因而在促进工业发展的过程中发挥着重要的作用。在未来的社会发展过程中，铝本身拥有的这些优势会使得铝的市场需求量不断增加。但在这个过程中，电解铝行业不仅拥有更广泛的发展空间，同时也面临着更激烈的市场竞争。为了保证我国铝工业的整体发展，铝工业在生产的过程中需要重视电解铝的生产、工艺技术以及工装生产设备等方面的创新，通过铝电解车间工艺的管理创新，不断提高铝工艺的竞争力，从而更好的促进电解铝行业的发展。

而在这种发展趋势下，铝电解车间工艺管理的创新方法不仅需要重视对现有技术的优化调整，还需要更多的从节约成本和加强废物利用等角度来进一步节省在铝电解过程中消耗的资源。在对创新铝电解车间工艺管理的方法进行分析的过程中还发现铝电解工艺的应用会对员工的劳动强度产生一定的影响。在尚未实现自动化和智能化发展的背景下，要想对铝电解车间工艺管理进行创新，还需要重点关注劳动效率是否会对实际的铝生产加工情况产生影响，以多种途径和角度来提高铝电解的生产效率和经济效益。

4 结论

综上所述，促进铝电解车间工艺管理的创新，对提高车间的铝生产效率、提高铝工业生产效益具有重要的作用。从当前铝工业发展的实际情况来看，生产过程中仍然存在一些问题，创新铝电解车间工艺，需要重点从铝电解槽装炉用料的优化调整、避峰填谷调整电解槽启动时间以及真空抬包包管更换装置三个方面来开展管理工作，从而更好的提高铝电解的生产效率。