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1、全同铝工业新技术推广应朋暨节能减排经验交流会论文集中国金属通报2 0 0 9 年增刊浅谈铝电解槽炉底保温的改进成庚擒要根据区域能量自耗理论，对透一步改善公司电解槽阴极区域能量自耗状况提出一种设想，通过初步测量炉底外部温度和炉底压降变化，探索研究阴极区域能量平衡存在的问题。关键词铝电解槽；节能；改善炉底保温从2 0 0 8 年7 月1 日起，全国平均电价上调0 0 2 5 元， k w h ，公司电价上调0 0 3 6 觚W h ，使公司吨铝成本上升5 2 3 t A l ，节电降本形势非常严峻。随着电解质中锂盐含量自然富集和分子比的稳定控制，初晶温度随之降低，在过热度稳定控制的情况下，电解温度
2、随之降低，出现一部分炉底变冷、沉淀增多、结壳变硬、阳极效应增多、槽电压不稳和槽电压不易降低等现象表现出电解槽能量平衡存在一定的问题。为此，通过电解槽能量平衡测定，找_ I 阴极区域能量平衡存在问题，探索改善的方法，努力进行试验研究。1 阴极区域能量自耗状况的测量与分析公司于2 0 0 6 年3 月和2 0 0 8 年4 月分别对电解槽能量平衡进行了测试。根据2 0 0 8 年4 月公司与中南大学联合完成的热平衡测试结果，电解槽炉底散热比例为9 3 6 ，较国外典型预焙槽的7 高3 3 7 1 。采用区域能量自耗理论进行分析：1 ) 炉底电压降：V 腓- - - 4 3 0 m V ；2 ) 炉
3、底热耗电压( 1 ) 槽壳底部热耗电压：Vu 雇= 1 9 5 4 m V( 2 ) 阴极棒热耗电压：V 阴极棒- - 一4 7 m V( 3 ) 耐火保温区槽壳热耗电压：按照2 0 0 6 年3 月公司配合郑州研究院完成的电解槽能最平衡测量结果。耐火保温区槽壳热耗电压占侧部槽壳热耗电压的8 9 ，即6 7 4 m V x 8 9 = 6 0 m V ；( 4 ) 阴极I ) ( 槽壳热耗电压：按郑州研究院测量结果，阴极区槽壳热耗电压占侧部槽壳热耗电压的3 7 2 ，即6 7 4 m V x3 7 2 = 2 5 0 7 m V 。合计炉底热耗电压a 槐= 1 9 5 4 4 4 7 4 6
4、0 + 2 5 0 7 = 5 5 3 1 ( m V ) 。3 ) 阴极区自耗电压：A V 舅量= V 炉雇一a 炉底= 4 3 0 5 5 3 ，1 = 一1 2 3 1 ( m V ) ，说明阴极区域能量不能自耗，阴极区承担着过多的热散量。在阴极区存在着最大值1 2 3 1 m V的节能潜力。2 改善阴极区域能量自耗状况所设想的一种方法2 1 分阶段进行保温2 1 1第一阶段用保温砖摆在槽底四周，堵上电解槽底与水泥基础之间的四周缝隙。2 1 2 第二阶段用保温砖堵上槽子耐火保温区槽壳。2 1 3 第三阶段用保温砖适当堵上阴极炭块区槽壳。准备少部分保温棉( 可用于管道外表面保温) ，用于少
5、量小缝隙塞堵。2 1 4 第四阶段在试验基础上适当增厚大修槽炉底微孔硅酸钙板( 代替相应厚度的保温砖) 。增加的微孔硅酸钙板合理厚度需计算得出。2 2 技术条件配合优化2 2 1 降电压( 1 ) 堵槽底四周缝与国外典型预焙槽相比，炉底节能最大潜力为3 3 7 l ，按照节能1 0 2 0 计算，即槽底散热功率由1 6 9 9 7 k W 降低到1 6 9 9 7 k WX ( 8 0 9 0 ) = 1 3 5 9 8 1 5 2 9 7 ( k W ) ，降低1 7 3 4 k W ，槽电压相应降低( 1 7 0 0 3 4 0 0 ) W + 8 7 0 0 0 A = ( 0 0 1
6、9 5 0 0 3 9 1 ) V = 2 0 - 4 0 m V ，即槽工作电压由目前的4 1 5 V 左右，稳定降低到4 1 3 4 1I V 左右。( 2 ) 堵耐火保温区槽壳按照减少1 0 一2 0 散热计算，降低电压6 0 m V x ( 1 0 一一1 5 7 中国金属通报2 0 0 9 年增刊一电解铝2 0 ) - - - 6 - 1 2 m V ，即槽工作电压由4 1 3 4 I l v 左右稳定降低到4 1 2 4 4 0 9 8 V 左右。( 3 ) 适当堵阴极炭块区槽壳按照减少1 0 一2 0 散热计算，降低电压2 5 0 7 m V x ( 1 0 2 0 ) = (
7、2 5 5 0 ) m V ，即槽工作电压由4 1 2 4 4 0 9 8 V 左右稳定降低到4 0 9 9 , - , 4 0 4 8 V 左右。也就是说，通过以上三步加强保温，合计降低槽电压( 2 叽4 0 ) + ( “1 2 ) + ( 2 5 5 0 ) = 5J 一1 0 2 ( m V ) ，槽工作电压由目前的4 1 5 V 左右逐步降到4 1 4 0 5 V 左右。2 2 2 分子比分子比稳定保持在2 3 5 - 2 5 5 ( x 衍射仪分析结果) ，以有效控制初晶温度不升高和稳定电解质成分为主。2 2 3 铝水平铝水平比稳定保持在2 0 2 4 e m ，以有效生成理想的稳
8、固炉帮为主。2 2 4 榜温槽温稳定保持在8 9 0 9 3 0 。C ，以有效控制槽温稳定性为主，需要降低槽温时一定要稳定降低，出现高温时要及时降温到正常范围，但不要降的过低。每天统一定时在早上7 ：2 0左右( 赶在当天l q 铝、换阳极作业之前) 测量槽温，每天槽温变化控制在5 之内。2 2 5 电解质水平电解质水平稳定保持在1 8 2 0 c m ，出铝后下限为1 6 2 0 c m ，1 2 小时后恢复1 8 2 0 c m ，注意保持足够的电解质量，不足时及时调补。以上这些技术条件的匹配，重要目的之一就是稳定初晶温度等温线在阴极炭块下面，保持渗到阴极炭块之中的电解质不凝固，而一旦初
9、晶温度等温线上移到阴极炭块之中或之上，将引起阴极炭块碳结构破坏和炉底压降上升，阴极区域能量平衡破坏，影响到极间区域和阳极区域平衡破坏，导致电解槽能量平衡和物料平衡遭破坏、技术条件体系不在优化状态、技术经济指标恶化。闪此，要设法防止渗到阴极炭块之中的电解质成分和温度短期内发生巨大变化而造成炉底变硬。2 3 用保温砖的数量估算使用目前公司现存的保温砖，分几步测算用量。2 3 1 堵槽底四周缝每槽周长( 6 4 0 + 4 4 2 ) x 2 = 2 1 6 4 ( c m ) ，四周缝隙按照3 0 c m高计算，2 3 0 x l1 4 x 6 5 保温砖纵向平摆5 层，每槽用砖2 1 6 4 +
10、2 3 x 5 = 4 7 0 ( 块) 。一1 5 8 2 3 2 堵耐火保温区槽壳耐火保温I 基槽壳高度按4 3 c m 计算，按最多7 层计算，每槽用砖2 1 6 4 + 2 3 x 7 - = 6 5 9 ( 块) 。2 3 3 堵阴极炭块区槽壳阴极炭块区槽壳高度按照4 0 e m 计算，按6 层计算，每槽用砖2 1 6 4 + “ 2 3 x 6 = 5 6 4 ( 块) 。3 炉底外部空间温度测试3 1 试验槽选择在电解三车问1 2 大组，条件对等地选出2 台试验槽和2 台对比槽，见表l 所示。表1 试验槽和对比槽炉底电压( m V )类型槽号启动日期7 月2 3 日平均3 6 4
11、2 0 0 5 、1 、1 24 5 0试验槽5 0 5 3 6 82 0 0 4 、7 、1 95 6 03 6 02 0 ( 1 4 、8 、2 94 8 0 对比槽5 3 6 22 0 0 4 、4 、1 95 2 03 2 堵槽底四周缝以后的测试结果首先进行堵槽底四周缝、测量炉底以下空间温度和炉底电压降的变化数据。3 2 1炉底以下空间温度变化将铠装热电偶置于炉底槽壳以下中部空间，加长补偿导线，测试端插头固定在通风口，一周测量记录一次炉底以下中部空间温度数据。3 6 0 和3 6 4 号槽热电偶系统出现问题以后，以及l O 月份第三周限产停槽以后均不再记录数据。1 0 月份以后，全系列限产停槽，其余试验工作终止。4 结语1 ) 对于铝电解槽阴极区域能量不能自耗、阴极区承担着过多的热散量，并在阴极区存在着节能潜力的情况下，加强阴极区域的合理保温具有减少热损、降低炉底压降的节能作用；2 ) 如果今后还有机会，将进一步开展其余的试验研究工作；3 ) 建议有条件时，最好还是利用专业的能量平衡工程软件，协助进行测算和改进工作。
