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1、目 录前言3一、国内外同类型槽主要技术经济指标概述4二、190KA大型预焙槽技术参数优化研究5（一）问题提出5（二）该优化技术的创新点7（三）同类型槽主要技术条件与参数概述7一）系列电流强度与槽电压7二）极距8三）电解温度与电解质成分8四）电解质水平和铝水平9五）阳极效应系数10六）电流强度的强化11三、优化技术参数方案的确定13四、优化技术参数方案的实施13（一）低电解质温度控制14（二）低分子比控制16（三）低氧化铝浓度、低效应次数的控制18（四）高铝水平以及电解质水平的控制21（五）低极距（低电压）控制25（六）电流强度的强化控制27五、结果分析29六、效益分析及结论32190KA大型预
2、焙槽技术参数的优化研究前言泰山铝业公司新启动的一期续建190KA大型预焙槽，属于设计及实践生产技术相对成熟的先进的大型中间下料式预焙槽，目前产能较小，规模竞争力较低。通过190KA大型预焙槽技术参数的优化实施，提高电解工艺的技术含量，升华现场的生产管理水平，使电解生产处在最佳工作状态下，电流效率才能得到大大提高，才能取得良好的技术经济指标。自2006年12月开始，公司不断对新启动电解槽各项技术条件，工艺操作制度等进行论证，并将方案在部分电解槽上进行实践验证，总结出了一套适合公司电解生产的优化技术参数。经在所有电解槽上推广应用，取得了良好的效果。2007年79月份，实现电流效率93.5，各项经济
3、技术指标连续创造新高。本文从六个方面对这一成果进行了总结。一、国内外同类型槽主要技术经济指标概述2005年，随着我国铝电解工业的快速发展，在国家加强宏观调控的政策下，氧化铝、煤、电等能源价格居高不下，且还呈上升趋势，市场竞争越来越激烈，铝电解厂获得利润的空间几乎为零，有的甚至出现严重亏损。电解铝是一项高能耗的产业，仅氧化铝和电就占电解铝锭总成本的85%左右。因此，要想在如此激烈的市场竞争中立稳脚跟，就必须最大限度地提高电效，降低电耗，以低成本制胜。2006年4月份，在中铝组织召开的全国铝冶炼会议上，中铝公司负责人对中铝所属铝电解厂提出：十一五规划电解铝厂原铝电流效率95%以上，直流电吨铝单耗1
4、3000kwh/t-Al以下，综合交流电吨铝单耗14300 kwh/t-Al以下。从全国铝冶炼企业产量及主要技术经济指标可知，3月份，云南铝300KA电解槽电效达到了96.4%，直流电吨铝单耗达到了12813kwh/t-Al，综合电吨铝单耗达到了13442kwh/t-Al；茌平信发铝电240KA电解槽电效达到了94.9%，直流电吨铝单耗达到了13062kwh/t-Al，综合电吨铝单耗达到了14025kwh/t-Al；焦作万方280KA电解槽电效达到了93.7%，直流电吨铝单耗达到了13038kwh/t-Al，综合电吨铝单耗达到了14238kwh/t-Al。我公司190KA铝电解槽，设计电流效率
5、93%，直流电耗13800kw.h/T.Al，其提高电效的前景十分广阔。二、190KA大型预焙槽技术参数优化研究（一）问题提出2003年1月到2006年10月一期续建电解槽启动前，铝业公司一期运行的62台电解槽技术参数保持如下:（1）电解槽集气效率98%；电流强度190KA；（2）电解槽工作电压4.104.11V；（3）电解槽温度940960；（4）极距4.5cm左右； （5）电解质分子比2.22.4；（6）效应系数0.30.5次/台；（7）电解质水平1821cm；铝水平1820cm;（8）氧化铝浓度2%3%。其简单工艺流程图如下所示：氧化铝氟化盐炭阳极直流电电解槽气体净化阳极气体固体氟化物铝
6、液废气排气净化澄清返回电解槽浇 铸轧制或铸造铝 锭线坯或型材铝电解生产工艺流程图经统计，泰山铝业公司一期电解槽自2002年11月生产以来，电流效率平均达不到设计值93，直流电耗在13800kw.h/T.Al以上，这与全国先进指标相比差距不小。因此，对电解槽运行中的各项技术参数，诸如铝液水平、电解质水平、槽温、分子比、氧化铝浓度、槽电压等进行优化研究，成为摆在铝业科技工作者面前首要解决的问题。（二）该优化技术的创新点本技术参数优化的创新点在于在稳定的磁场平衡下，优化抬高铝水平和电解质水平、降低槽温过热度、降低分子比、降低氧化铝浓度、强化电流强度等技术参数，实行低极距、低温低分子比、低效应系数操作
7、，以获得低耗高电流效率的生产效果。（三）同类型槽主要技术条件与参数概述一）系列电流强度与槽电压一般在铝厂设计时，在选择变压整流机组应留有增大电流强度的可能，例如当铝价格高时，可以增加电流，提高产量，多获利润。在现有的电流强度下，电解槽必须采取与电流强度相适应的其它各种技术条件，以求实现正常生产并获取优异的生产指标，这些技术条件包括：槽电压、极距、温度电解质成分、电解质及铝液水平，阳极效应系数等。要求整流所，供给电解系列电流强度为恒定，一般可以保证一个电解系列在同一时间来二个阳极效应时，系列电流不降低。在同一台电解槽上，槽电压常随生产操作而变动，因此只能控制在一定电压范围之内。现代电解系列由于采
8、用智能式电子计算机控制技术，可以对每台电解槽电压进行自动调节，因而可达到最佳控制以节省电解消耗。二）极距预焙阳极电解槽极距一般保持45cm。提高极距，则电解质电压降增大，槽电压升高，一般而言，每提高极距1cm，大约升高电压300400mv。缩短极距可降低槽电压，并节省电能。但是，过度的缩短极距，则会使电流效率降低。所以工业电解槽在不影响电流效率的情况下，尽可能低极距，以便省电。在预焙阳极电解槽上，阳极数目较多，因此难于使每块阳极都严格的保持同一极距。但不应有极距太低的炭块，因为这会引起电流分配不均匀而造成局部过热现象，从而使电流效率降低，同时也是引起槽电压不稳定的主要原因。现在，由于电解槽系列
9、上装有计算机进行巡因检查，可早期发现这种不正常现象，而及时予以纠正。三）电解温度与电解质成分电解温度是一项非常重要的技术参数。电解温度是指电解质的温度，一般为950960，大约高出电解质初晶点2030。现代铝工业上力图采用低熔点的电解质，以求降低电解温度，例如添加氟化锂获氟化铝，可以达到降低电解质温度的目的。电解质成分：工业铝电解生产普遍采用冰晶石氧化铝电解质，其中氧化铝是炼铝的原料。冰晶石是熔剂。此外，在冰晶石氧化铝熔液中还含有游离的氟化铝，以及其它各种添加物。例如氟化钙、氟化镁或氟化锂。我国铝工业常用NaF/AlF3分子比表示。中性电解质分子比为3.0，酸性电解质:分子比3，碱性分子比3，
10、目前国外大型中间式加料预焙槽采用的分子比为2.3，即游离氟化铝为11，这种酸性电解质的优点是初晶点比较低，可降低电解温度，铝的溶解性小，同时钠离子在阴极上放电可能性小，故可提高电流效率，炭渣同电解质易分离，电解质结壳酥松，便于下料。工业电解质里添加氟化钙量约为46，氟化镁35，或氟化锂23。中间点式下料预焙槽用电子计算机控制电解质中的氧化铝浓度为23，取得较高的电流效率。四）电解质水平和铝水平电解质熔液起着溶解氧化铝作用，工业电解槽内电解质水平通常为1620cm，由于极距是固定的（45cm），所以电解质水平决定着阳极浸入深度，即提高电解质水平，就等于增加阳极进入深度，则阳极同电解质的接触面积增
11、大，阳极气泡上升的抽力加大，使电解质运动加速，引起电流效率降低。当电解槽采用窄炉面，阳极中间缝隙缩小的情况下，为保持一定量的电解质，则电解质的水平应高一些。工业电解槽内经常保留一定厚度的铝液层，是有益的，其作用是：1)保护槽底阴极炭块，不使碳化铝在槽底上大量生成，而增大电阻；2）阳极中央部分多余热可通过这层良导体传输到阳极四周，从而使槽内各部温度趋于均匀；3）适当厚度铝液层能够削弱磁场作用力；4）使电流比较均匀通过槽底。铝水一般高度1822cm。磁场已经得到改善的大型槽，它的铝液水平可低于1015cm。在工业电解槽上，如果槽内温度升高，则槽底与侧部电解质沉淀和结壳熔化，使电解质和铝液水平降低。
12、反之，如果温度降低，则沉淀和结壳增多增厚，造成电解质水平萎缩和铝液水平上升。五）阳极效应系数每日分摊到每槽上阳极效应次数称阳极效应系数。阳极效应发生时，阳极上有火花放电现象，槽电压升高到35伏左右，通常再加氧化铝时，可以熄灭。发生阳极效应电压升高，耗费大量电能，随着电解槽容量扩大而增大，以160KA为例，如果效应电压为35伏，正常工作电压4v，效应延续时间为3分钟，则每次阳极效应多耗费电能为：160000（35-4）4（100060）248（KW.H）。阳极效应是熔盐电解过程中发生在阳极上的特殊现象，无论哪种解释机理都有氧化铝浓度降低（生产槽上2）的原因，采用定时下料模式的中心下料预焙槽，可通
13、过阳极效应来消除炉底沉淀并清洁电解质液，掌握和调整向电解槽中添加氧化铝量的情况，因此，定时中心下料预焙槽效应系数一般设定比较高，大都在0.30.5。当今发展起来的氧化铝浓度自适应控制技术，虽可较好控制阳极效应发生次数，但阳极效应着实会给运行的电解槽带来一些好处，诸如消除炉底沉淀，结晶电解质液，清理阳极底掌，自调槽内热平衡等，同时发生阳极效应的各种数据可提供槽子运行状态的信息。六）电流强度的强化铝电解槽电流的强化有两种方式：一是电解槽阳极和阴极结构不变，在原电解槽结构的基础上强化电流，这时电解槽阳极电流密度，电解质熔体的电流密度，阴极电流密度和他们与金属导体接触的电流密度，会由于电流的提高而提高
14、；二是阴极结构不变，只改变阳极结构，使电解槽阳极加长，加工面缩小，在这种情况下，阳极电流密度可以提高一些，也可以不提高，这要视阳极加长的大小和电流强化多少而定。（1）阳极具有承受电流强化到193KA的能力目前电解槽在190KA电流强度运行时，其阳极电流密度为0.709A/cm2，电流强度强化到193KA时，其电流密度将达到0.72A/cm2左右。阳极电流密度比原来增加了0.011Acm3，电流强度比原来了增加了2.6%。目前我国电解铝厂生产的炭素阳极如果没有太大的质量问题，是能够承受0.8A/cm30.82 A/cm3电流密度的。（2）阳极电压降和阴极电压降阳极电流扩大到193KA，阳极不变，
15、计算结果表明，虽然电流从190KA扩大到193KA，但扩大后的炭阳极电压只增加0.5mv，不会对电解槽阳极的工作及热负荷产生影响190KA电解槽上阳极电压降中包括了铝电解槽阳极钢角与碳素阳极之间的接触电压降，此值在150mv左右（平均值）。由于电流扩大后，没有对碳素阳极的炭碗和钢爪的结构设计和尺寸大小进行改变，理论上电解槽的电流扩容5KA。即电流强度扩容2.6% ，即平均增加0.04mv，即达到154mv。然而实际上，由于电流扩大后，阳极钢爪电流密度升高，钢爪温度会有少许升高。这会增加钢爪的热膨胀以及钢爪与阳极炭块的接触压力，使钢炭之间的接触电压降低，从而使电流扩大后炭阳极的钢-炭电压降基本不上升。无论是过去的抚顺铝厂60KA自焙槽，还是国内外的160KA-300KA的大型预焙阳极电解槽，电流强化的实践经验都表明，电解槽电流适当强化后没有使电解槽的阳极电压降和阴极电压降有明显的提高。对第一种电流强化方式而言阳极电流密度的增加确定无疑，如果阳极的电阻不变，阳极电压降应随电流的增加而增加。铝电解槽的阳极以及阳极钢爪上的铁炭间的
