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1、350kA预 焙 阳 极 铝 电 解 槽物理场综合测试报告长沙高新开发区奥西机电科技有限公司中南大学能源科学与工程学院目 录1、概述12、电平衡测试报告42.1 测试说明42.1.1 测试目的42.1.2 测试内容42.2 电压平衡测量与计算方法42.2.1 阳极压降42.2.3 电解质压降及反电动势52.2.4 母线压降52.3 电压平衡测算结果及其分析62.4 阴、阳极电流分布及斜立母线电流分析72.4.1 阴极电流分布72.4.2 阳极电流分布102.4.3 斜立母线电流分配133、能量平衡测试报告173.1 测试说明173.1.1 测试目的173.1.2 测试内容173.1.3 测试方
2、法173.2 能量平衡计算方法简介183.3 槽壳温度分布183.4 槽体系散热损失计算结果及其分析223.5 总热损失计算结果及其分析263.6 能量平衡计算结果及其分析293.7 槽膛内形344、磁场测试报告404.1 测试说明404.1.1 测试目的404.1.2 测试仪器404.1.3 坐标及极性定义404.1.4 测点布置404.2 测试数据404.3 测试结果对比454.3.1 测量结果图示454.3.2 测试结果对比454.4 分析与讨论525、铝液流动测试与分析报告545.1 概述545.2 测点布置545.3 测定结果及其分析555.3.1 铝液流动方向555.3.2 铝液流
3、速565.3.3 铝液高度和沉淀厚度575.3.4 铝液流动图像596、综合分析与评价616.1 关于槽内磁场616.2 关于电压平衡616.3 关于能量平衡626.4 关于铝液流速场656.5 关于强化电流运行的讨论666.6 关于进一步降低槽电压的讨论677、结论与建议697.1 主要结论697.1.1 电压平衡结论697.1.2 能量平衡结论707.1.3 磁场方面的结论707.1.4 流场方面的结论717.2 电流强化运行方面的小结717.3 降低槽电压问题的小结727.4 建议72致谢74附：研究人员名单751、概述铝电解槽物理场的综合测试，对铝电解槽结构与操作参数的优化及生产过程的
4、控制具有十分重要的意义。通过测试，能系统地了解电解槽的槽电压构成、阳极与阴极电流的分配、各区域能量损失、槽内磁感应强度的分布及熔体流速分布与流动图象，可以对铝电解槽的母线配置、工艺技术条件和加工操作制度的合理性以及槽子工况进行定量分析和科学评价，为提高铝电解主要技术经济指标，采取有针对性的技改措施提供科学依据。*公司现有350kA系列预焙铝电解槽276台，设计产能25万吨年，已于2009年7月起陆续启动运行。该系列槽由沈阳铝镁设计研究院设计，均为大面六点进电方式，采用不对称母线配置。为了全面深入了解电解槽在实际生产中各物理场的分布特性，评价该槽型结构与工艺条件的合理性，由*公司和中南大学联合组
5、成的测试小组，于2010年9月23日9月29日，根据系列电解槽的生产运行情况，选择2307#、2128# 、1123#、1215#四台电解槽进行了物理场测试。具体测试时间如下：2307#槽：9月26日10:0017:002128#槽：9月27日9:0015:001123#槽：9月28日9:0015:001215#槽：9月29日9:0014:00为了完成好测试任务，厂校双方就测试方案及所用工具进行了精心准备。各项目的测试方法、工具及数据计算方法主要依据“YS/T4812005”和“SLB-88-01”标准进行。测试的详细内容及日程安排如表1-1所示。测试期间的电解槽工艺条件如表1-2所示。现场测
6、试工作完成后，校方利用自行研制的计算分析软件，对大量测试数据进行了处理和分析，形成了本综合测试报告。表1-1测试项目及分组任务一览表（一台槽）组别任务时间第一组第二组第三组第四组第五组9:0011:00阳极部分：极间压降阳极母线系统压降阴极部分：极间压降母线系统压降阴极母线等距压降阴极母线温度上部槽表面温度：槽顶、槽罩、阳极导杆、槽沿板、上部槽壳、侧立柱下部槽表面温度：下部槽壳、侧立柱、槽底烟气流量、温度测定11:0012:00打开槽罩阳极导电系统压降、导杆等距压降爆炸块压降阴极软带压降阴极软带温度阴极棒温度A侧：各母线段、导杆表面温度钢爪、碳块、覆盖层表面温度B侧：各母线段、导杆表面温度钢爪
7、、碳块、覆盖层表面温度准备：仪器、工具、测孔，配合铁碳压降测定12:0013:00午餐午餐午餐午餐午餐13:0014:30开测孔(24点)流场测定磁场测定流场测定磁场测定A侧：电解质温度，铝液温度，流场测定磁场测定B侧：电解质温度，铝液温度，流场测定磁场测定电解质取样流场测定磁场测定14:3016:00(天车扩孔)A侧：碳块压降、槽底压降极距B侧：碳块压降、槽底压降极距A侧，TE端：两水平、槽膛内形B侧，DE端： 两水平、槽膛内形电解质取样16:0017:00数据整理数据整理数据整理表1-2测试期间电解槽工艺与操作参数汇总表工艺与操作参数2307#槽2128#槽1123#槽1215#槽启动时间
8、2009/11/122009/8/22009/8/72010/2/17说 明末批启动槽第一批启动槽第一批启动槽二次启动槽测试日期2010/9/262010/9/272010/9/282010/9/29测试时槽龄 /月10.513137槽电压 /V4.1704.2054.1684.130体系内电压降 /V3.9303.9603.9403.893电流强度 /kA350.9350.44350.45350.06电解质温度 /946.0936.9945.5955.6铝液温度 /944.6935.4943.7952.7电解质水平 /cm15.920.319.813.6铝液水平 /cm25.722.223.
9、123.2平均极距 /cm4.714.754.774.51电流效率/%93.2794.0094.7092.20产铝量/.h-1109.9110.6111.5108.4烟气温度 /120126100113烟气流量 /Nm3.h-110194851393209132分子比2.372.352.372.49Al2O3 /%4.084.624.373.62MgF2 /%0.320.320.280.30CaF2 /%4.093.913.734.25注：1）产铝量与电流效率系采用测试日前一个月的统计值，经计算获得（平均值）。2）电流强度、槽电压为该槽在当日实测时间段内平均值。3）两水平、两温度、极距、电解质
10、成份、烟气流量均为多点测试数据平均值。2、电平衡测试报告2.1 测试说明2.1.1 测试目的1） 根据测试结果进行电解槽电压平衡计算，对各部分压降进行分析，评价其合理性；2） 根据测试结果分析各部分压降不合理的原因，探讨改进的措施，为改善电解槽工艺技术条件，降低槽电压和减少直流电耗提供依据；3） 测量阴、阳极电流分布和母线电流分配，评价进电母线断面选择的合理性；4） 对进电母线系统的设计参数进行验证。2.1.2 测试内容1） 电压平衡测试按铝电解槽电压平衡测试标准（SLB8801）进行，测量内容包括：阴极压降、阳极压降、极间压降及母线压降等；2） 阴极电流分布及阳极电流分布； 3） 斜立母线电
11、流分配。2.2 电压平衡测量与计算方法2.2.1 阳极压降 阳极压降由卡具压降、导杆压降、爆炸焊压降、钢爪压降、铁碳压降、碳块压降构成。对各部分压降按电流分配系数法计算，计算公式如下： Ui为各部分电压测量值，Ki为电流分配系数，计算公式为：l 卡具压降：， n:为实际测点数l 导杆压降：， n:为实际测点数l 爆炸焊压降：，n:为实际测点数l 钢爪压降： n:为实际测点数l 铁碳压降：， n:为实际测点数，其中l 碳块压降： , n:为实际测点数2.2.2 槽底压降： ， n为测点数2.2.3 电解质压降及反电动势1） 电解质压降电解质压降采用“电压极距 ”法进行测量，测量时，先上升阳极10
12、mm，记录槽电压、电流值，然后将阳极下降回原位，记录槽电压和电流值；重复上述步骤二次，由此计算出每毫米极距压降变化值，同时在不同位置测量极距值。采用算术平均方法分别计算极距平均值和每1mm极距压降平均值。对2307#槽：U电解质=单位长度平均压降平均极距=1671.46mV对2128#槽：U电解质=单位长度平均压降平均极距=1637.99mV对1123#槽：U电解质=单位长度平均压降平均极距=1615.82mV对1215#槽：U电解质=单位长度平均压降平均极距=1604.97mV2） 反电动势（极化电压）为避免停电造成槽况波动，此次测量未测量反电动势，按经验取为1.65V。2.2.4 母线压降
13、为了准确计算母线系统的压降，分析各部分局部压降变化情况，母线系统分几个部分进行测量，各部分当量压降按功率法求之： 对于不能确定其电阻值的部分，如压接口等，先依据与其串联母线的电压值和电阻值求得电流值，然后再依据电流值及电压测量值求其当量压降： 采用上式计算相对来说比由接口压降直接求算术平均值更为合理。为了处理电压平衡计算中大量测试数据和相关计算工作，我们编制了一个“铝电解槽电平衡测试计算专用软件”。利用该软件计算的被测槽各部分压降计算结果汇总于表2-1。表2-1350kA铝电解槽各部分电压测试与计算结果槽号项目2307#2128#1123#1215#平均值母线压降阴极软带, /mV阴极母线, /mV阴极爆炸焊, /mV3.83138.224.234.76148.654.015.11128.623.378.72133.082.355.61137.143.49阳极压接, /mV已计入各部分压降中横梁母线,
