解读400kA铝电解槽平稳运行新技术

解读400kA铝电解槽平稳运行新技术

秦风春

（新疆众和股份有限公司合金材料公司新疆乌鲁木齐830013）

摘要：为了促使电解槽能够平稳高效的运行，在进行400KA铝电解的过程中需要对能量平衡进行保持。本文通过铝电解的能量平衡保持过程中难点的分析，进而论证新技术在铝电解能量平衡中的应用方法，从而促进铝电解在400KA中新技术应用所带来的能耗降低，从而保证铝电解的生产效率。

关键词：电解能量平衡；散热损失；电解槽运行；节能降耗

前言：在进行400KA铝电解时，通过对电解槽的大型化、电流强化、低电压工作环境建设，可以促使铝电解槽结构参数更加合理，同时能够对生产过程进行有效控制。为了实现优化控制，需要对电解槽中的温度分布和能量收支情况做到充分了解，从而判定其能量是否平衡。在掌握了电解槽中能量平衡的特性，才能够对能量收支进行合理性分析，进而探究原因积极改变。

一、电解槽中能量平衡控制的难点

本文选用四种不同内衬结构设计的400KA铝电解槽进行了研究分析，并针对其运行过程中的相关数据进行了测量。发现在四种电解槽中，影响能量平衡的主要问题在于槽壳温度的分布和槽体散热损失这两个方面。

（一）槽壳温度分布不均

本文选用的四种电解槽分为普通炭块结构和氮化硅加陶瓷纤维板结构两种，在其工作运行过程中，对电解槽中溶体区、阴极炭块区和槽底三个部位的温度进行了测量。测量结果发现，四种电解槽的溶体区槽壳平均温度均在350℃左右，而最高温度也并未超过400℃。然而在槽壳的两面却出现了十分明显的温度分配不均。以氮化硅加陶瓷纤维板结构的电解槽为例，A面温度仅为306℃，而B面温度高达348℃，相差接近50℃，这种温度差异之下导致电解槽的运行中能量流失严重，表现在底板泄露十分明显，温度异常情况居多。可见电解槽在使用过程中因槽壳温度的分布不均极易使能量平衡控制更加困难，

（二）槽体散热损失严重

现代铝电解槽因散热造成的能量损失一般表现在阳极和阴极两个方面。其中阳极散热损失以铝导杆和槽罩最为突出，而阴极则以槽壳、槽沿板、阴极钢棒和摇篮架比较明显。以四种电解槽中普通炭块结构的电解槽为例进行了散热损失分析，发现其中阴极槽壳的散热损失最大，每小时达到了80万千焦，折合功率约为22万千瓦，占到总损失的58%[1]。虽然槽壳散热有利于侧边帮槽的形成，但是过高的热量流失也使得其能量损失十分严重，已经成为整个铝电解槽中最大的能量损失源，对于能量的合理运用和能量平衡都有着极为严重的影响，不利于铝电解槽平稳运行。

二、运用新技术使铝电解槽平稳运行

（一）管控一体化

为了保证铝电解槽的平稳运行，保证电解槽中能量平衡，首先需要从管理制度层面积极改进，其中管控新技术一体化的ERP应用起到了至关重要的作用。管控一体化ERP通过信息集成、指挥中心、各级管理的构建方式组成完整的生产运营体系，并时刻对生产过程进行监督，生成真实的数据，从而根据科学分析的方法，对电解槽的平稳运行提供帮助。其中，信息集成利用平台建设对电解槽在生产运行过程中的相关数据进行采集，将生产中电力、动力、设备运行信号、水诸能源等内容形成信息统计，集中监控。指挥中心通过利用指挥软件，对电解槽的运行和指挥实行扁平化管理，并对运行过程中的能耗、物料、原材料库存等方面高效调度。各级管理则需要通过网络进入系统，通过对信息的了解和掌握，协同指挥中心，完成各项工作。

（二）材料优化

首先对于原材料进行优化。在实验过程中，本文发现，氧化锂含量较低的氧化铝作为原材料使用，可以极大程度上改善以往的铝原料使用过程中初晶温度低、电解槽使用寿命短的缺陷。为了兼顾生产效果和经济成本两个方面，排除掉进口氧化铝原料经济成本不可观之后，可以选用广西地区丰富的低锂氧化铝材料作为主要材料应用。此外为了避免因温度分布不均所造成的能源平衡性降低，对于槽壳应用的防渗料选择优化也是重要的步骤。为了避免因温度分布不均造成的能源平衡性降低，从而避免在使用过程中出现内衬体积膨胀造成炉底变形。本文选用了高密度耐火砖作为主要的防渗原材料使用，该材料所具备的高密度和低气孔的特点，使其在保证防渗和耐火的基本要求之外，还能够起到热平衡的保温作用。

（三）惰性阴极技术

当含钠电解质氟化物在电解槽中侵入渗透超过50%以后，阴极炭块之下的保温层和耐火层也会受到侵蚀，从而使炉底的电压降急速上升，使得能耗提高，产能降低，甚至还会引发安全事故。因此本文改良了惰性阴极技术，通过石墨含量的增加，使其成为碳素筑炉新工艺，并对力场、热场、电磁场等都进行了优化配置[2]。其中，将惰性阴极材料中振动成型复合层利用等离子法喷镀，使其成为熔岩电沉积层，从而使得硼化钛作为表面材料更加坚固耐久，同时也解决了平面阴极和异性阴极的形状问题。

（四）炉帮控制技术

为了降低因散热带来的能量损耗，同时提升电解槽的使用寿命，需要使铝水运动趋于稳定，同时避免侧部产生电流，需要对炉帮的厚度进行精确的计算。结合以往经验，炉帮厚度的确定与电解槽中电解质温度、初晶温度以及槽壳温度、钢板厚度伸缩缝测尘材料之和有关。炉帮厚度的测量可以伴随着阳极更换或者槽壳温度计算同步进行，从而使理论能够与实际相结合，更好地为维护炉膛进行服务。增加炉帮厚度的最好方法就是使过热度降低，因此通常来说，过热度控制在8℃左右为最佳，其低窄区间使过热度可以在一定范围内得以控制，从而使炉帮厚度符合设计要求。此外，增加散热面积，可以使槽壳表面的温度得到一定程度的降低，进而尽可能多地减少因散热造成的能量消耗。例如在槽壳底部加装散热片，使炉帮拥有可以活动的散热面积，使散热量得到有效的控制和调节。

结论：综上所述，在现代400KA铝电解槽平稳运行中，电解槽工作所面临的主要困境在于能量平衡控制受到不均匀温度分布和散热损耗大两个方面的影响。本文所选用的新技术以保障能量平衡控制为根本出发点，借助原料的优化选用，炉帮的计算和更新以及管理方式的改革和管理技术的应用，使得铝电解槽能够平稳运行，在实践中具有实际意义。

参考文献：

[1]李春焕,曹阿林.400kA系列铝电解槽能量平衡分析[J].有色金属(冶炼部分),2017,(04):30-34.

[2]成庚.浅谈400kA铝电解槽平稳运行新技术[J].世界有色金属,2016,(13):20-22.