铝电解槽的工艺技术条件优化探讨

摘要：以200ka电解槽为例，对该类槽型进行了工艺技术优化，改善其工艺制度。从而可以提高各项经济技术指标，达到提高电流效率、降低直流电耗的目的。

关键词：铝电解 工艺技术 条件优化 探讨

在铝电解工艺中，特别注意提高电流效率和阳极质量，以降低电耗、延长槽的寿命。如何对铝点解槽的工艺技术条件进行优化呢? 1工艺技术条件优化

1.1增加自动稳流系统,稳定电流强度

电流强度是铝电解生产过程中重要技术参数之一，直接影响电解槽能量平衡。电流强度的大小和稳定性对铝电解槽生产各项经济技术指标有着决定性的意义，同时对其他技术条件和操作加工制度有重要地影响。如果系列电流波动较为严重，特别是阳极效应发生时，系列电流瞬间下降很大，将严重影响电解生产，破坏电解槽的热平衡，降低电解槽产量，降低电流效率，增加生产成本。为此，可以结合现有设备，通过电器技术改造增加自动稳流系统。这样，对稳定系列电流强度就有较好的作用，同时还可以提高各项技术指标和经济效益。

1.2调整电流强度和阳极炭块尺寸

电流强度和阳极面积是决定电解槽单位时间铝产量的重要因素。电解槽在正常生产时，由于电解质的侵蚀和冲刷，其阳极炭块面积比理论设计时计算面积稍小一些。为最大限度提高电解产量，按照

改造后的电解槽炉膛尺寸，两次调整外购阳极炭块尺寸，多次调整系列电流强度，使电流槽电流密度由开始设计的0．747a／cm2提高到0．768a／cm2。使电流密度更加合理，从根本上保证电解的能量平衡，从而保证了电解生产和其他各项技术参数的稳定性。 阳极断面由经济电流密度决定的，它的大小直接关系到铝电解槽造价与生产成本。阳极电流密度随各国电价高低而异。由于我国电能费用较高，不宜采用商阳极电流密度，同时还要考虑国内现行预焙槽铝厂生产阳极块尺寸殷标准化。阳极碳块尺寸和组数与阴极碳块尺寸和组数合理匹配，结构紧凑，保证槽内衬有足够的保温层厚度，阳极宽度间距适宜，方便从大面立柱母线送电。

采用先进的阳极结构，阳极碳碗内制成6条斜齿(由持制的振动成型模具完成)，这种结构使钢爪与碳块问有较强的固着力，以保证钢爪与碳块在生产应用中不脱离，导电均匀，又因铁-碳阀接触面犬，接触电阻较低，较其它种联结方式可降低电约50mv。 1.3选择合理的槽壳结构

生产实践证明，阴极隆起速度与凸起量和阴极内衬对角线长度的二次方成正比。这说明电解槽的容量越大，阴极破损速度加快。由于碳块内结晶而产生垂直的应力，使碳块凸起或破坏，又因为结晶应力垂直于等温线，所以它们不仅产生垂直应力，而且也产生水平应力。因而，使槽壳变形，垂直力对槽壳产生的扭矩，使壳壁倾斜。．为了抵制垂直和水平的应力，必须选择合理的槽壳结构，使槽壳具有较大的刚性，克服产生的应力，减少变形。美国铝公司和

苏联的一些铅厂大容量电解槽一般都采用船形摇蓝式槽壳。这种槽壳比直角形摇蓝架结构刚性大、变形小、用钢量少、槽寿命长。我们可根据电解槽结构受力分析确定的力学模型，在充分考虑了工艺生产状态的条件下，将这两种槽壳用同一的有限元分析计算程序，以文件形式给出所划分网格节点上位移的大小以及划分不同单元的应力大小，在屏幕上绘出网格图形。在与指定的绘图仪相联后，送入比例因子，绘出不同规格不同投影角度的网格图。 1.4保持合理的铝液水平和电解质水平

保持高铝液水平和适当电解质水平具有诸多优点：

(1)促使电解槽底多余的热量尽可能地向阳极四周传递，热稳定性增加;(2)保持电解槽底平坦，使电流均匀通过炉底；(3)能够更好地保护电解槽阴极炭块，减少生成炭化铝，延长槽寿命；(4)保持高的铝液水平可使炭渣和阳极气体的分离顺利；(5)减小或削弱磁场的影响，使槽内铝液波动减小，保持电压平稳。

保持适宜的电解质高度可以：(1)较好地溶解a12o3，，保持a12o3浓度相对稳定，减少阳极效应；(2)减少炉底沉淀，减少炉底压降；(3)增加对阳极的湿润性，有利于电压稳定保持电解质高度以不淹没和冲刷阳极钢爪为原则。铝液水平一般控制在出铝后19～22cm，电解质水平一般控制在2o～21cm。生产实践表明，对小型预焙电解槽而言，保持适宜的铝液水平和电解质水平对稳定生产，提高各项经济技术指标具有积极的意义。 1.5降低阳极效应系数

铝电解生产中，阳极效应有利也有弊。一方面可以检查电解槽的正常生产，加速电解质中炭渣的分离排除，使电解质变得洁净；另一方面会造成能耗和物耗的增加，影响经济技术指标。如某公司因受改造设计原则和原自焙槽生产技术传统的影响，同时由于公司供配电系统没有自动稳流系统，将电解效应系数控制在0．35～0．4次／槽?日。通过技术攻关并加大考核力度．将效应系数控制在0．25次／槽?日以下。实践证明，这个指标完全可以控制实现。全年平均效应系数累计平均为0．23次／槽?日。不但降低电耗和物耗，而且有利于环境保护，减少劳动强度。 1.6实行低电压操作

国内外大中型预焙槽积极推广“四低一高”的生产技术，其中“一高”即高极距、高电压。实践证明，对小型预焙槽采取高电压操作容易使电解槽走向热行程，导致电流效率降低，浪费能耗。采用计算机智能模糊控制系统，将槽控箱槽电压设置参数逐年下调。可以设定电压为4．1o～4．23v，电解槽不但运行正常，而且完全达到了节能降耗的目的。通过以上技术条件的优化和改善，特别是对电解质成分的调整改善，降低了电解质黏度，使炭渣分离明显。最明显的效果就是电解质温度逐年降低并保持平稳，实现了电解温度作为工艺条件控制的关键和中心。由于电解质温度降低，铝的二次损失减小，电流效率提高，产量增加，电耗和物耗都有所降低。 2工艺制度的改善

2.1改善阳极工艺制度，降低炭块单耗

铝电解槽通入每1ah电量，阳极的实际炭耗量与理论炭耗量比率称为炭耗指数。但由于空气氧化、电解质侵蚀冲刷、阳极掉粒等原因，其实际消耗量要大于理论消耗量。文献表明一般不连续预焙电解槽阳极消耗量约为450kg／t?ai，炭耗指数为1．19，消耗周期一般为20～36d。通过论证将原炭块高度由540mm提高到560mm，经过工业试验。阳极炭块消耗周期完全可以由原来的26～28d延长到30d，日均消耗量为14～15mm。

2.2调整加工制度，实现电解槽自适应控制

逐渐取消侧插自焙阳极电解槽的人工加工工艺制度，对由计算机智能模糊控制的工作电压、下料间隔、下料量等参数通过精心计算，因槽设定，完全实现计算机自适应控制。逐年减少人工砸边作业，最后完全取消，杜绝人为因素对电解槽的影响。 3.结论

通过对小型预焙槽进行科学合理的工艺技术条件调整和操作工艺制度的优化改善，可以实现：(1)电解槽炉膛逐渐规整，生产稳定性增加，技术条件稳定保持，病槽现象明显减少。(2)电解槽电流效率明显提高，直流电耗降低，达到了增加产量，节能降耗，降低生产成本的目的。 参考文献：

[1]邱竹贤．预焙槽炼铝[m]．北京：冶金工业出版社，1988． [2]戴小平．160ka预焙槽“四低一高”电解工艺技术条件的选择[j]．轻金属，2003，3．