第五届铝电解专业委员会２００５年年会暨学术交流会论文集。３５・一一一一＿一———————————————————————————－————————————————————一谈谈铝电解的节能潜力邱仕麟（中铝轻金属研究院，河南郑州４５００４１）摘要：本文分析了工业铝电解槽节能降耗的潜力，鉴于铝电解槽阳极电流分布不均匀，理论分析表明，当其他条件相同时．阳极导电量增加２０％ｖ４，对应阳极６々极距将比正常导电阳极的极距低９．８ｍｍ．提高每一组阳极极距的均衡性可能是目前电解槽大幅节能的重要突破口，文中同时介绍了一种槽况诊断装置，该装置对提高电解槽各阳极极距的均衡性，电压摆电解槽处理方面具有一定的针对性，不失为电解槽节能降耗的一种重要工具。关键词：铝电解；节能；极距均匀性；诊断装置前言仁们参考。随着国家经济的快速发展，能源问题已逐渐成１’槽电压摆动与能耗为国家经济安全的大问题，资源节约型企业，节约在铝电解正常生产中，我们希望电解槽运行稳型社会等新的要求取代了过去鼓励消费的，高定，不出现偏差；电流效率，槽稳保持稳定，于是我能耗的电解铝工业成为本轮的主要产业之一。们就可以获得良好的技术经济指标。但是实际生电解铝工业的主要原料是氧化铝和电能，降低氧化产过程中，由于原料质量、操作质量等方面的因素，铝的消耗的主要途径就是防止跑冒滴漏．而电解铝电解槽或多或少都会出现这样或那样的问题。针的实际电耗与理论电耗的差距非常大，能量利用率振或电压摆动是电解槽常见问题之一。针振或电不到５０％，因而降低电耗成为电解铝工作者追求压摆本身会降低电流效率，增加能耗。的目标。眉前我国大型铝电解槽的电流效率一般目前处理针振或电压摆槽的方法通常是提高都在９３％以上，理论电流效率一般认为是９８％。槽电压，亦即提高电解槽极距的措施来处理，这种Ｈ—Ｈ法的理论分解电压为１．１～１．２５Ｖ，其反电处理十分有效。许多槽控系统已将这种处理策略动势在１．６～１．７５Ｖ之间，而槽电压一般都在４．１编制到控制程序中，作为电解槽自动控制的一一部～４．３Ｖ之间。这些情况表明铝电解的节能潜力非分：常大。仔细分析，可以发现这种处理策略有其不足的随着社会的发展，能源价格上涨是必将趋势，方面，这种处理策略的根本点是不管是阴极问题还电解铝工业不管从自身降低成本，还是从国家倡导是阳极问题，反正提高极距总是没有错。它无法让的资源节约型企业的要求出发，都应该把降低能耗操作人员了解，问题到底出在那里，下一步应该注作为主要的工作目标。许多企业也都将节能降耗意那些方面才能今后的工作中避免类似的问题再放在技术工作和管理工作首要位置。因此，研究探次发生。同时槽电压的升高必然导致电解槽能量讨节能降耗技术工作就显得特别的重要。收入的增加，使电解槽炉帮熔化，电流效率降低。本文就铝电解节能问题谈谈自己的看法，供同这样的结果也导致能耗的增加。‘３６・第五届铝电解专业委员会２００５年年会暨学术交流会论文集一般电解槽电压摆或针振都是局部引起的，如果能诊断出引起电压摆或针振引起的位置，对处理这类电解槽无疑将起到事半功倍的效果。２低电压和提高阳极电流密度的潜力分析吨铝直流电耗可用下式表示：Ｗ。２９８０ｘＶ÷１１式中：Ｖ——电解槽平均电压，Ｖ；叼——电流效率（小数表示）。从式中可见，提高电流效率和降低槽电压可起到降低电耗的目的。近年来，人们在反思过去的“四低一高”电解工艺，其中高电压或高极距是否必要的问题。“四低一高”电解工艺为中国的电解铝技术经济指标的大幅提升起到了巨大的作用。高极距带来的好处是明显的，首先是高极距带来了二次反应的减少，既电流效率的提高；其次高极距带来了电解槽稳定性的提高，这也带来电流效率的提高。高极距状态下，阳极质量有点问题时。极距高差就是大一些电解槽依然可以平稳运行。电流效率不会受影响。通过这些年大型电解铝厂管理水平的提高，人员操作技能的提高，作业精度的提高，高极距的必要性受到置疑也是电解铝工业综合能力提高的必然。一般极距降低ｌｍｍ，槽电压可降低３３ｍＶ，即降低直流电耗１００ｋＷ．ｈ。强化电流技术中有两条途径，其一是增大阳极导电面积，保持阳极电流密度不变的情况下，电解槽的电流增加，这即所谓的阳极加宽，这一方案的特点是基本保持电解槽极距不变。即对操作作业质量没有明显高的要求，只需重新调整电解槽的热平衡即可。其二：是增加阳极电流密度，槽电压基本保持不变，这种方案实质上降低了极距，这一方案较前一种方案难度大，因为除了热平衡之外，还需要提高操作作业质量。。般依靠提高阳极电流密度来实现强化电流时，电流强度每强化１％，在槽电压保持不变的情况下，极距降低１．４ｍｍ左右。上述情况表明：降低电解槽极距后电解槽能否良好运行是低电压和强化电流的关键。根据我们对铝电解槽阳极电流分布测量分析发现，电解槽Ａ、Ｂ两侧偏流５％和单个阳极导电量大于１２０％和小于８０％的情况普遍存在的。下面分析偏流和阳极电流分布不均对电解槽技术经济指标的影响。为分析简便，我们将阳极导杆到铝液界面的电阻简化为图：ｎ图１电解槽极距分析示意囹图中Ｒ１代表：铝导杆到炭阳极的电阻。Ｒ２：阳极碳块碳块压降。Ｒ３：电解质电阻。这里将阳极过电压扣除。正常情况下，新阳极与旧阳极的碳块压降差为１３０ｍＶ。如果阳极底掌与铝液间的距离相等，则因为阳极消耗引起的电流分布为：１３０／（３００＋１６００）×１００％＝７％如果阳极按中间阳极来计算，因为阳极消耗引起的电流分布不均为３．５％。１３０ｍＶ的碳块压降折合成电解质高度为３．５ｍｍ的压降。当阳极电流偏流２０％，与正常阳极电流分布时的极距变化影响为：（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）×Ｉ×０．８＝１．２×Ｉ×（Ｒ１’＋Ｒ２’＋Ｒ３’）设Ｉ×Ｒ１＝Ｉ×Ｒ１’＝３５ｍＶ，Ｉ×Ｒ２＝ｉ×Ｒ２’＝２７９ｍＶ，（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）×Ｉ×０．８＝１９５０ｍＶ，Ｉ＝第五届铝电解专业委员会２００５年年会暨学术交流会论文集・３７・７５００，于是求得当电流为８０％时的极距为响将大于极距低９．８ｍｍ的影响。而９．８ｍｍ的极６４．６ｒａｍ，当电流为１２０％时极距为４ｒａｍ，这时两者距对应的电解质压降就是３２０ｍＶ，折合电能消耗的平均极距为５２．３ｍｒｎ；当电流为１００％，即均匀分ｌ＇０００ｋＷ．ｈ／ｔ—Ａ１。因此，均衡阳极到铝液镜面的布时极距为４９．８ｍｍ。这样导电相差２０％时的最极距就显得十分必要。有可能成为电解铝大幅度低极距与导电均匀的极距相差９．８ｍｍ。同时．极节能的突破口。距低的阳极电流密度大，单位面积产生的气体量我厂某台电解槽停槽后保持阳极未动情况下多，对铝液的搅拌作用强，综合考虑低极距对电流测量的阳极底掌高差情况示于表１。效率的影响将不仅是极距低９．８ｒａｍ的问题，其影表１某３００ｋＡ电解槽停槽后阳极底掌高差测量结果注：表中没有数据的地方为阳极已经动过，不能代表实际情况。理论分析和实际测量结果表明：保持阳极底掌３．１槽况诊断装置的基本结构和功能相对铝液极距一直性，可能成为未来铝电解节能降槽况诊断装置的基本结构如图２所示。耗的重大突破口。３槽况诊断装置在铝电解槽节能降耗中的作用图２槽况在线检测装置基本结构示意图本装嚣主要由一次信号采集装置、屏蔽电缆、电饵槽内每一组阳极的电流分布、相对极距、铝液模数转换器、数据采集控制器和计算机构成。一次波动等电解槽重要参数实时直观的呈现的操作者数据采集每一组阳极导杆的等距电压信号，经模数面前，并有阳极电流分布均匀性、铝液稳定性等的转换传输到计算机，计算机通过特定程序处理，将历史曲线。有的同行看到这一装置后，称其为“电，３８・第五届铝电解专业委员会２００５年年会暨学术交流会论文集极距、铝液波动（图３）情况。查阅阳极电流分布均匀性曲线，异常工作阳极表（图５），铝液稳定性曲解槽的ＣＴ”。３．１槽况诊断装置的基本功能实时显示电解槽的阳极电流分布拄状图、相对线（图４），各阳极电流分布历史曲线等。图３铝液波动实时状态图图４铝液稳定性曲线图５阳极工作异常情况报表第五届铝电解专业委员会２００５年年会暨学术交流会论文集．３９．实时铝液波动情况图反应铝液实时波动情况．对分析铝液高度是否合适，炉底是否有沉淀提供参考。铝液稳定性曲线反应铝液稳定程度。异常工作阳极表将铝液波动较大处对应阳极在～定时间内比平均值高出次数的列出，对应时间段，次数越多说明此处有问题的几率越大。如果电解槽有针振现象，则在该时间段内出现异常次数多的阳极对应处有问题。如果此时出现异常的阳极比较单一，则是该阳极有问题，处理时只要将该处阳极提高１０—２０ｍｍ即可使电解槽针振消除。如果出现异常阳极是相邻的阳极都出现，则有沉淀的可能性比较大。此时也可以采取先提高此处极距的方法来处理，先让电解槽正常工作。然后调整工艺技术参数，熔化炉底沉淀。３．３槽况诊断装置在均衡极距方面的作用阳极底掌高低不平，阳极电流分布不均匀是电解铝厂司空见惯的情况，前面的分析表明，如果阳极电流分布相差２０％时，导电大的阳极极距与正常导电的极距相比极距低ｌＯｍｍ左右，电解质压降３００ｍＶ，如果能使电解槽的极距尽可能相同，则为降极距创造了条件，不管是低电压还是强化电流都可以实施了，也就为节能降耗创造了条件。利用槽况诊断装置均衡极距最简单的做法是，降低槽电压，对于极距低的阳极来说，对应的铝液波动必然变大，对于这样的阳极适当提高一点极距（１０ｍｍ），如此多次，则可使每一组阳极的极距趋于相近，从而达到提高电流效率，降低槽电压的目的。槽况诊断装置在评价铝液高度方面的作用在极距基本相同的情况下，可以调整铝液高度，然后根据铝液稳定性曲线判断，铝液高度的变化对铝液稳定性指数是否有影响，如果在～个出铝周期内，出铝前后，铝液稳定性曲线有明显的变化，则表明铝液高度应该作出调整。对于不同槽龄的电解槽由于炉底状况不同，铝液的波动状况也会不同，铝液高度合理性的评价，一般根据槽电压摆幅进行评价，这种评价方式的不足是槽电压是电解槽整体运行状况的综合反映，而铝液稳定性参数评价是通过每一一组阳极对应的铝液波动情况进行评价。更能代表电解槽的实际情况。・槽况诊断装置是一件新生事物，其应用的效果，与每一个人对电解铝生产的理解不同而不同，但是有一点是可以肯定的，那就是过去我们对电解槽内的情况只能用铁钎去感觉，现在可以通过计算实时地将极距、铝液的波动等内在情况呈现在我们的眼前，使操作者与电解槽的距离更近了，处理问题必将更具有针对性。这种装置不失为实现现阶段电解槽节能降耗的重要工具。（责任编辑张文军）
