190ka大型预焙槽技术参数优化研究技术之可行性研究报告书Word文档格式.docx

1、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：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。

2、（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，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

3、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

4、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

5、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，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

6、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

7、；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。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

8、：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

9、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；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

10、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，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

11、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电压降是阳极电压降的主要部分，但是由于阳极电流密度和阳极钢

12、爪电流密度的提高，会使其温度提高，必然导致其阳极和Fe/C之间的电阻下降。三、优化技术参数方案的确定比较一期62台电解槽运行参数，结合续建新启动的62台电解槽实际情况，我们确定新启槽技术参数如下：（1）电解槽工作电压4.144.16V；（2）电解槽温度935955；（3）极距4.5cm左右；（4）电解质分子比2.152.35；（5）效应系数0.100.20次/台；（6）电解质水平2023cm；铝水平2426cm;（7）氧化铝浓度1.5%3.0%。（8）电流强度193KA。考虑到电压较低、铝水较高，会引起过热度低的可能性，我们采取将电流强度从190KA强化到193KA，并保持电流强度的稳定，以及

13、其它技术参数的平稳运行，以实现低极距、低温低分子比、低效应系数操作。四、优化技术参数方案的实施我们优化采用了低电解质温度、低氧化铝浓度、低中分子比、低效应系数、低极距、高铝水平的电解工艺参数。前提条件是电解槽保持稳定，否则再好的技术条件随时都有可能被破坏。（一）低电解质温度控制初晶温度是指液体开始形成固态晶体的温度。固态晶体开始熔化的温度称为该晶体的熔点。初晶温度与熔点的物理意义不同，但在数值上相等。冰晶石氧化铝均匀熔体电解质其初晶温度随氧化铝含量增多而降低。电解质的摩尔比（分子比）降低，其初晶温度也随之降低，但氧化铝的溶解量也会降低。电解生产中需要电解质的初晶温度越低越好，这样可以降低工作温

14、度（工作温度一般控制在初晶温度以上1020范围）。工作温度越低，减少设备变形，延长设备使用寿命，工人劳动环境改善，电解质挥发损失小。而且，更重要一点，电解过程中电流效率随电解温度降低而提高，即可以降低电能消耗，又可以增加产量。电解温度是指电解生产中电解质的温度。电解质温度=电解质初晶温度+过热度。在铝电解生产上，通常电解温度看作重要技术条件。所谓电解温度，是指电解质温度而言。现代大型预焙槽的电解温度大多是在940960之间。这是一个温度范围，大约高出电解质的初晶点520。两者之间的差值称为过热度。电解质温度过高会增加金属铝的损失，降低电流效率，并能熔化炉膛，增加物料消耗，导致病槽。温度过低的电

15、解质，其密度增大，粘度增大，铝液与电解质分离不开，阳极气体不易畅快排出，炉膛过小，伸腿伸长，电解质溶解氧化铝的能力降低，阳极效应系数增大，炉底沉淀增多，电解槽底部易长结壳，分子比下降，电解质急剧收缩，严重时造成滚铝，产生病槽，生产紊乱，使各项生产指标大幅度下降。通常在更换阳极之后，电解质温度降低甚多。依据每台槽的精确温度测量结果，计算出电解槽组或全系列的温度平均值。电解槽的最佳平均温度，便是能够避免在阴极表面上析出固态沉积物与能够避免产生过度的不稳定性时的最低温度。此最佳温度视电解质初晶点和生产操作技术水平而定。生产技术水平高者，过热温度较低，低到58。因此，保证电解槽的正常电解温度，对于提高

16、电流效率、降低消耗是大有益处的。正常电解温度的保持有赖于其它技术条件以及相适应的操作制度的配合。降低电解质的温度有两个方法，即降低电解质的初晶温度和降低过热度。其实质都是通过调整电解质成分来实现的。事实上，单纯的降低电解质的初晶温度对电流效率的提高的效果是不明显的，而且，过低的电解温度，会导致操作上的困难，如：炉底产生沉淀、效应增多、电压针振等现象。因此，在电解生产中，应认识到提高电流效率主要的途径不是降低电解质的初晶温度而是降低电解质的过热度。电解生产追求的目标是高电流效率，希望铝的二次反应减少。所以要实现高的电流效率，必须降低电解质温度，既要降低电解质的初晶温度，又要降低电解质的过热度。更

17、重要的是保持长期稳定的槽温，相应也延长了槽寿命。研究表明，初晶温度每降低10，过热度控制在1015，电流效率至少可以提高0.5%。我们在生产过程中，通过调整铝液水平、电解质水平、分子比、氧化铝浓度等技术参数，降槽温控制在935955，过热度控制在58。（二）低分子比控制在酸性电解质中由于电解温度相对较低，降低分子比可降低电解温度，即电解质初晶温度，同时密度和粘度有所降低，从而加快电解质的流动性，有利于金属铝从电解质中析出；使铝的二次反应减少。研究表明：分子比每降低0.1，电流效率约升高0.5。但分子比又不能过低，如果过低则降低了氧化铝的溶解度和电解质的导电率，使电解质挥发增加，因此在降低分子比

18、时要权衡其利弊，综合考虑。根据我公司电解槽的实际情况，我们将分子比的调整，控制在2.152.35。其方法通过添加AlF3来实现。氟化铝在出铝口添加，得不到有效的利用而氟化铝会飞扬出去直接气化被大量的挥发。这样，加大了氟化铝的损失量，而利用量会大幅度的降低，对控制电解质成份不能起到正常的调整作用。实践证明，氟化铝从出铝口处直接加入分子比不易控制，一般保持在（2.012.65）之间，分子比涨幅很大，槽温也不易控制一般在935975之间，电解槽温度忽高忽低，电解质水平时涨时落，炉帮时长时空，氧化铝溶解度也不平稳，有时阳极效应频繁，一天当中来效应达到34次，有时效应滞后，电解槽内炉底沉淀时有时无，电解

19、槽火眼处火苗时冒时回，槽电压波动，电解槽的过热温度不易控制，电流分布不均，槽子散热孔温度时高时低，很难控制。我们采取了进行角部捞炭渣后添加氟化铝以及电解槽在出铝后加氟化铝的方法；另外，在换极时，把氟化铝加在新极的极缝里，然后在上面加上氧化铝粉封盖好，既能减少氟化铝的挥发，又可达到一个持久均衡的效果，随着炭素阳极的消耗，氟化铝可以慢慢地溶解在电解质中，调整电解槽的分子比，稳定电解正常生产。通过以上方法的实施，分子比极容易控制，一般都保持在正常范围（2.152.35）电解质温度控制在935955左右，电流效率一般都在92%左右。炉底干净，无沉淀结壳，炉帮坚固，电解质粘稠度适中，电流分布均匀，各部压

20、降无异常现象，电压无波动，电解槽炭渣分离清楚，阳极气体排放适中，电解质沸腾均匀，从火眼处喷出的火苗清晰有力，而氟化盐的添加量且减少了一半以上。（三）低氧化铝浓度、低效应次数的控制在铝电解生产中，低氧化铝浓度的控制就是采用计算机智能模糊控制技术，根据氧化铝浓度的变化与电解质电阻的变化的关系来控制氧化铝的下料多少来实现的。阳极效应的临界状态氧化铝浓度为1%左右，应此氧化铝浓度不能低于1.5%，正常的氧化铝浓度应控制在1.53.0%之间，但氧化铝浓度不能过高，过高易产生沉淀，所以保持合适的氧化铝浓度，使电阻曲线斜率较大，便于计算机监测和识别。目前铝电解采用计算机智能模糊控制技术的思路是：采用氧化铝浓

21、度较低一侧的电阻曲线为浓度的代用值，将1.53.0%的范围为控制目标，使用过量加料，正常加料和欠量加料不断转换的方法，保持浓度处于持续合理的波动中，利于槽电阻上升（或下降）斜率值的大小判定浓度处于何段范围，从而决定过量向欠量转换氧化铝浓度控制程序包括正常、减量、增量、加工与特殊作业五种控制程序，通过槽控机按钮自动实现。在电解生产过程中，对影响电解质中氧化铝浓度的因素控制如下：（1）换极作业残极提出和新极安装后扎边部，加极上保温料等过程会使大量氧化铝粉进入槽内，这些氧化铝粉是计划外的多余下料，若不通知计算机，会导致槽内氧化铝过剩，增大氧化铝浓度，进而导致沉淀。处理方法是：控制换极操作过程中下料量

22、，必须控制好换极操作步骤，提极前要尽可能扒净极上浮料，扎边部范围要尽可能小，收边时确保使用粉过的面壳块，防止收边漏料。（2）出铝作业出铝作业过程，有打出铝口和阳极升降动作。由于槽上部的改造，其小布袋出风口处大都设置在出铝口B1侧，其夹带的氧化铝粉需班班清扫才能保持出铝口的清洁，打出铝口时，极易将出铝口处积存的氧化铝粉打入槽内，其重量约为10kg，出铝过程中，阳极升降距离大约在11.5cm，由于移动距离较大，易使面壳产生裂缝，而使少量氧化铝粉进入槽内。（3）槽上部漏料、堵料、缺料由于下料气缸下料后，回不到原位，而导致漏料和下料气缸密封圈封闭不好而导致漏料。下料气缸不归位有些是临时性的，偶然出现一

23、次；有些是因为气缸故障，必须加强看槽巡视和及时检修，发展利害就会形成堵料。因密封圈封闭不严而导致的漏料，应及时更换。看槽人员应建立严格巡槽制度，防止出现堵料，漏料而引起的效应迟发、突发。由于漏料而导致堵料和由于打壳气缸不打壳而堵料及下料口被面壳块封住打不开。因漏料导致的堵料必须及时处理好漏料，之后再将堵料分摊到周围保温料少的极上，否则应将粉料用锨出槽外，然后再打壳，将火眼打开，严禁在有料堆情况下打壳，以免将过多的氧化铝粉打入槽内形成沉淀，由于打壳头不打壳而堵料，应及时观察是否关闭风阀，否则应立即通知维修，并处理打壳头下料堆，下料口被面壳块封住打不开，应用长工具将面壳块捣碎起出，并加强收边作业管

24、理。由于料箱无料或下料气缸坏而不下料。槽上部人员加强对料箱的检查，防止料箱无料，看槽人员巡视电解槽注意观察下料器下料是否正常。总之，电解槽内漏料、堵料、缺料必须加强对电解槽的巡视，防止此类情况出现，尽可能不出现待效应发生后才发现有问题。（4）槽控机操作影响槽控机可实时采集槽电压，系列电流信号，并根据设事实上的各种参数，在自动状态下完成阳极升或降、打壳、下料、效应处理、辅助加工和出铝、换极及边加后过程控制等，也可在手动状态下由人工操作完成相应功能。由于计算机自动根据采集的数据判断下料量，并适当自动调整下料间隔，从而形成正常加料周期、增量变加料周期、减量加料周期。当人为操作槽电压时，若是计算机采集

25、到这种假的电压信号，会导致其对正常槽况的判断，导致下料量的增多或减少，从而人为导致效应突发或迟发。正常情况下应减少对槽控机的人为操作。由于为保持适当高的电压而人为转到换极控、出铝控、边加控程序控制，导致缺料引发效应。总之，应减少人为操作槽控机，应通过修改参数来达到提高电压或降低电压，升降阳极，减少计算机采集到的虚假信号。通过以上四个方面的控制，严格要求把好槽控机下料，减少堵料、漏料、缺料、减少人为操作槽控机行为，提高微机控制能力，严格换极过程控制，确保槽内氧化铝浓度效应控制一定会向预想的方向发展。目前泰山铝业公司，氧化铝浓度已经控制在1.53.0%之间。2005年以前,受原自焙槽生产技术传统的

26、影响,我们将电解效应系数一般控制在0.30.5次/槽日。经初步设计，我公司效应系数控制在0.100.20。2007年6月9月，平均效应系数累计0.11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。通过技术攻关并加大考核力度,将效应系数控制在0.10次/槽日以下。实践证明,这个指标完全可以控制实现。（四）高铝水平以及电解质水平的控制一）高铝水平在工业电解槽上，铝液和电解质水平受炉膛深度的限制，两者高度之和必须稍低于炉膛深度。对于大型预焙槽来说，两者高度的确定应以尽量压低残极高度而不熔化阳极钢爪为准。对于铝电解生产来说，如果已经设计确定了电解槽的结构，那么对此电解槽就应该有一个最

27、适宜的铝液高度，生产中，两次出铝之间铝液水平应在此最佳铝液水平上下变化。在过去的电解槽生产操作的观念中，一般主张采用比较高的铝液水平。这样做可以使铝电解槽内中央部位的多余热量传递出去，从而起到调节槽温的作用。同时，较高的铝液水平还可以减弱水平电流与垂直磁场的交互作用力，促进铝液保持稳定，有助于弥补磁场不平衡所产生的缺陷。随着铝电解技术的发展，运用计算机对电解槽温度场的研究也越来越完善。现代大型铝电解槽生产技术中，就倾向于采用比较薄的铝液层。这样做有利于降低铝液波峰的高度，使铝电解槽在较低的极距下进行生产，避免局部短路现象，从而有助于提高电流效率。另外，采用较薄的铝液高度，还能促使槽底沉淀物熔化

28、。在现在的电解槽的操作中，特别是大型中部点式自动下料的电解槽中，槽膛形状及侧部结壳主要靠电解槽的热平衡及工艺技术条件确定的。因此最佳的铝液高度应该具备以下条件：侧部结壳要具有一定的厚度，但槽膛底部伸腿不超过阳极在阴极炭块上的投影区；要使阴极铝液镜面有最小面积，以减小铝的溶解损失；在保证上述槽膛形状的情况下，尽量采用比较低的铝液高度，以降低铝液在中部的隆起高度。当铝液水平处于15cm和18cm，结壳层变得很薄，在槽膛底部的沉积处接近于人造伸腿。结壳变薄，铝液镜面增大，铝的溶解损失就增加，使铝电解槽的电流效率降低，不利于生产。结壳层薄，说明电解槽内的温度处于比较高的状态，使得侧部结壳更易于熔化，电解槽很容易处于过热状态。铝液高度处于22cm左右时，槽膛底部的电解质沉淀基本位于阳极投影下部。铝电解槽槽膛形状较规整，槽帮结壳较厚，阴极铝液内的电流分布较好。阴极铝液面比铝液水平为15cm时有所减小，因此可以获得更高的电流效率。当铝液水平处于28cm时，结壳的厚度更为增大，铝液镜面更加缩小。这一点对电流效率的提高无疑是有利的。但由于此时伸腿过长，边部结壳长大了