第八章铝电解槽正常生产管理.docx

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第八章铝电解槽正常生产管理

第八章铝电解槽正常生产管理

新槽启动后，经过三个月的调整逐渐形成规整的炉膛，各项技术条件进入正常生产时期，在正常生产阶段，主要技术条件（或参数）有：

槽电压、加料量、铝液和电解质水平、阳极效应系数和电解质成分等。

在保证电解槽操作质量的前提下，管理好这些技术条件，电解槽能在长期的稳定状态下工作获得高电流效率和低能量消耗。

此乃电解生产管理的主体，须特别重视。

为了确保上述电解槽的正常生产状态，在生产中必须采取和调整与该槽的各项技术参数和工艺操作制度相一致的原则，就是说，电解槽的正常生产是在一定的技术制度的密切配合下实现的。

对于有经验的职工来，可以通过观察来判断电解槽生产是否正常，一般来说，正常生产的电解槽有如下特征：

（1）从火眼喷出有力的淡紫蓝色火苗。

（2）槽电压稳定在一定范围，大型预焙槽为4.0～4.2V（3）电解温度940～960℃，电解质颜色为红色。

（4）阳极周围电解质沸腾均匀，炭渣分离良好。

（5）用钎子检查电解质与铝液水平时，电解质液与铝液界面清晰。

（6）槽膛规整，槽底无沉淀，槽面结壳完整，并覆盖一定厚度的氧化铝保温层。

（7）阳极不氧化不长包不掉块。

在上述特征下，电解槽的各项技术参数达到规定的范围，属于正常生产。

8.1正常生产的技术条件与参数

电解槽生产的技术参数是生产中重要的技术规范，它是根据电解槽的类型、容量、设备的机械化自动化水平和操作人员的技术水平而定。

技术条件参数包括电流强度、槽工作电压、极距、电解温度、电解质成分、电解质和铝液的水平和阳极效应系数等，它们之间既互相影响又相互制约，其中某一项条件改变，其他各项也必须作出相应变化，才能达到稳定生产。

8.1.1正常技术条件的保持

电解生产中，因槽型不同，电流强度不同，所要求的技术条件亦不同。

为保证取得最好的技术经济指标，每个电解厂都要求保持一定的技术条件，而技术条件的设置一定要结合生产实际，即不能过高，也不能过低，要尽可能以好的技术条件保持电解槽具有较好的技术指标和平稳地生产。

表8-1为常见的大型预焙槽的正常技术条件：

表8-1大型预焙槽正常生产技术条件

电流强度（kA）

320

300

200

160

槽工作电压（V）

4.15

4.15～4.18

4.15～4.2

4.15～4.2

电解温度（℃）

945～985

940～960

945～965

940～960

分子比

2.1～2.3

2.3～2.5

2.1～2.3

2.3～2.4

电解质水平（cm）

20～22

21～23

20～22

18～22

铝水平（cm）

18～20

17～19

18～20

18～20

极距（cm）

4～4.2

4～4.5

4～4.5

4.0

效应系数（次/天）

0.3

0.3

0.3

0.4

氧化铝浓度（%）

2.3

2～3

2～3

2～3

氟化钙（%）

4

2～4

4～6

5～7

8.1.2系列电流强度

每个电解系列都有额定的电流强度、额定的电压、与之对应有一定的产铝量。

额定的电流强度一经确定下来，尽可能保持恒定的电流强度不变，以保证整个电解系列生产的稳定性。

一般在电力供应紧张或系列同时发生阳极效应的槽数过多时，才采取降低系列电流的手段，来维护整流设备的安全。

在电解生产中，供给电解系列的电流强度是恒定的，它可以保证一个电解系列在同一时间来2～3个阳极效应时，而系列电流不会降低。

表8-2为300kA预焙槽系列中，同时发生阳极效应时系列电流系列电压的变化情况。

表8-2300kA预焙槽阳极效应时系列电流系列电压关系同时发生阳极效应

同时发生阳极效应的电解槽

效应时间占总时间的百分数（

时间

系列电压（V）

系列电流（A）

N=0

77.14

1031.86

300000

N=1

20.03

1066.86

300000

N=2

2.59

1101.86

300000

N=3

0.22

1136.86

300000

N=4

0.02

1136.86

285975

8.1.3槽工作电压

电解槽工作电压，又称为槽电压（槽电压表读数）。

它是并联在电解槽上的电压表直接测量出来的（电压表一端接在阳极母线立柱的底部，另一端接在阴极母线末端）。

生产中的计算机报表常涉及到以下四种电压：

（1）VBASE目标电压：

是由管理者计划要达到的目标值。

（2）VNOM设定电压：

亦称公称电压，是管理者根据槽子状态而确定的电压值。

计算机按此电压值对槽电压进行控制。

（3）VNET净电压，亦称槽工作电压，它是不包括效应电压在内的槽电压。

它与设定电压的差值反映了槽子是否存在着异常电压。

一般VNOM设定电压=VNET净电压+（0.02～0.03V）为正常。

（4）VACT效应分摊电压：

它包括效应分摊电压在内的槽电压。

它等于净电压加上效应分摊电压，VACT=VNET+VAE。

VAE大说明效应多或持续时间长，VAE小，说明效应少或不来效应。

在正常的电解槽上，VACT与VNET应保持一致的差值，若分离或靠拢都属于设定电压等影响热平衡保持不当造成的。

大致关系如图8-1所示：

A区———设定电压偏高效应少；

C区———设定电压偏低效应多；

B区———设定电压适当，无异常电压和效应超时。

槽工作电压的组成是由阳极压降、电解质压降、阴极压降、极化电压和母线压降组成的。

槽工作电压常随生产操作而变动，但极化电压和母线压降部分变化较小，变化较大的是阳极压降、电解质压降和阴极压降，这三项也是维持电解温度的热量来源的电压。

平时工作电压的高低在某种意义上说是电解质压降的高低。

因而工作电压对电解温度有明显的影响，过高或过低的保持电压都会给电解槽带来变化。

电解车间中，由于电解槽与槽之间是串联在一起的，并与整流器串联起来构成一个直流回路，这一连串的电解槽组成一个系列，整流器对这一系列电解槽供电的总电压称为系列电压，系列电压就是电流沿母线通过一个个电解槽时各个槽子及连接母线电压的总和。

槽平均电压V平均是指系列中每个电解槽所分摊的系列电压V系的数值即V平均=V系÷N

式中：

N———系列中工作的总槽数。

槽平均电压不仅包括了槽工作电压，还包括了阳极效应升高电压的分摊值与槽上电压表测量范围以外的金属母线的电压降的分摊值，即V平均=V槽+ΔV效+V槽外

式中：

V槽———槽工作电压；

ΔV效———阳极效应分摊电压；

V槽外———槽上电压表测量范围以外的公用母线的电压降的分摊值。

统计报表中多采用平均电压。

要降低槽平均电压，主要是降低槽电压。

应从槽电压的组成来着手分析解决。

阳极压降随阳极的比电阻和铁-碳接触情况而变化。

质量不良可达500mV以上。

阴极压降与阴极炭块电阻、阴极炭块与阴极钢棒组装质量、阴极表面洁净情况有关。

炉底洁净，铝水与阴极炭块表面接触良好，该处压降小，若炉底有

沉淀或结壳，阴极压降会成倍增大。

阴极压降也与炉底老化程度有关，随炉龄增长而增大。

分解与极化电压在生产槽上只随用Al2O3浓度稍有变化。

由于Al2O3浓度变化很小，可视分解与极化电压为常数。

电解质压降是指电流从阳极底掌通过电解质到达阴极铝液镜面，由于电解质电阻而产生的电压降。

电解质压降变化范围较大，电解质成分、电解温度、极距变动，都使电解质压降变动，其中，极距的影响最大。

效应分摊压降与效应系数、效应时的电压高低、持续时间长短有关。

阳极压降主要由阳极生产单位去保证，母线压降、阴极压降的初始值由设计、建材、建筑、安装去保证，能做到低于设计值更好。

槽电压过高不但浪费电能，而且电解质热量收入增多，会使电解走向热行程，并使铝的质量受到影响，进而影响电流效率。

槽电压过低也不行，虽然最初因热收入减少使电解槽走向冷行程，但其最终结果造成的损失可能比高电压时要大得多。

槽电压过低还可能造成滚铝和不灭效应等技术事故。

正常生产的槽电压值应该是稳定的。

槽电压出现波动，若摆幅不大，且不频繁，也属基本正常：

若摆幅大而频繁，它说明阴极铝液波动或两极之间有某种物体造成局部短路现象，应该查明原因及时处理。

8.1.4极距

通常所说的极距系指阳极底掌到阴极铝液镜面之间的距离。

它既是电解过程中的电化反应区域，又是维持电解温度的热源中心，对电流效率和电解温度有着直接影响。

引起极距变化的主要因素有以下几方面：

（1）电解槽走向热行程时，造成伸腿熔化，炉膛变化，使铝液镜面扩大，铝水平降低，从而使极距升高。

（2）电解槽走向冷行程时，由于炉底结壳、伸腿肥大，造成炉膛缩小，铝液水平升高，使极距降低。

（3）槽底产生大量沉淀时，使铝水平升高造成极距减小

（4）由于槽电压保持过高过低，造成极距的升高和降低

（5）出铝后造成铝水平下降，极距升高。

增加极距，电解质的搅拌强度减弱，使铝的损失减少，电流效率提高。

但极距的增加超过一定的限度后，电流效率的提高并不多，反而使槽电压升高，电耗增加，电解质过热，导致电解质的热收入增多，槽温度升高，电耗加大，这又对电流效率产生不利的影响。

缩短极距，可降低槽电压，节省电能，但过多降低极距使铝的损失增加，电流效率降低。

在保持稳定的热平衡制度的前提下，在不影响电流效率的情况下，保持尽可能低的极距，以获得良好的技术经济指标。

预焙槽由于由多组阳极炭块组成，数目众多，虽然很难使每块阳极都严格的保持在同一水平距离。

但也不应有极距太低的炭块，否则易造成电流分布不均，造成局部过热和出现槽电压摆动。

8.1.5电解温度

电解槽的电解温度系指电解质的温度，它是生产极为重要的技术参数。

铝的二次损失随电解温度的升高而增加，温度每升高10℃，则电流效率降低约1%。

所以在生产中力求降低电解温度，尽可能的保持低温生产，有利于电流效率的提高。

影响电解温度变化的主要因素有电流强度、槽电压、两水水平、阳极效应系数等。

当电流强度加大时，产生的热量加大，相应的电解温度也随之增大，生产中一般都保持电流的相对稳定，不随意地增大或减小。

槽电压升高，也会造成热收入增加，从而引起电解温度升高。

当电解质水平较高时，阳极浸入电解质中太深，热量散发不出来，易形成局部过热，造成电解温度升高，电解质水平较低时，热稳定性差，温度容易波动。

铝水平过高，底部散热量大，电解质热支出增加，温度降低，阳极系数高，相应增加电解槽热收入，温度升高。

电解温度的高低主要取决于电解质的初晶温度，因为电解温度总是要比其初晶温度高10～15℃，而初晶温度又取决于电解质的组成。

如果在生产中某电解质成分已定，其初晶温度较高，若单纯为取得低电解温度而降低其温度，不但达不到目的，而且往往导致相反的结果，这是因为电解温度过低，造成电解质粘度增大、密度增加、电导率下降、氧化铝的溶解度降低，铝液与电解质分离困难，电解质中的炭渣分离困难，造成铝的损失。

因此，要想保持较低的电解温度，必须从调整电解质成分，降低其初晶温度入手。

电解生产通常通过向电解质中添加氟化镁、氟化钙或氟化锂，以及氟化铝，都可以达到降低电解温度的目的。

正常电解温度的保持，要与其他技术参数相配合，各项技术参数的改变都能引起电解温度的变化，电流强度和槽电压的变化会影响电解质的热量收入变化，铝液和电解质的水平高低将影响电解质的热量支出和热传导性的好坏.所以，在生产中要调整各项技术参数的合理性，使电解稳定在规定范围内，其温度范围视电解槽的类型，操作工艺制度和电解质成分而定。

大型中间下料预焙槽采取定时频繁打壳下料制度，引起温度波动不大，这对电解槽长时间的恒定于低温电解质极为有利。

现在大型预焙槽多采用较低电解温度下的操作制度。

8.1.6电解质成分

电解质主要是由熔融的冰晶石和溶解在其中的氧化铝和添加剂组成。

目前工业电解质成分大致是这样，冰晶石82%～90%，分子比2.0～2.6；氧化铝含量2%～5%；氟化钙4%～6%，氟化镁为3%～5%或氟化锂2%～3%。

电解质的成分决定了电解质的性质，其中以冰晶石为主体的分子比对电解质的物理性质影响甚大。

正常生产中多采用酸性电解质（含有游离氟化铝的电解质），这是因为

（1）它可降低电解质的初晶温度，进而降低电解温度。

（2）减少钠离子的放电。

（3）降低电解质的密度和粘度，有利于金属铝从电解质中分离。

（4）有利于炭粒从电解质中的分离，减少铝在电解质中的溶解度。

（5）电解质结壳疏松好打。

（6）但如果过酸，则造成氧化铝的溶解度降低，电解质的电导率降低，挥发损失增大，铝的损失加大。

在生产中，对电解质成分的检查，主要采用肉眼观察法和仪器分析法。

肉眼观察法是根据电解质的颜色，壳面情况及固体电解质的断面情况来判断酸碱度的大致范围，如表8-3所示。

表8-3电解质酸碱度观察表

电解质酸碱度

液体电解质观

氧化铝壳面

固体电解质断面钢钎插入电解质检查

碱性

亮黄色

很硬

很致密电解质层厚颜色发黑易脱落

中性

桔黄色

较硬

致密电解质层致密呈白色

酸性

深红色

较酥松

有空隙电解质层薄致密呈白色

弱酸性

暗红色

酥松

多空隙电解质层薄呈白色不易脱落

8.1.7电解质水平和铝液水平

电解槽中的电解质和铝液依密度的不同而分层。

保持合适的电解质和铝液水平，对电解槽平稳而有效地进行生产有重要的作用。

不同的槽型及同一槽型每台电解槽，都有它自己最合适的电解质水平和铝液水平，这也与其他技术参数和操作制度密切有关。

影响电解质的变化因素，主要是由于添加氟化盐、下料量增大、发生阳极效应和热槽炉帮熔化使电解质水平上升。

或者由于捞炭渣、出铝时带出电解质，槽温低作业时间长造成电解质下降。

电解质水平高，电解槽具有较大的热稳定性，电解温度波动小，有利于氧化铝的溶解，同时增大了阳极和电解质的接触面积，使槽电压减小。

但电解质水平过高，则使阳极浸入电解质过多，阳极气体不易排除，造成电流效率下降，阳极底掌消耗不均或长包。

电解质水平低，电解槽的热稳定性差，氧化铝的溶解性差，易产生槽底沉淀，效应增加。

电解质水平过低，易出现电解质表面过热或病槽，造成电流效率下降。

影响铝水平变化的因素，主要是由于电解时间过长，铝液增多，使铝液水平升高。

或者由于出铝过多，伸腿和炉底结壳熔化，使铝水平下降。

铝液水平过高或过低对电解过程都有影响。

铝液水平过高，散热量大，会使槽底发冷，沉淀增多，结壳肥大，电解液水平降低。

铝液水平过低，阳极浸入电解质中太深，使得槽内温度上升，槽四周结壳熔化，槽底沉淀熔化，炉膛扩大，电解质水平升高，阳极气体排出困难。

另外，铝水平过低，其阴极铝液稳定性差，最易出现槽电压摆动现象。

这些会造成电流效率的下降。

8.1.8阳极效应系数

阳极效应系数是指每日分摊到每台槽上的阳极效应次数。

阳极效应的发生通常与缺少氧化铝有密切关系。

它的发生可以检查电解槽的生产状态。

阳极效应系数的确定，应根据槽的类型和生产实际具体制定，主要依据槽内月Al2O3投入量的偏差情况来选定。

如果Al2O3的投入量偏差很小，电解槽运行良好，效应系数可以选小一点。

在定时下料槽上依据加料间隔的长短，效应系数一般在0.3～1.0次/日之间。

阳极效应发生时，耗费大量的电能，并随电解槽容量的扩大而增大。

所以应控制好效应熄灭的时间。

效应持续时间目前一般规定为5分钟左右，不超过8分钟。

持续时间的控制主要取决于正确的熄灭效应操作。

以160kA和300kA为例说明来效应时的电能消耗。

如正常槽工作电压为4.0V，效应持续时间为3分钟，效应电压35V，则耗电为

160000×（35-4）×3/1000×60=248kWh

300000×（35-4）×3/1000×60=465kWh

综上所述，铝电解工艺的技术参数从不同方面对电解过程产生影响，它们之间既密切相连又互相制约。

因此各项参数的选择和平时调整应权衡利弊，综合考虑，使各项参数在保证电解温度的前提下发挥其综合作用，只有这样电解槽的生产才能平稳，才能取得较好的技术指标。

8.2铝电解槽正常生产管理

8.2.1槽电压管理

生产中槽电压的管理主要是注重于随槽子状态而变化的，主要是对阳极压降、阴极压降、电解质压降和效应分摊压降的控制，其中阳极压降则由阳极生产单位去保证。

由于各个槽安装质量有异，槽工作状态不一.每个槽的电压并不绝对一致，需要依据实际情况人为设定。

槽电压的管理就是依照人为设定的槽电压为目标，通过计算机忠实地监控进行自动调整控制。

在电流恒定的条件下，电压是调节电解槽能量平衡最重要、最易实现的因素之一，因此，电压管理实质是电解槽能量平衡的管理。

通过变更设定电压实行对槽电压进行控制，实质是通过增减极距来变更电解质电压降，因为槽电压与极距呈现确定的线性函数关系，即随着极距的增长而升高。

当槽电压恒定，但炉底、阳极电压降增高时，或电解质电阻变大时，极距就会被压缩，从而引发病变。

为了使电压能真正与极距呈现确定的线性对应关系，在实际中应尽量保证阳极、阴极电压降接近设计值，并按基准要求保持电解质成分，并使这些项目稳定。

设定电压在以下情况时需要上升。

（1）槽子热量不足，效应多发或早发；

（2）电解质水平连续下降，需投入大量氟化盐提高电解质高度而补充热量时；

（3）槽帮变厚，炉底出现沉淀或结壳；

（4）出现电压摆动（又称针摆时）；

（5）铝水高度超过基准值10mm以上；

（6）在8小时内交换两块阳极时；

（7）系列较长时间停电，恢复送电时；

（8）出现病槽时。

在以下情况时要降低设定电压；

（1）槽子热量过剩，效应推迟发生时；

（2）电解质水平连续在上限基准之上时；

（3）投入的物料巳熔化，无须再补充热量时；

（4）电压摆动消失后；

（5）炉底沉淀，结壳消除后；

（6）病槽好转时。

设定电压更改的标准幅度应为4.30V以上时，每次+0.10V；4.20～4.10V时，每次+0.05V；4.10～4.00V时，每次+0.02-0.03V；4.00以下时，每次+0.02V。

对于病槽状态和大量投入冰晶石提高电解质水平的情况，每次更改幅度可

在0.20～0.50V范围内，在槽子恢复过程中，应根据情况及时调整，否则产生热量收支不平衡，恶化槽况。

病槽处理后，若摆动停止应及时恢复正确生产控制。

其他情况的变更，应按疗程原则进行调回，即3～5天，此间必须施行其他调整热平衡的措施（如调整出铝量和极上保温料），不能单靠变更电压来维持。

应注意，严禁在无干扰因素的情况下每天变动。

8.2.2加料管理

铝电解槽加料管理主要是指Al2O3的投入量。

在铝电解中，每获得1kg铝，理论上需要1.889kg的Al2O3。

2Al2O3+3C→4Al+3CO2

Al2O3的摩尔量为2×27+3×16=102（g）；Al的摩尔量为27g。

设获得1kg所需Al2O3为xg，由反应式可得下列比例式：

2×102/4×27=x/1000x=1000×2×102/4×27

=1889（g）=1.889（kg）

实际生产中，工业Al2O3的纯度在98.5%左右，并且在加料过程中有飞扬损失，在捞炭渣、换阳极时会有带出损失，所以工业生产中，每生产1吨铝，需要Al2O3量实际上在1920～1960kg之间。

全密闭槽飞扬损失小，一般为1930kg，敞开式槽损失较大，最高达1960kg。

某铝电解厂，所用Al2O3纯度为98.5%，生产中飞扬损失约为0.3%，捞炭渣、换阳极带出的损失约为0.32%，该厂每生产1吨原铝所需Al2O3为：

WAl2O3=1889÷98.5%÷（1-0.3%-0.32%）

=1889÷0.985÷0.994=1929.73≈1930（kg）

铝电解槽每天需加入的Al2O3量原则上应等于所消耗量，其量的确定应由电解槽电流强度、电流效率、Al2O3单耗而定。

例如，某电解槽系列电流强度300kA，电流效率93%Al2O3单耗为1930kg时，每天每槽需要加入的Al2O3量为：

M=0.3356×300000×24×93%×1930×10-6

=4337（kg）

将这些Al2O3按照一定的加料间隔，分成若干次投入铝电解槽内，使之完全溶解于液体电解质中，满足电解过程的连续消耗。

中心下料电解槽要求每次加入的Al2O3必须在短时间内，在电解质层中完全溶解，不允许沉于炉底形成沉淀。

电解槽加料量的控制，实质上是在槽子热收支平衡的前提下，用效应发生的时刻及人为设定加料间隔和效应间隔，对加料和效应等待的时间进行调整。

加料作业由主控机和槽控机按设定的程序自动进行，正常加料由槽控机根据氧化铝浓度控制加料时间和加料量。

在效应来临时，由计算机加料，人工配合，5分钟内熄灭效应。

在出铝，换极等作业后，应停止加料一段时间，其槽电压应比设定值稍高。

但在实际生产中，由于人为，设备，管理等因素往往需人工对加料间隔进行调整以满足生产需要，出现以下情况应考虑人为变更加料间隔：

（1）由于缺料频繁来效应时，需缩小加料间隔，但由于物料过剩而不发生或推迟发生效应时，需要延长加料间隔。

（2）槽子有病电流效率较低时，需延长加料间隔，槽子好转时需恢复正常加料间隔。

（3）由于某种原因已向槽中加料，需延长加料间隔，一旦投入的料消耗完，恢复到原设定值