240kA鋁電解槽低電壓綜合節能技術的研究及應用

王繼民 張東存

摘 要：隨著社會的不斷發展、經濟的不斷進步、時代的不斷變遷，電解鋁工業也面臨著環境以及能源等方面的壓力，當前節能減排也已然成為了電解鋁行業的主旋律。由于目前鋁電解產能過剩，因此通過使用現有生產設施，對控制技術以及現行工藝實施改造創新，并且加大力度開發全新的節能技術，已經成為很多鋁電解企業實施節能減排以及良好發展的途徑。

關鍵詞：鋁電解；低電壓；節能

中圖分類號：TF821 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）30-0279-01

近些年來，低電壓工藝已然成為鋁電解節能技術發展以及研究的重點方向。本文將從槽低電壓的組成分析著手，探討研究降低槽電壓的方案。并且對能夠影響電解質壓降的因素以及電流效率與強化電流的關系進行分析，全方面的對電解鋁生產條件對低電壓工藝所產生的影響進行了解，并在這些基礎上確立了以低過熱度、低溫、高電流密度、低效應系數、低氧化鋁等為特點的低電壓工藝技術。希望能夠為大家提供一些參考意見。

1 鋁電解行業的現狀以及未來發展

鋁電解行業是建國之后創建并且發展起來的，1957年我國第一家鋁電解企業正是建設完畢投入使用當中，當時企業內部就擁有144臺60K側插自焙陽極電解槽，每年的設計產能高達2.5萬t鋁。自從改革開放后，在我國優先發展鋁行業的指導下，鋁電解就得到了高效的發展。但是隨著時代的不斷變化，社會的不斷進步，鋁電解行業在迅速發展的同時，也出現了資源嚴重緊缺的情況，能源以及環境的壓力也越來越大，因此環保、電耗目前已然成為了阻礙電解鋁行業發展的重要因素。近些年以來，電解鋁行業致力于挖掘節能減排的技術，開展技術改造，獲得了不小的進展，特別是低電壓節能方面都獲得了很大的突破，在這之中較為引人關注的分為兩類：①使用新型陰極結構技術，比如曲面型陰極、異形陰極以及導流型陰極。②強化電流，綜合節能技術。這兩類低電壓節能技術在電解鋁行業實施了試驗，表現出了很大的節能潛力，在電解鋁行業也引起了很大的關注度以及影響[1]。

2 240kA鋁電解槽降低電壓的可行性

南鋁240kA擁有112臺電解槽，通過將近八年的生產時間，當前有50%的電解槽經歷過大修重新啟動生產，在這其中槽齡從400～2000d不等，為了能夠更好的實施低電壓技術，減少能源消耗，實驗過程中選擇了112臺當中槽齡在一年、三年、五年不等的三臺進行了實驗，其主要就是對這三臺電解槽進行能量平衡分析以及電壓測試。而這三臺電解槽除了使用時間長短不同，其工藝技術以及電解槽結構等等都是相同的，這三臺電解槽也充分展現了南鋁現在生產槽各階段所生產的實際情況[2]。

根據數據顯示，南鋁240kA系列的電解質壓降到1506MV，而國內有小部分的電解鋁公司已經將電解質壓降到1400MV，有的甚至比1400MV還要低，例如陰極壓降、陽極壓降、效應分攤電壓都得到了顯著降低，并且在實際的運行過程當中從設計的4.10～4.20V，直接下降至4.00～4.10V，而在該基礎之上，如果還想要做到更大幅度的電壓降低，其潛力還需要在降低電解質壓降方面，因為這一部分的壓降與生產工藝有著密切的關聯。所以深入研究電解質壓的影響因素以及分析其下降的可行性是極為重要的。

3 240kA鋁電解槽降低電壓綜合技術的準備工作

在進行低電壓技術的實施之前，對240kA的電解槽運行情況進行了綜合分析，通過對詳細技術手段進行分析，了解到電解槽運行現狀并采取相應的措施，進而確保低電壓技術能夠順利進行。

3.1 爐膛規整

在理想當中的爐膛是能夠有效的幫助電解槽獲得高電流效率的保障，可是當前電解槽出現了角部發育、爐底結殼等情況，這些都會造成陰極鋁液的變形，造成其有效極距的降低，妨礙了電解槽電壓的降低，所以保持爐膛良好的規整性，是降低電壓工藝的前提基礎。

因為240kA部分槽爐膛有著不規整的情況，所以我們對前期的電解槽實施了工藝方面的調整，并且通過對鋁水高度的調整，很好的改善了平衡，使用換極時進行了爐底清潔，對現有的角部伸腿實施了強化處理，讓電解槽當中的爐膛能夠得到有效的改善，進而為實施低電壓創造良好條件。

3.2 低電壓實施過程當中的階段分析

第一個階段，就是低電壓工藝的試驗，因為低電壓在240kA的電解槽上還沒有應用成功的先例，所以，1～3個月內成為低電壓工藝的試運行時間，這一階段所設定的電壓以及電流都實現了原方案的目標值[3]。

第二個階段，就是工藝調整階段，由于第一階段的電解槽電壓并不穩定，在第二個階段時就針對擺動較多的情況從第4個月開始對相關工藝技術進行了適當的調整，提升電解槽穩定性能，其中主要有一下幾個方面進行了相應調整：①下調電流1～2kA，與此同時將設定的電壓提升到3.88～3.90V，進而來提升有效極距，讓電解槽能夠和組件得到穩定。②持續提升分子比，把分子比從2.30～2.40提升到2.38～2.45，進而提升電解質導電率。③提升異常電壓當中的附加電壓，相應下撤鋁水高25.5～25.0cm，對爐底沉淀介殼進行強化處理，防止伸腿的發育過度[4]。

4 結束語

綜上所述，節能減排將會成為鋁電解技術日后的主要發展方向。通過對電解槽節能需求的了解，首先我們需要對傳統鋁電解槽的散熱型理念進行改變，并且逐漸向著通過低熱支出，實現低熱收入的節能型鋁電解槽進行轉變。所以，研發擁有顯著節能特征的鋁電解槽，并結合生產的精細化管理智能化的計算機控制，對于鋁電解企業來說，實現深度節能的目標能夠更加擁有可操作性。

參考文獻

[1]徐治儀.240kA鋁電解槽低電壓綜合節能技術的研究及應用[D].中南大學，2013，18（12）：272.

[2]蘇其軍，趙瑞敏，陳才榮，等.420kA大型預焙槽系列綜合技術開發與應用[Z].云南云鋁涌鑫鋁業有限公司，貴陽鋁鎂設計研究院有限公司，2015，21（18）：61.

[3]李 賢，劉民章，楊國峰.240kA系列預焙鋁電解槽低溫低電壓生產實踐[J].有色冶金節能，2013，11（1）：18～21.

[4]趙生茂，李 劼，湯正榮，等.電解鋁“五低三窄一高”節能工藝技術集成研究[Z].青海橋頭鋁電股份有限公司，2016，14（44）：71.

收稿日期：2018-9-17