300KA大型预焙槽铝水平保持探索与实践.doc

300KA大型预焙槽铝水平保持探索与实践四川其亚铝业集团公司 刘世文摘要：通过了对目前300KA槽存在的针振频繁、炉帮伸腿形成差、能耗高和效率低等现状的分析，提出以提高铝水平，同时通过减少外部散热、提高分子比等配套参数来实现平衡磁场、增强热稳定性和降低炉底压降，达到既解决了存在的问题，又达到了节能降耗、提高了效率的目的。关键词：铝水平；探索；实践一、目前国内300KA槽存在的问题 我国电解铝工业得到了飞速发展，技术装备和技术水平都有了很大提高，但是与国际先进水平相比，还是存在一些问题，以国内某厂300kA级大型预焙槽为例，主要存在的问题体现在电流效率不高，槽寿命短，电解槽不能保持最佳的热平衡，电压摆动较为普遍，特别是保护侧壁的上口炉帮和铝液以下的伸腿较薄，电解质分子比越低，问题越严重，许多铝厂反映槽壳发红，被迫使用压缩空气吹发红的槽壳或频繁边加工作业，以防止漏炉，这与国际上大型电解槽开发初期发生大批电解槽侧部漏炉的现象有些相似。 根据笔者对目前300KA级电解槽的了解，上述问题主要存在两方面的原因。一是电解铝工业的大规模扩张与飞速的技术升级，导致生产线的中、基层管理人员素质参差不齐，生产管理脱节而出现上述不稳定现象；二是国内的原料如阳极、氧化铝质量的参差不齐出现生产波动较大而导致不稳定现象；三是设计上与国际先进槽型还有一定的差距，热稳定性和磁场分布相对差一些。后二者是我们的国情，短期内是无法改变的，但是第一条生产管理水平的提升我们还是可以努力改变的。下面笔者就通过以铝水平保持为主对目前存在的问题进行改进进行了摸索和实践。二、300KA槽铝水平保持现状 从设计上看，目前国内300KA级电解槽设计的铝水平基本上在17-21cm之间，而在此参数条件下的实际生产中，由于多方面的因素出现了炉帮形成差、针振时间长以及小窗口发红等现象。笔者在近两年的观察中发现，在众多关联参数中，铝水平的保持是其影响的最大因素之一。三、适当高铝水平的应用与实践 众所周知，铝水平的作用主要是稳定磁场、减少对阴极的侵蚀和调节槽温等，也就是说，其对我们上述所列举的问题有所抑制或消除。对此，笔者对几组不同铝水平下的参数组合进行了探索和实践。 1、按设计要求铝水平保持的参数组合 我公司在首批300KA电解槽启动向正常过渡的过程中，当各项参数按设计要求逐步趋于正常时（电压与铝水平的调整如图1），出现了以下现象： 在铝水平达到设计值20cm左右时，设定电压降至设计值左右一段时间后，出现了槽温偏高，炉帮形成较薄且不均匀，并出现频繁针振和小窗口发红现象现象。铝水平曲线电压曲线时间0图1、启动-正常电压和铝水曲线 在启动三个月后对某月的参数和指标统计也对以上现象进行了印证。 表1：某批300KA槽启动三个月后部分月平均参数和指标针振时间平均设定电压平均工作电压效应系数铝水平电流效率15分钟/台.天4.175V4.233V0.4819.5cm0.91以上现象表明，槽子本身内热较大，其原因是设定电压偏高，加上电压波动引起二次反应剧烈而导致局部过热。而在目前针振频繁的状况下电压已经不能再下降了。鉴于上述情况，我们采取了减薄保温料的方式来来克服槽子内热过大的局面，并对电压波动频繁的槽子适当提高了设定电压。保温料由原来的18cm减至1214cm，降温起到了较好的效果，平均温度前后降低了3.5。表2为减薄保温料后的部分参数和指标情况。表2：减薄保温料后的部分月平均参数和指标针振时间平均设定电压平均工作电压效应系数铝水平电流效率10分钟/台.天4.190V4.235V0.5619.8cm0.913从表可以看出，情况较之前有所好转，电流效率小幅上升，但是电压波动仍然较频繁，并且效应系数也一定幅度增加，工作电压较高。从生产现场看，炉膛的上口炉帮增厚，铝水下伸腿仍然较小且不均匀，并且反应出温度波动较大，沉淀也一定程度增加。这些现象也在一定程度上对降低电耗和进一步提高电流效率作出了限制。 2、适当高铝水平和高电压的参数组合 根据上述工艺摸索情况，我们认为现有300KA槽型热容量大，磁场平衡能力相对较差，并且采取薄保温料散热的方式只是大幅度降低了电解质表面的温度，而对电解槽的整体溶液温度降幅不平衡，从而出现了伸腿形成差且沉淀多的现象，因此在该铝水平情况下不适宜现有电解槽的经济平稳运行。对此，我们打破了“四低一高”的常规，进行了高铝水-高电压参数组合的探索。我们知道，铝水平有维持热平衡的作用，铝水平越高，散热越容易，越容易形成炉帮伸腿，故从理论上来说可以解决炉膛的形成问题。 在前面的基础上，我们把铝水平逐步调整至22cm左右（铝水平高低的确定以电压稳定为基准），并相应将电压提升。详见图2。铝水平曲线电压曲线0时间图2、调整前后电压和铝水曲线 经过一段时间的运行，在参数和指标上有了大幅度的改善。针振时间明显缩短，伸腿长大，温度下降，电流效率也大幅度提高。表3为该参数组合的部分参数和指标。 表3：高铝水-高电压组合下的部分月平均参数和指标针振时间平均设定电压平均工作电压效应系数铝水平电流效率5分钟/台.天4.25V4.292V0.5222.1cm0.925 从表中看出，电流效率大幅度提高，其得益于针振时间的大幅减小、温度降低和炉膛收缩规整等的结果，但是，其也付出了高电压的代价。同时在长期生产中发现，由于保温料较薄，加之分子比等综合因素，温度波动较大的问题仍然较为突出，单槽日温差大的可高达10左右，出铝后电解质严重萎缩，效应后电解质大副上升等现象明显。并出现一些槽沉淀较多，伸腿过大等现象，故针振现象仍然不能完全杜绝，吨铝电耗较高且有持续上升趋势。3、适当高铝水平的综合参数组合 根据高铝水-高电压的探索情况，我们对该批槽的极距进行了测量，发现极距都比较高，基本上都在5cm左右，因此，我们认为，在铝水能够平衡磁场的情况下，通过减少散热（加强保温）来抵减电压。这样不仅可以降低能耗，还可以保持更加稳定的热平衡，以减少由于温度的剧变导致沉淀的增加。同时，采取适当提高分子比来增加氧化铝的溶解性能和保持温度的平稳性，从而减少沉淀的产生。对此，我们制定了一套基于加强保温、减少沉淀来降低电压（降低能耗）的综合工艺参数。如图3和表4。铝水平曲线图2、调整前后电压和铝水曲线时间电压曲线 表4、：综合调整前后的部分参数和指标比较比 较项 目分子比保温料厚 度针振时间平均设定电压平均工作电压效应系数铝水平电流效率调整前2.2812cm5分钟4.25V4.292V0.5222.1cm0.925调整后2.4018cm1分钟4.12V4.141V0.2522.340.934从图3和表4中可以看出，随着保温料厚度的增加，电解槽的散热量大幅度减小，最为重要的是电解质的热稳定性大大加强，避免了薄保温料时的热量大收大支现象，同时随电压的同步降低，使得电解槽保持合适的热平衡。再有，保持适当高的分子比，增加了氧化铝的溶解性能。这两者都在一定程度上减少了沉淀的产生，逐渐洁净了炉底，降低了炉底压降，同时也为保持高铝水创造了条件。事实也证明，在此综合参数下，炉膛形成较为规整，沉淀较少，并且温度波动较小（基本上在5以内），除了极个别槽（基本上出现在破损槽上）出现针振外，其他槽针振时间基本上为0。同时在槽稳定性提高的情况下，效应系数也大幅度下降。该组参数的组合，通过减少散热和减小炉底压降大大降低了电压（前后平均降低了0.15V左右），提高了电流效率，增加了生产的稳定性，并对槽寿命也起到了较好的改善作用。四、结论 从上述探索中知道，适当高铝水可以克服现有电解槽存在的针振频繁、炉帮伸腿形