全石墨化阴极铝电解槽生产技术及实践

热冲击（冲击电压控制要求＜ 3.5V），因此做好电解槽装槽
物料的匹配就显得非常重要。
表 2 某企业采取的电解槽焙烧启动装炉材料表
项目 冰晶石 碳酸钠 破碎覆盖料 氟化钙 电解质粉 液体电解质
单位 T T T T T T
装炉 8 3 — 0.5 20 —
交流电 万度 —
焦粒料 石墨碎 阳极组
T 0.8-1.0
阳极吊装合格后，需要进行物料装炉。某企业采区“半 空心混合料装炉法”，也是作者提倡的做法。即阳极挂好后， 首先在阳极中缝铺设 100mm~150mm 冰晶石，同时将装槽 用 0.5t 氟化钙均匀铺撒在电解槽周围伸腿表面。再就是利用 电解质块在阳极间缝上表面和外立面砌筑堰墙，用 50mm 厚的硅钙板封堵阳极中缝上表面，在阳极上表面和槽周边填 充电解质和碳酸钠混合料至阳极上表面 100mm 处。根据情 况可继续在混合料上添加 3~5t 电解质粉作保温料保温。这 种“半空心混合料装炉法”，一是避免电解槽阴极在焙烧过 程中由于中间空而高温氧化 ；二是确保启动时灌入液体电 解质很快充满炉膛 ；三是在阳极间缝、中缝、阴极表面形成 热流通空间，保证焙烧温度均匀 ；四是整个阳极和阴极在混 合物料的保温空间内，均匀受热而防止了阳极和阴极表面氧 化及热损失。 2.4 两端分流技术
阴极及配套内衬技术，具有高稳定性、低能耗、长健康槽寿 命的技术特点，其技术优势主要在于低炉底压降、低水平电 流、高磁流体性能和合理的热平衡分布，提供了电解槽长期 低能耗稳定运行的基础平台。 1.1 全石墨化阴极组
某公司石墨化阴极组电解槽技术采用新式石墨化浇铸 复合阴极技术优化阴极组结构，使用生铁浇铸替换传统的炭 糊扎固连接形式，同时优化钢棒及钢棒槽截面（见图 1），降 低铝液中水平电流和炉底压降，提高电解槽磁流体稳定性， 从而降低电解槽运行压降，达到节能降耗的目的。
石墨化阴 极槽
60（硬硅钙石） +65（ 蛭 石 保
温砖）
10（陶瓷纤维）+60（硬硅 钙 石 ）+60（SP-900 高 强 陶 瓷 纤 维 ）+80（ 陶 瓷 蛭 石）+206（干式防渗料）
20（ 陶 瓷 纤 维 ） +80（硬硅钙石
1.3 全石墨化阴极组安装
阴极炭块和钢棒在组装过程中，严格遵守“一次浇筑缓
施加强保护。即要保证电解槽焙烧期间产生足够的热量达到
启动的目的，又要在投运伊始就秉承“低”的能耗理念。就
要匹配好装槽物料，也要低的冲击电压来实现对电解槽阴极
的热冲击。因为通电瞬间控制好电流对电解槽较低的热冲
击，不仅能够提高其通电操作的安全系数，更重要的是能够
杜绝阴极受损，为形成一个长周期运行的良好电解槽炉膛奠
鉴于全石墨化阴极低压降，高导电的特点，为了降低生产 过程中炉底过冷对生产造成的影响，从而需要减少电解槽炉 底散热，加强槽内衬保温来抵消部分热损失（见图 2 和表 1）。
图 2 全石墨化阴极内层示意图
表 1 某企业采取的电解槽内衬保温材料配置表
名称
钢棒窗口保温 /mm
槽底保温 /mm
斜侧部保温 /mm
解槽两端头的阳极导电小于槽中间。因此在筑炉初期安装阴
极时就首先采用“内高外低”的方式来平衡生产过程中的导
电不均衡现象。24 组阴极组从烟道端开始安装，阴极压降由
低到高依次安装到槽中间，再将阴极压降，两端头阴极炭块低压
降的组合炉底。
等特点，电解槽从投入运行装炉焙烧开始就要有针对性的措
大型电解槽上极具推广应用价值，也可以考虑在小修槽上进
行应用。
2.2 均衡铺设挂级法
焙烧过程中，铺设焦粒石墨混合料和吊挂阳极是关键。
首先将炉底、阳极底掌清理干净，确保无杂质、杂物。接下
来用专用工具（见图 4，长宽与阳极尺寸对应）铺设焦粒石墨
混合料，使铺设物料在炉底阳极投影面积内形成一个个小圆
锥形。
图 3 全石墨化阴极安装示意图
电解铝是名副其实的高耗能行业，仅电解铝生产所需的 电力一项占到铝电解成本的 40% 以上。近几年在宏观政策 调控中，每一次都提到电解铝行业。尤其是近年来政府对电 解铝企业优惠电价的取消，“双炭”政策的出台，造成电解铝 成本竞争力面临着极大的挑战，迫使电解铝企业亟需向更低 能耗铝电解技术方向转型，来解决高能耗带来的成本劣势， 如何尽可能降低能耗成为电解铝企业生存和发展的关键因 素。目前，除电解槽容量的大型化，槽上部结构持续优化， 提升阳极导电效率等方面的改进外，积极开发和应用具有高 导电性的铝电解槽阴极技术，在很大程度上降低铝电解的 电能消耗量，成为铝企业降低铝电解能耗的一种途径。全石 墨化阴极在大型铝电解槽上的应用，极大程度上降低了电解 槽的物理压降，减少了阴极区域无效产热。新技术的开发应 用，需要更高的现场操作和技术条件作为支撑。本文作者通 过跟踪全石墨化阴极铝电解槽在某企业的推广应用，提出了 全石墨化阴极电解槽生产的相关技术措施和实践经验，对于 稳定生产，降低能耗，提高效率，进一步优化生产指标，实 现低能耗电解铝工业的推广和发展具有很好的借鉴意义。
慢降温”的原则，确保浇铸阴极炭块无裂纹，炭块组压降达
标（一般要求在常温下测量组装压降≤ 60mv）。严格按照压
降高低进行排列，在组装好的炭块固定位置标注压降值。
阴极组进入电解槽安装时，循序“内高外低”的原则进
行排序（见图 3），对应到极号进行安装。某铝厂 500kA 电解
槽采用的是 24 组阴极对应 48 组阳极，正常生产情况下，电
YU Yong-qin
Ｙｕｎｎａｎ Ｗｅｎｓｈａｎ Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．， Ｗｅｎｓｈａｎ ６６３０００，Ｃｈｉｎａ
Abstract: Ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｉｎ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ａｒｅ ｖｅｒｙ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ． Ｔｈｅ ｆｕｌｌｙ ｇｒａｐｈｉｔｉｚｅｄ ｃａｔｈｏｄｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ ｃｅｌｌｓ ｃａｎ ｔｏ ｓｏｍｅ ｅｘｔｅｎｔ ｒｅｄｕｃｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｒｏｐ ａｎｄ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ． Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｐｒａｃｔｉｃｅ ｏｆ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ ｆｕｌｌｙ ｇｒａｐｈｉｔｉｚｅｄ ｃａｔｈｏｄｅ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ ｃｅｌｌｓ ｉｎ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｃｏｍｐａｎｙ＇ｓ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ ｓｅｒｉｅｓ． Ｉｔ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ａ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｆｏｒ ｓｏｌｖｉｎｇ ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ ｂａｌａｎｃｅ ａｎｄ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｌａｒｇｅ ｆｕｌｌｙ ｇｒａｐｈｉｔｉｚｅｄ ｃａｔｈｏｄｅ ｃｅｌｌｓ， ａｃｈｉｅｖｉｎｇ ｌｏｎｇ－ｔｅｒｍ， ｈｉｇｈ－ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｓｔａｂｌｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ， ａｎｄ ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｖｉｇｏｒｏｕｓｌｙ ｐｒｏｍｏｔｉｎｇ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｕｌｌｙ ｇｒａｐｈｉｔｉｚｅｄ ｃａｔｈｏｄｅｓ ｉｎ ｌａｒｇｅ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ ｃｅｌｌｓ． Keywords: ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｚｅｒ； Ａｌｌ ｇｒａｐｈｉｔｅ； ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｐｒａｃｔｉｃｅ
定基础。
2.1 焙烧启动装槽物料方案
电解槽的焙烧过程是利用大电流通过电解上部阳极组、
阳极和阴极间的介质、阴极组将槽内部以及内衬的温度由室
温逐渐提升到适合电解槽启动温度的过程，一般情况下槽膛
温度达到 900℃以上即可考虑电解槽启动作业。这一过程电
解槽内衬温度不断升高，其他各物理场也发生变化。低的冲
击电压可以有效的避免上下导电不均造成对槽内衬材料的
T 0.4-0.5
组
48
启动 4 2 15
— 12
36
— — —
合计
备注
12 分子比为 2.80~3.00
5
15
0.5
20
12
36
焙烧启动及启动后 期电压共 30V
0.8-1.0 粒度为 3-6mm
0.4-0.5 粒度为 3-5mm
48
装槽前，首先对电解质粉和碳酸钠按照一定的比例（3 ：
1）充分混合，装入 1 吨包袋中备用，同时焦粒和石墨碎按照
1 全石墨化阴极电解槽 某公司 500kA 石墨化电解槽采用新式石墨化浇铸复合
收稿日期 ：２０２３－１２ 作者简介 ：俞永勤，生于 １９７５ 年，男，汉族，山西永济人，本科，毕业于 华东冶金学院，工程师，研究方向 ：铝冶炼工艺技术及铝电解系列生产管理。
图 1 全石墨化阴极炭块组截面图 与大部分铝电解槽采用的半石墨化阴极炭块相比较，全 石墨化阴极炭块在一些理化性能上优于半石墨化阴极炭块。 如 ：热膨胀系数是其的约二分之一 ；室温电阻率是其的约 三分之一 ；钠膨胀系数是其的约五分之一 ；导热系数是其 的约七倍。这种阴极物理压降低，产热少，有利于降低阴极
2 全石墨化电解槽焙烧启动 全石墨化阴极电解槽由于其高导电，低电阻率，材质脆
图 4 专用工具示意图 图 5 铺设效果图
2024年 1月下 世界有色金属 29
M 冶金冶炼 etallurgical smelting
接下来就是吊装阳极，首先检查合格的阳极安装（炭块 无开槽、无裂纹、底掌平整 ；阳极钢爪无松动、钢梁水平 ； 导杆无弯曲变形、表面光洁等），接着在铺设好的阳极混合 料上方吊装阳极。按照“先两端到中间”并之字形原则吊装 阳极，每铺好一组混合料就吊装一组阳极。混合料铺设厚度 25mm，阳极与混合料的压实面积大于 85%，铝导杆和水平 母线压接处的缝隙控制在 2mm~3mm。 2.3 半空心装炉技术
槽的能量平衡及操作维护等难题提供了解决方案，实现长周期高效率稳定运行，以期为大力推广全石墨化阴极在大型
铝电解槽上应用提供参考。
关键词 ：电解槽 ；全石墨 ；技术 ；实践
中图分类号 ：ＴＦ８２１
文献标识码 ：Ａ
文章编号 ：１００２－５０６５（２０２４）０２－００２８－５
Production Technology and practice of all-graphitized cathode aluminum reduction cell
严格按照上述技术装炉，并在通电流前采用两端分流技 术（槽立柱短路口分流和水平母线 - 立柱分流技术）实施（见 图 6、图 7），降低通电时冲击电压。作者通过对全石墨化阴 极电解槽通电过程的跟踪发现，能够确保实现低的电解槽通 电冲击电压。
烧过程中不利于电解槽升温，根据情况通电后短时间内 (46h) 拆除前端分流器，后根据电压下降情况（不低于 2V）逐 一拆除后端分流器。
一定的比例（2:1）充分混合，装入 1 吨包袋中备用。铺设过
程中尽最大可能得增加阳极底掌的导电面积，同时混合的物
料在装槽时严禁混入到焦粒料中，造成电阻增加。这种提前
配比充分混料均匀装槽的工艺，极大地降低了装槽劳动强
度，提高了装槽质量，保障了通电后电解槽导电均匀，电流
分布均衡，槽膛温度升温均衡，能耗消耗低等特点，在系列
28 世界有色金属 2024年 1月下
M 冶金冶炼 etallurgical smelting
压降，为低电压低能耗运行提供支撑。 而这种全石墨化阴极组热导率较高，形成阴极区域散热
较大，电解槽设计运行电压也同步降低，这种情况下，需要 尽量减少电解反应区域以下的散热来保障电解槽低电压下 的热平衡，因此电解槽需要运行在合理的技术条件下才能充 分发挥技术优势。 1.2 全石墨化阴极槽内衬
M 冶金冶炼 etallurgical smelting
全石墨化阴极铝电解槽生产技术及实践
俞永勤
文山铝业有限公司，云南 文山州 ６６３０００
摘 要 ：铝电解生产的节能降耗非常重要，全石墨化阴极结构铝电解槽在一定程度上可以降低压降减少能耗。本文介
绍了全石墨化阴极铝电解槽生产相关技术及管理等措施在某公司铝电解系列上的应用实践，为解决大型全石墨化阴极