关于大型预焙电解槽过热度控制的探讨

关于大型预焙电解槽过热度控制的探讨摘要：在国际上，有的电解工作者提出了对铝电解槽的过热度的控制，而且取得了不错的效果，国外许多先进铝厂电解槽过热度控制在8—10℃，效率达到95%以上，而我国对过热度的控制还不够重视，一般控制在15—20℃，本文针对过热度控制的要点，详细控讨了怎么样通过调整物料平衡和热平衡控制好过热度。

关键词：过热度初晶温度电解质成分极距热平衡物料平衡

一、我国工艺技术控制现状

从我国引进日轻160KA大型电解槽后，逐步开发了“四低一高”的铝电解生产工艺制度，并为现代电解槽工艺技术管理所广泛采用。“四低一高”也就是低电解温度，低分子比，低AE系数、低氧化铝浓度，高极距。随着电解槽设计软件的不断开发更新，电解槽的磁场设计得到了很好的改善，所以现在也有“五低一高”的理论，也就是低电解温度、低分子比、低AE系数、低氧化铝浓度和低铝水平，高极距。无论“四低一高”还是“五低一高”工艺制度，都是要求用尽可能低的电解温度实现的高的电流效率。低温电解一直指导着我们的生产，有些文献报道，电解温度每降低10℃，可使电流效率提高1％～2％。实验研究表明，降低电解温度会使电流效率连续升高，然而，过低的电解温度容易在槽底产生沉淀和造成槽膛不规整，易引发槽子不稳定，从而影响电流效率，造成能耗的增加。而且从目前的电解质体系来说，要想达到低温电解且保持电解过程稳定高效进行，还有待改善电解质成分，不断优化电解质体系。

二、过热度控制的提出

国际著名的铝冶金专家Haupin对大量的电流效率数据的统计分析表明[1]，电解槽的电流效率更依赖于过热度，而不是电解质温度。在国际上，有的电解工作者提出了对过热度的控制，国外有的大型电解槽过热度控制在8—10度，而且取得了不错的效果。过热度是电解质温度与电解质初晶温度之差，我国一般控制在15—20度左右，一直以来我们对过热度的控制并没有引起足够的重视。下表是法国彼斯涅电解槽的一些技术数据情况统计表：

从上表可以看出，尽管电解质的初晶温度高，但只要控制好电解质的过热度，仍能得到很高的电流效率，这也是我们提出对电解质过热度控制的原因，从电解发展情况来说，以后控制好电解质的过热度，可能会是电解槽大幅提高电流效率的突破点。

三、最佳过热度的机理

Solheim研究指出[1]，较低的过热度可以在铝阴极表面沉积一层冰晶石壳膜，因而可阻止铝的溶解损失，提高电解槽的电流效率。然而过热度太低时也会引起过多的冰晶石沉积和沉淀，而导致电解槽的不稳定，最佳的过热度的大小应与电解质的分子比、电解质初晶温度有关。分子比较低时，需要适当提高一点过热度，因为在此时，电解质的初晶温度的变化受电解质分子比变化的影响较大。

四、过热度的控制方法

过热度的控制，主要是要控制好电解槽物料平衡和热平衡。物料平衡也就是要做好电解质成分的调整，控制好电解质的初晶温度；做好电解槽的热平衡也就是控制好极距（热收入）和控制好热量的损失。

a、控制好电解质成分

电解温度的高低对电流效率和电能消耗有很大影响，而电解质的初晶温度随其成分变化而变化，影响电解质初晶温度较大的成分有分子比、氧化铝和氟化钙等。

1、分子比的影响

冰晶石是电解质中主要成分，中性冰晶石其熔点为1008℃，但在工业生产中，我们都采用酸性电解质进行生产，下面是含有8%Al2O3，4—6%CaF2的电解质[2]其初晶温度和分子比的变化情况：

从上表可以看出，分子比降低，其初晶温度也相应的降低，但分子比愈低，氧化铝的熔解度也相应降低，使槽内产生大量沉淀，影响电解正常生产。

2、氧化铝浓度的影响

氧化铝熔点为2050℃，但当氧化铝熔解在冰晶石熔体中，不但不增加电解质的熔点，反而使熔点降低。据实验证明[2]：当冰晶石中熔解有4.8%（重量）的氧化铝时，其熔点为938℃，在分子比2.4—2.6，4-6%CaF2的电解质体系中,当含有8% Al2O3时，其熔点为940-950℃,当Al2O3含量降到5%时,初晶温度为955-960℃,当Al2O3

含量降到1.3-2%时,初晶温度为970-975℃。

3、 CaF2含量的影响

随着CaF2的增加，电解质的初晶温度降低，但工业上只在通电装炉时加上适量CaF2，正常生产一般不添加，因为构成电解质的原料和氧化铝中都含有CaO 杂质，CaO 在电解过程中与冰晶石作用生成CaF2，所以在工业电解质中并不添加CaF2，也能保持电解过程中CaF2的稳定。

总的来说，电解质的初晶温度随分子比的降低而降低，随氧化铝浓度的降低而增加，随氟化钙的增加而降低；而氟化钙的一般不作添加，槽内氟化钙含量较稳定，其含量主要受原材料影响，对电解质的初晶温度影响也较小。那么对电解质初晶温度的影响最大的可能就是AlF 3和Al 2O 3了。

近年来，随着科技的发展，我国自行开发出了测量电解质初晶温度的仪器，某电解厂对电解质的初晶温度做了详细的测量[3]：

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940

950960

970

1.1 1.12 1.14 1.16 1.18

1.2 1.22 1.24 1.26

分子比初晶温度图1、分子比和初晶温度散点关系图

从图1可以看出，相同的分子比值，其初晶温度也有很大的差别，分子比与初晶温度的线性不明显。我们对同一分子比的数值进行平均

后得到图2：

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935

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945

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955

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1.12 1.13 1.14 1.15 1.16

1.17 1.18 1.19 1.2 1.21分子比初晶温度

图2、分子比与初晶温度趋势图

通过图2我们可以看出，电解质的初晶温度还是按分子比降低初晶温度降低的规律在变化，随分子比的升高而升高，随分子比的降低而降低。

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135791113151719212325272931333537394143

图3、Al2O3过欠加工与初晶温度趋势图

从图3可以看出，在过量加工时，电解质的初晶温度呈下降趋势，欠量加工时，初晶温度逐步上升，在下一个过量加工期内电解质的初晶温度又呈下降趋势。

至于为什么会出现同一分子比值初晶温度相差过大，结合图1、图2、图3可以得出：初晶温度的影响受AlF3和Al 2O 3的添加影响很