电解槽低电压和低效应工作方案(报送稿)

兰州铝业股份有限公司
降低电解槽电压和效应系数、缩短效应时间工作实施方案
根据中铝公司和我公司节能降耗工作要求，进一步提高我公司电解系列的技术经济指标，降低电解槽电耗，是当前公司生产管理的一项重要工作，而目前开展降低电解槽电压和效应系数的试验具有重要意义。

电解槽工作电压的降低不是单纯地降低极距，而是通过提高电解质的导电率、阴阳极导电性和降低各部分接触压降和降低阳极效应系数和缩短效应时间来实现的，所以这是一个全公司各个工序都应提高自己工作质量的综合工程：包括阳极的质量、导杆修复质量、钢爪修复质量、磷生铁浇铸质量、焊接质量、大修筑炉质量、阴极块的质量、阴极块和阴极棒的连接质量、氧化铝的下料量、氧化铝的质量、打击头的修复、阳极换极质量、导杆与母线的压接质量、供风质量等。

一、成立公司领导小组
1、由电解二厂、生产运行部、质量监督部、机修厂、炭素厂和技术中心共
同组建。

任务是：计划、实施、现场测试和现场执行。

在电解二厂建立现场测试组。

2、领导小组组长：肖伟峰
副组长：杜立中
组员：范爱民、郭兰江、肇玉卿、刘连会、杨保仲、马永国、陆
惠国、崔亚东、李兴虎、魏世湖、杨青、李美、谷文明、
张扬等工程技术人员及相关部门、分厂的操作人员
二、降低阳极效应系数工作的实施依据与生产过程管理
1、阳极效应发生的主要原因：氧化铝供给不足（下料量偏低）；电解质溶解
氧化铝能力偏差（温度低、过热度低、电解质成分不合适）；电解质传质能力不足（电解质发粘）。

2、发生阳极效应产生的不良影响：发生阳极效应时排放大量温室气体；造
成电解槽温度和电解质成分的波动；降低电流效率；增加能耗和氟盐消耗。

3、当前国内阳极效应系数高的主要原因：工艺上人为等待效应；氧化铝输
送及下料故障或不准确；控制模型不适应；氧化铝质量不稳定；阳极质量问题；工艺条件问题；限电或供电不足。

4、在条件许可的情况下，选用易于溶解的砂状氧化铝，并且尽量稳定控制
－325目的氧化铝在一定范围内，同时提高阳极质量，对于促进氧化铝与熔盐电解质的反应效率有很大帮助，减少了阳极效应产生的几率。

5、氧化铝浓度控制
氧化铝浓度控制，应满足电解槽低效应运行的工艺需要，就是要保持氧化铝浓度在低浓度窄范围下的长期稳定运行，这就需要开发更高精度的控制模型，以便对电解槽实现氧化铝下料更加精确的控制，降低阳极效应发生概率。

研究开发新型控制模型和控制策略，提高电解槽控制技术水平，解决氧化铝在低、窄浓度范围（小于3.7%）稳定运行的问题，氧化铝浓度控制在既不发生效应，又不产生沉淀的范围内（可请相关专家进行技术指导）。

6、保持电解槽稳定运行
1）电解槽的理想状态：高效、低耗、优质、长寿、环保；
2）作业要点：在保证原材料质量的基础上，提高电解生产的操作水平，合理设置工艺参数（两水平、分子比、槽电压、覆盖料），保持合理的电解
温度和炉膛内型。

3）全面推行精益化管理和实施以电解槽工艺技术参数稳定为目标的管理模式。

4）制定和完善电解槽考核办法，评价每台电解槽的工艺技术参数的稳定性，并作为工作绩效的重要内容。

建立单槽档案。

技术指标以车间为单位来
进行。

5）推行工序质量管理，建立质量异常分析和质量评价制度，按照质量体系对质量管理的基本要求做到可追溯，强化操作人员对异常现象的敏感度，提高产品质量。

全员参与讨论和修订作业指导书。

6）电解槽管理的过程标准
以炉膛为中心，保证炉底无沉淀、无电压摆，保持两水平及电流基本不变，调整分子比、覆盖料、槽电压、下料间隔。

7、目前，我公司不具备砂状氧化铝及自行开发氧化铝浓度控制模型的条件。

通过对阳极效应产生及阳极效应系数偏高原因的分析，结合我公司生产现状，在生产实际操作管理中，要降低效应系数，需要拉长效应间隔时间，保证下料量的准确性、减少打壳下料机构的故障，保持电解槽的稳定运行，确保控制模型准确有效运行。

解决好氧化铝过量下料幅度与电解质溶解能力相适应的问题，并解决好低效应操作时，电解槽可能出现的负面影响。

不断减少产生阳极效应所带来的不良反应。

三、低电压节能技术工作实施依据
1、试验背景
以往的高极距（电压）工艺条件一个主要的出发点就是保证电解槽稳定，减少铝的二次反应，有利于电流效率的提高，但较高的槽电压必然造成直流电耗的上升。

国外专家研究表明，极距超过某一限度（35mm）电流效率变化不大。

国外先进企业的直流电耗一般在13000kwh/t.Al左右，国内一般直流电耗在13700kwh/t.Al以上，主要是由于国外采用了较合理的低极距操作工艺。

国内电解槽由于电流密度比较低，所以极距基本上保持在
4.5~
5.5cm之间。

随着铝电解操作水平、管理水平、控制水平、装备水平的
提高，电解槽运行的稳定性也在逐步提高，因此通过降低极距（3~5mm）、适当降低槽电压（100~150mv）来实现节能的空间比较大。

2、降低槽电压的两种技术方案
（1）保持系列电流不变，降低槽电压
在保持铝电解生产过程电流效率不下降且电解槽稳定运行的前提下，通过各种方法降低电解槽外围电压降和极间压降，外围压降的降低主要通过细化操作管理来实现；极间压降的降低必须建立新的能量平衡。

减少电解槽的散热，主要通过减少槽上部、侧部的散热，这就需要对上部保温料、槽温、两水平、分子比、作业过程进行调整，必须形成更厚的炉帮。

降低电解槽输入能量，不可避免地带来槽温、极距的相对降低，必须采取相应的生产工艺技术和自动控制技术。

（2）强化系列电流、降低槽电压
强化电流的目的主要是增产增效。

其带来的输入能量增加一般是通过降低极间压降来建立电解槽的新的能量平衡。

电流强度每提高1%，槽电压一般应降低10mv。

尽量保持电解槽原有的能量平衡，使电解槽的能量平衡状态不发生实质性的变化。

槽内电流密度提高和极距降低会带来磁场、流速场的变化，必须解决电解槽稳定问题。

阳极、阴极质量需要进一步提高以适合强化后的电流密度。

3、三场测试数据分析
以下是中南大学与我公司联合进行的三场测试报告《200KA预焙阳极电解槽物理场综合研究报告》中的部分测试数据：
表1 200kA铝电解槽电平衡测试与计算结果
表2电压平衡测算结果汇总表
（330mV）。

所测三台槽的阳极压降分别为409.94mV、411.93mV、377.27mV，分别超过设计值79.94mV、81.93mV、47.27mV。

超设计值的主要原因是：这主要是钢－碳及碳块压降、斜立母线压接压降偏大所致，生产中应注意采取措施，改善各部分压接质量及磷生铁的浇注质量。

钢－碳压降过高，其中3010＃槽、3058#槽、4114#槽的钢－碳压降与碳块压降之和分别超设计值（250mV）86.78mV、82.52mV、57.82mV。

导致钢－碳接触与阳极块压降之和较大的可能原因有：一、钢碳间的磷生铁浇铸质量不佳；二、钢爪上的铁锈清理不够干净；三、电解生产中氧化铝保温不足，造成阳极氧化严重，使钢-碳接触面积减小而压降增大；四、在阳极组装时对碳碗清理不够，碳碗中有粉尘异物；五、阳极质量不佳，其比电阻较大。

三场测试数据分析给出了我们以下建议：
a)槽电压计算结果表明槽阳极压降偏高，因此生产中应注意采取措施，改善各
部分压接质量及磷生铁的浇注质量。

b)鉴于炉帮形成欠佳，建议多跟踪测定，有可能的话可在槽子大修时逐步推广
采用耐蚀性能和导热性能更好的碳化硅侧块。

c)工艺条件方面，一是控制和调整好分子比，适当降低槽温，以便形成规整炉
帮；二是注意盖好槽罩、保持良好的炉面覆盖层；三是注意检查槽罩密封性能和调整烟道阀门的开度，以减少无效热损失。

d)所测槽最大流速均在进电侧靠近烟道端，表明这个部位是比较薄弱的区域，
有可能由于铝液流速大而产生小旋涡，对槽底和侧衬施以冲刷，导致电解槽早期破损，因此应注意在换极时对这些部位进行适当的边部加工。

四、电解系列现状
1、近期平均工作电压和效应系数数据（2005年3月）：
平均工作电压（v）：1车间4.265, 2车间4.307, 3车间4.238, 4车间4.241 效应系数（次/台，日）：1车间0.41，2车间0.62，3车间0.23，4车间0.25
2、试验槽的选定
选择四车间一工区5台200KA电解槽（4011~4015#）作为低电压、低效应系数试验的试验槽，取得成果后进行扩大试验及推广应用。

3、初步试验进度和设定试验目标，分阶段降低槽电压和效应系数
（1）降低效应系数试验：
2005年4~6月分别降到0.20（200KA）、0.35（75KA），效应持续时间控制在5分钟内。

2005年7~12月分别降到0.15（200KA）、0.30（75KA），效应持续时间控制在3分钟内，并在全公司进行推广。

2006年争取降到0.10（200KA）、0.25（75KA），效应持续时间控制在3分钟内，并推广应用至整个电解系列。

（2）降低槽电压（平均电压）：
2005年4月，对电解槽进行综合测试，根据测试结果进行电压平衡（母线压降、阳极压降、电解质压降、槽底压降）计算，对各部分压降进行分析，评价其合理性；
2005年5~6月，根据测试结果分析各部分压降不合理的原因，探讨和提出改进措施，看有哪些地方电压还有潜力，再确定降低工作电压目标，为改善电解槽工艺技术条件，降低槽电压和减少直流电耗提供依据；
2005年7~12月，通过改进措施和节能挖潜，将200KA电解槽平均电压降到4.20v以下，各部分电压降到设计值（母线压降0.020v，阳极压降
0.330v，电解质压降1.575v,槽底压降0.380v），并在3、4车间进行推广。

75KA电解槽平均电压降到4.24v，并在1、2车间进行推广。

五、低电压及低效应系数工作的预计达到效果、采取的措施、实施单位及时间
2005年年内目标：降低工作电压50mv；降电耗160kwh/t.AL；效应系数降低至0.10次/台，日以下，效应持续时间不超过3分钟；降低效应均摊电压10mv；降电耗30 kwh/t.AL。

1、降低电压降试验
a、极间电压：保持极距4.2cm-4.5cm，降低电压30mv，适当降低，暂不采
用压极距的方法降低电压。

但是不降低极间电压，工作电压是不会降低多少的（电解二厂5月底前基本完成）。

b、阳极压降：通过现场实测及三场测试分析看出我公司阳极压降偏高，需
要降低降低铝导杆－钢爪压降、钢爪电压降、钢爪－碳块电压降、碳块本身电压降，要提高阳极质量，降低比电阻（炭素厂、电解二厂年内完成）。

c、阴极压降：计划年内在200KA电解槽大修时，选用50％半石墨质阴极
碳块进行2台电解槽工业试验，可以降低炉底压降30mv。

（技术中心、电解二厂按照研发计划时间完成）。

d、添加镁盐，改善电解质成分，提高导电率，降低电解质压降（电解二厂
6月底前完成）。

e、在现有基础上，将75KA电解槽电流强度提高到79KA，改善炉底状况，
降低极间压降，实现新的能量平衡（生产运行部、动力厂5月底前完成）。

f、保证电解槽用各计量和测试仪表的准确性（质量监督部6月底前完成）。

2、低效应系数试验
a、部分选用溶解性较好的砂状氧化铝：－325目（0.044mm）（供应部年
内解决）
b、延长效应间隔至300小时（200KA）（电解二厂计算站及各车间5月底
前完成）。

c、提高下料准确度，操作人员应经常巡视打壳下料系统是否正常，保证下
料准确和低故障，出现问题及时检修，提高下料系统的检修率（机修厂检修中心、电解二厂5月底前做好该项工作）。

d、请郑州轻研院或中南大学作AL2O3窄浓度曲线控制软件（使氧化铝浓度
控制在既不发生效应又不产生沉淀的范围内）（电解二厂计算站联系做好该项工作）。

e、用化学法对电解质中氧化铝浓度进行定期分析，根据分析结果调整NB
间隔（质量监督部化验室、电解二厂5月底前完成）。

f、保持电解工艺参数的稳定，建立规整的槽膛内型，防止炉膛内型变化、
炉底结壳、炉底压降升高（电解二厂各车间5月底前完成）。

g、保持合理的电解温度、分子比、电解质水平、保温料厚度等，定期对氧
化铝浓度、炉底压降、阴极电流分布、阴极钢棒和槽壳温度、两水平、电解温度等进行技术测量（电解二厂各车间及测试组在二季度完成）。

i、与设计院配合共同解决好75KA电解槽存在的通信、CPU被烧、电压漂
移等问题（项目部、电解二厂计算站于5~6月完成）。

兰州铝业股份有限公司
2005年4月25日
抄报：中国铝业股份有限公司生产部、研发中心—————————————————————————————。