提高电流效率的措施

提高电流效率的措施

指导思想:

电流效率的高低主要是由电解质的性质决定的。而电解质性质中最活跃的因素是氧化铝浓度和电解质温度，这是由电解生产作业的输入和输出转变过程决定的，因为我们生产过程中不断的的添加氧化铝，所以氧化铝浓度随着生产作业过程而变化，同时氧化铝添加量的变化还改变电解槽的热平衡，预焙电解槽的换极作业不但影响氧化铝浓度还影响电解槽的热平衡和磁场平衡。归纳起来我们认为影响电解槽电流效率的主导因素位三个方面：一是电解质成分控制，即如何组织低氧化铝浓度和低分子比生产；二是热平衡控制，即如何组织低过热度生产，三是磁场和流场控制，即如何降低铝液和电解质的流速，减弱流体对铝液和阳极气体的搅拌和扩散溶解。

一、氧化铝浓度控制技术是铝电解生产高效低耗的基础

物料平衡与热平衡的和谐统一是铝电解生产管理的精髓。物料平衡和热平衡

都是动态的，是相互影响和不断变化的，稳定性很差。Al

2O

3

浓度控制技术是80

年代法国彼施涅公司提出的一种在铝业界有重要影响的专利技术,该技术采用“欠量下料”与“过量下料”交替进行的下料方式，通过掌握氧化铝浓度与电解质电阻的变化规律，能够可靠实现物料动态平衡。

1.1氧化铝浓度与电解质压降的变化关系

由于氧化铝溶解时生成体积庞大的铝氧氟络合离子，电解质电阻随着氧化铝浓度升高而增大，但氧化铝浓度低于4.0％左右以后，由于电解质对炭阳极的湿润性下降，阳极过电压逐步升高。

电解质电阻与氧化铝浓度关系图

1.2氧化铝浓度与初晶温度的关系

电解质初晶温度与成分密切相关，其中氧化铝浓度是影响电解质初晶温度的突出因素。根据邱竹贤和张杰明教授的研究公式：

T

初晶

=1007.625－2.675x1－4.834x2－3.292x3－2.906x4－0.250x1x2－0.033x1x3－0.025x1x4－0.528x2x3＋0.229x2x4－0.166x3x4

式中： x1——AlF3浓度，

x2——Al2O3浓度，

x3——MgF2浓度，

x4——CaF2浓度

该式的适用范围是0～8％AlF3，0～6％Al2O3，0～6％MgF2和0～6％CaF2。在正常生产条件下，氧化铝浓度对电解质初晶温度的影响最大，氧化铝浓度变化1％对应的初晶温度变化为6～8℃，而且当添加MgF2时影响更大。因此，从电解质初晶温度的稳定性方面考虑，选择MgF2作添加剂宜慎之又慎。

1.3氧化铝浓度对电流效率的影响

低分子比和低过热度工艺都是提高电流效率的有效途径，但他们是相互制约的，因为低分子比和低过热度都不利于氧化铝溶解，都不利于电解生产平稳进行。低氧化铝浓度也是提高电流效率的有效措施，而且低氧化铝浓度工艺可以弥补低分子比和低过热度电解质溶解氧化铝的不足，因此氧化铝浓度控制技术是组织低分子比和低过热度电解生产的必要前提。

近年来的电解机理研究表明，在阳极区间氧化铝浓度越低，电解质中的CO

2气泡与铝的接触面积越小，减小了铝的二次氧化机会，从而有利于提高电流效率。在阴极区间，铝在电解质中的溶解度与铝液上表面的氧化铝浓度呈反比，又不利于提高电流效率，但总体而言低氧化铝浓度有利于提高电流效率。

氧化铝浓度与电流效率关系图

1.4过欠量下料对热平衡的影响

由于载氟氧化铝与液体电解质存在约850℃的温度差，因此，下料量的多少直接影响电解槽的热平衡。预热100kg载氟氧化铝需要约2.28×107J的热量，相当于日均电压4.6mv，溶解100kg氧化铝需要约3.41×107J的热量，相当于日均电压6.8mv。如果两小时连续过量加工提高氧化铝浓度2％，则两小时内的需耗用135mv的电压进行热补偿。因此，最大过量周期应以一小时左右为宜，力争把氧化铝浓度控制在1.8％～2.5％的理想区域。

1.5槽电压平稳是浓度控制的技术保证

氧化铝浓度控制技术是依据浓度与电压的对应变化关系来判断的，因此必须最大限度地消除其他因素对电压的影响。造成电压波动的两个主要因素是极距调整和铝液异常波动。计算机的自动电阻调整可以通过滤波处理，而铝液异常波动既降低电流效率又破坏电解槽炉帮，从而使浓度控制无法可靠进行准确判断。因此，电压针振是造成氧化铝浓度失控的主要因素，如何防止电压针振关键是实现沉淀的形成和溶解速度基本一致，保持炉底洁净，以减弱水平电流的影响。

二、换极作业和电流效率变化是影响电解槽热平衡的主要因素

预焙阳极是电解生产物料的重要组成部分，换极作业是预焙槽生产中周而复始的工作，其对电解槽的物料平衡和热平衡产生着周期性影响。根据新阳极预热升温曲线推算，换极间隔以16～24小时为最佳。

新阳极预热升温曲线图

以240KA电解槽为例，双阳极电解槽的换极间隔为24～48小时，更换一组新双阳极到正常导电需要吸收约1.9×109J的热量，换极敞开电解质液面的热损失约4.4×107J的热量，新阳极低温表面减少的热损失约6×108J的热量，相当于换极24小时内比不换极的第二个工作日存在60mv的热平衡变化，目前换极的补偿电压只能满足其敞开液面的对流、辐射热损失。单阳极电解槽的换极间隔为24小时，换极作业的热波动是双阳极的一半，而且换极间隔与新阳极的升温周期基本一致，其热损失可以通过设定电压形式均匀补偿，只需要补偿换极作业敞开液面的对流、辐射热损失约10mv左右。240KA单阳极电解槽换极作业对热平衡的影响要比双阳极电解槽小得多。因此，换极间隔是否稳定合理是影响电解槽热平衡的重要因素。

贵阳院设计的大型预焙槽对换阳极作业的电磁场波动的适应性能相对较差，这就要求我们不但要加强对热平衡的控制，减弱新阳极不导电及其炉底状况对电解槽电磁场的干扰，而且还要加强对电磁场变化的调节，通过调整个别阳极的极距来适应换极作业对局部磁场的影响，而不是纯粹通过提高电压来简单的适应局部的变化。

电流效率也是影响电解槽热平衡的重要指标。电流效率是反映铝液二次反应状况的经济指标，每公斤铝二次反应的潜热约6.4×107J，电流效率每降低1％，相当于提高电解槽日均电压25mv。由于电解效率受过热度、分子比、氧化铝浓度变化以及炉底沉淀和水平电流的影响，电解槽电压摆期间的效率普遍低于90％，与正常槽存在近100mv的热收入差异，电流效率低的异常槽虽然炉帮很薄，但由于二次反应和附加电压的作用，槽温依然升高。因此，电解槽效率变化是电解槽热平衡波动的主导因素。

三、过热度控制是铝电解生产管理的难点和重点

3.1正常作业对过热度的要求

换极作业对电解质过热度的影响最大，更换双阳极对电解质过热度的影响为5～8℃，由于换极间隔与阳极升温周期不一致，电解质过热度长期反复波动，更换单阳极过热度变化为3～5℃，正常槽需要十小时以上才能恢复平衡。加料作