浅析影响铝电解温度的因素及其控制方法

浅析影响铝电解温度的因素及其控制方法

摘要：本文通过分析影响铝电解温度控制的一些主要因素，结合200kA系列生产过程中电解温度的变化情况，阐述了电解温度的控制要建立在稳定的热平衡基础上，要从初晶温度、过热度和电解工艺技术条件等多方面综合考虑。

关键词：铝电解槽、电解温度、初晶温度、过热度、分子比、添加剂。

在铝电解生产过程中，电解温度是电解槽平稳运行的一个重要工艺技术条件，电解温度直接影响了电解槽的运行状况和工艺技术条件，实践证明，电解温度的降低对于电流效率的提高是非常有利的，但在实际操作中往往容易只考虑电解温度的变化而忽略了其他技术条件的变化，从而在控制电解温度的同时造成电解槽的波动，因此，电解温度的控制方法和控制思路是很值得分析和探讨的。

1.影响电解温度的主要因素

电解温度由电解质的初晶温度和过热度两部分组成，电解质的化学成分决定了其初晶温度，影响过热度的主要是电解槽的热收入和热支出，控制电解温度的关键是控制合适的初晶温度和过热度，因此，影响电解温度的主要因素是电解质成分和电解槽的热平衡。

1.1电解质成分对电解温度的影响

在生产过程中，由于氟化铝的不断挥发和一些副反应的发生，电解质的成分在不断的发生变化，最显著的是分子比升高，使电解温度升高。升高的原因是由于原料中杂质的影响和电解质的挥发，电解质成分的不断变化引起电解温度的波动，电解质的初晶点也是一定范围内变化，需要通过添加剂来控制初晶温度，改善熔盐电解质的一些物理性质，进而达到提高电流效率节约电耗的目的。(1) 原料中的杂质对电解温度的影响

生产上所用的Al2O3、氟化盐和阳极中均含有一定量的杂质，如H2O、Na2O、SiO2、CaO、MgO、Na2SO4等，这些杂质将会分解电解质中的氟化铝和冰晶石，生成Al2O3和其他氟化物，使分子比升高。因此，氟化铝中各种杂质的含量也是影响电解温度控制的一个因素。

(2) 添加剂对电解温度的影响

工业铝电解生产中用的添加剂有：AlF3、MgF3、CaF2、LiF、NaF和Na2CO3，

电解质中各成分的浓度大小决定了初晶点的高低，电解质在高温下和低分子比时易挥发，电解质挥发的大部分是AlF3。电解生产中要求电解质的挥发性要小，主要是减小冰晶石的挥发损失和有害物的排放，减轻环境污染，因此，在生产过程中，常用AlF3、MgF3、CaF2和LiF作为添加剂，其主要作用是补充电解质的挥发损失、降低电解初晶温度和控制分子比，据资料显示，在一定的范围内，添加剂每增加一定的浓度降低电解质初晶温度的程度不同。

表1为几种常用添加剂浓度过量1%后降低初晶温度的数据

表1

添加剂AlF3CaF2MgF2LiF

降低初晶温度程度（℃）3~4 2~3 5~6 7~8

表2

从表1及表2可以看出，几种添加剂的共同缺点是降低了氧化铝在电解质中的溶解度，liF的降低温度的效果最佳，但昂贵的价格使其应用受到了限制。目前电解工业生产基本都是采用添加AlF3的方法来控制电解温度，AlF3的最大缺点是增大电解质的挥发损失，从而恶化工人劳动条件，

1.2 热平衡对电解温度的影响

电解温度是电解槽平稳运行的一个明显特征。电解质的本身性质影响了其初晶温度，电解质的过热度是影响电解槽热平衡的关键因素，过热度主要决定于热收入和热支出，对于工业生产来讲，热收入和热支出主要是受槽电压、两项水平、阳极工作情况和保温料厚度的影响。

(1) 槽电压对过热度的影响

在电流恒定的情况下，槽电压是调节电解槽能量平衡最重要的因素之一，是

保持电解槽平稳运行的重要因素，对过热度有着直接的影响。槽电压的变化是通过增减极距改变电解质的电压降，从而调整热量的输入，电压过高会使电解温度升高，使AlF3的挥发增多，从而使分子比升高，造成炉帮熔化，不利于生产；但电压过低会导致极距偏小，使铝的“二次反应”加剧，影响电流效率，因此，通常应避免将槽电压作为调节电解温度的手段。

(2) 两项水平对过热度的影响

铝水平的高低对电解槽的热平衡有很大的影响，铝水是热的良导体，保持一定高度的铝水，能疏导电解槽内多余的热量和稳定磁场，能保持合适的过热度，使槽内的温度保持平衡；槽内保持一定高度的电解质，也是电解槽保持平稳的一个重要因素，电解质是进行调整也是控制电解温度的一个途径，电解质是电解槽的蓄热体，电解质过高容易使槽内的水平电流变大，电解质过低，槽内的热量变小，过热度很容易在较大范围内波动。

(3) 保温料对过热度的影响

阳极上的保温料是维持电解槽热平衡的重要因素之一。保温料的厚度对于电解槽内的热支出有很大的影响，改变保温料的添加厚度也是控制电解槽热平衡的一个重要手段，保温料的多少在很达程度上影响了过热度的保持，因此，在电解温度的控制过程中，保温料厚度的选择也是一个不可忽视的因素。

(4) 阳极工作情况对过热度的影响

阳极发生病变对过热度也会产生较大的影响，在实际生产中，主要是阳极出现长包，造成电流空耗不做有用功，使输入的能量大部分转化为热能，使电解温度急剧升高，几块阳极长包时温度达到980℃以上，使过热度严重偏高。

2.电解温度控制过程中易出现的问题

目前工业生产中，对于电解质的初晶温度及过热度的相对合理保持没有较为经济有效的方法，大部分测试过热度的耗材成本较高，不能大面积推广使用，通常采用调整电解质中AlF3的百分含量来控制电解温度，但由于电解槽的反应通常是滞后的，因此在实际电解温度的控制上容易出现一些问题和误区。

(1) 电解温度波动过大

图a为200kA系列某槽近200天的电解温度变化趋势，从变化幅度看出在控制温度的过程中热平衡的变化比较大，结合实际生产过程，主要是由于两项水平保持不稳定，由于月初“压铝水”，月底赶任务，导致铝水平不能保持稳定，从而热平衡也出现波动。

(2) 过热度偏高

图a为200kA系列某槽的电解温度变化趋势，相对系列其他槽而言电解温度较低，但从现场情况来看，该槽的炉帮很薄，虽然该槽的铝水平保持较高，但炉帮经常发红，由此说明其过热度偏高。在对电解温度的控制过程中，由于低电解温度高效率的指导思想，而且过剩AlF3的过量程度分析比较置后，若过分追求低温生产，就容易忽视过热度的控制。

(3) 主要参数不匹配

从图c可以看出电解温度由高降到低，到一定程度时电解槽发生反热，反热后回复时间较长。生产过程中主要出现的是热收支不平衡，槽内铝水较高散热大，而电压却保持较低，引起电解质逐渐收缩，造成炉底沉淀增多，若不及时调整NB，沉淀达到一定程度时槽底发生反热，由冷槽变成热槽，在生产中如果只根