大型铝电解槽强化电流

3.1 阴极电流密度增大加速阴极破损

阴极电流密度增大后，阴极本身的发热功率增大。 这将使阴极受到的热应力增大，阴极的热变形也增 大，从而破损加速。 阴极的发热功率增大后，阴极本身的温度升高，将 有利于电解质或铝水渗入裂缝底层，加速阴极破损。 对于采用石墨化阴极的电解槽将有效避免这些问题.
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石墨化阴极在强化电流中的优点



阳极尺寸相应增大，阳极电流密度不变或是增加量较小.
现代大型槽型的特点，阳极填充率高。强化电流后阳极和阴极 的电流密度一般都会增大.

3. 阴极电流密度增大的影响

阴极电流密度增大在一定程度上对阴极内衬产生 破坏,加速电解槽的破损. 阴极电流密度控制在0.8A/cm2以下，电流效率不降 低.

主要技术条件与三个平衡的关系



1、铝水平:铝液的导热系数2000— 3000W/m.k.比电解质液大三倍左右.铝水平 的高度主要影响磁场平衡和能量平衡. 2、电压:电压与能量和极距有关, 主要考虑 到能量平衡和磁场平衡. 3、保温料:1cm保温料相当于60—90mv电压 的热量(日轻院试验数据), 主要考虑能量平 衡.
结 语

强化电流后阳极电流密度控制在0.8A/cm2 左右，合理的调整技术条件仍可取得较好 的经济指标。
强化电流要在系统允许范围内进行。降低 安全系数去强化电流只能是阶段性选择。 国内大面积进行强化电流生产,将推动我国 大型铝电解槽发展.


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谢 谢！
国内近两年电解铝利润空间增大,铝电解行业也开始兴起. 国内大型电解槽的阳极电流密度在0.69—0.733A/cm2之间,与 国外的0.8A/cm2以上的要小得多,这一点也是兴起强化电流的 一个因素.


2. 强化电流后电流密度的变化

阳极填充率高的槽型，阴极电流密度增大。
阳极填充率低的槽型，阴极电流密度不增大或是增大量较小。 这类槽型可采取加大阳极尺寸。 阳极尺寸不变，阳极电流密度增大。
4. 阳极电流密度增大的影响

阳极消耗速度加快，换极周期缩短，电解槽的不 稳定操作增加. 阳极电流密度增大，电流效率降低。但在不大于 0.8A/cm2时不会明显下降。 对于有条件增大阳极尺寸的槽型，能保持阳极电 流密度不变。或是阳极加高，保持换极周期不变， 将有效避免以上问题。


4.1 换极周期缩短


7 强化电流后技术条件的调整

强化电流后各技术条件要随之进行相应调整.主要围绕三个 平衡进行.

解决能量平衡 适应磁场平衡 实现物料平衡

技术条件调整幅度与升电流梯度有关: 1、升电流幅度小,增产见效慢.但利于电解槽的自适应过程, 技术条件调整有渐进的时间. 2、升电流幅度大,增产见效快.但技术条件需要快速调整到 位.
AP-30 电流强度(KA) (加拿大) 电流密度(A/cm2)
180KA (巴西) 电流强度(KA) 电流密度(A/cm2)
295
0.78 180 0.72
325
0.818 225 0.83
95.78 %
95.2 %
5 强化电流后的电压平衡

金属导体部分随着电流密度增大，温度升高，电 阻增大，电压降有明显增加。 炭块及Fe-C连接处，随着电流密度增大，温度升 高，电阻下降，电压有所下降，但量较小。 极距间的电解质电压降有明显增加。 例：320KA电解槽电流强化到330KA时，一类导体 电压增加30mv左右，电解质电压增加45mv左右。
性能
无烟煤 石墨质 (电煅)
石墨化
电阻率
热导率 热膨胀系数
25-50
7-18 2-3
16-20
25-35 2.8-3.3
10-13
110-130 2.5-4.5
石墨化 (国内) 12 80 --
3.2 阴极电流密度保持不大于0.8
阴极电流密度对电流效率的影响

阴极电流密度过小.

阴极电流密度过大.

以320KA电解槽为例:
不强化电流前,阳极高度 550mm，换极周期为30天。 电流强化到330KA时，换 极周期只能维持29天. 对于一个282台槽的系列 来说，平均每天多换12组 阳极，工作量增加3%。
4.2 不稳定操作增加

对于各项指标已不断创高的如今，要想得到进一 步提高，减少干扰性操作是一项重要措施。 电解槽的干扰性操作主要包括:换极、出铝、抬母 线，干扰较大的是换极工作. 换极周期从30天缩短到29天，平均每台槽每天换 极次数增加0.02次.


4.3 阳极电流密度增大对电流效率的 影响

阳极电流密度过大会降低电流效率的原因: 阳极气体析出量增大，电解质的搅拌强度增加， 扩散层减小，铝的损失增加，从而电流效率降低。 但从国外的电解槽运行看，只要保持合适的极距， 0.8A/cm2左右的电流密度不会明显降低电流效率。
厂家 项目 强化前 强化后 电流效率
4.15
不停电启停槽开关在320KA系列电解 槽上成功应用
大型铝电解槽强化电流 对生产的影响
覃海棠
中孚实业铝业二分公司 2007.7
1. 强化电流生产在行业中兴起

强化电流最大的看点：不增加设施投资而增大产能。 国外强化电流生产实践较早,且收到较好的经济效果


国内60KA自焙槽改造均有强化电流生产.


电压管理需采取的两种不同措施

保持极距不变，电压在原基础上增加75mv。 按电流效率不变计算，直流电耗将增加 235kwh/Al-t。

保持电压不变，极距缩小2mm左右。
6 强化电流后的热平衡

电解槽热平衡体系划分：以阳极上保温料层的上 表面与槽壳形成的体系。
体系包括：Fe-C电压降、阳极炭块电压降、电解 质电压降、阴极电压降（极化电压不含）。总电 压约2.0V，强化10KA电流时，电热功率增加 20KW。 如：320KA电解槽强化电流到330KA时，热量收入 相当于60mv电压。
国家级低能耗试验项目
10台新型材料试验 槽:
TiB2涂层 TiB2复合层 异型方钢 异型上部结构
低电极距生产的直流电耗对比
平均电压(V) 电流效率(%) 93.5 4.01 94 94.5 95 96 96.8 直流电耗 (KWh/t-Al) 12781 12713 12645 13018 12882 12776