300KA大型預焙槽鋁水平保持探索與實踐.doc

300KA大型預焙槽鋁水平保持探索與實踐四川其亞鋁業(yè)集團公司 劉世文摘要：通過了對目前300KA槽存在的針振頻繁、爐幫伸腿形成差、能耗高和效率低等現(xiàn)狀的分析，提出以提高鋁水平，同時通過減少外部散熱、提高分子比等配套參數(shù)來實現(xiàn)平衡磁場、增強熱穩(wěn)定性和降低爐底壓降，達到既解決了存在的問題，又達到了節(jié)能降耗、提高了效率的目的。關鍵詞：鋁水平；探索；實踐一、目前國內(nèi)300KA槽存在的問題 我國電解鋁工業(yè)得到了飛速發(fā)展，技術裝備和技術水平都有了很大提高，但是與國際先進水平相比，還是存在一些問題，以國內(nèi)某廠300kA級大型預焙槽為例，主要存在的問題體現(xiàn)在電流效率不高，槽壽命短，電解槽不能保持最佳的熱平衡，電壓擺動較為普遍，特別是保護側壁的上口爐幫和鋁液以下的伸腿較薄，電解質分子比越低，問題越嚴重，許多鋁廠反映槽殼發(fā)紅，被迫使用壓縮空氣吹發(fā)紅的槽殼或頻繁邊加工作業(yè)，以防止漏爐，這與國際上大型電解槽開發(fā)初期發(fā)生大批電解槽側部漏爐的現(xiàn)象有些相似。 根據(jù)筆者對目前300KA級電解槽的了解，上述問題主要存在兩方面的原因。一是電解鋁工業(yè)的大規(guī)模擴張與飛速的技術升級，導致生產(chǎn)線的中、基層管理人員素質參差不齊，生產(chǎn)管理脫節(jié)而出現(xiàn)上述不穩(wěn)定現(xiàn)象；二是國內(nèi)的原料如陽極、氧化鋁質量的參差不齊出現(xiàn)生產(chǎn)波動較大而導致不穩(wěn)定現(xiàn)象；三是設計上與國際先進槽型還有一定的差距，熱穩(wěn)定性和磁場分布相對差一些。后二者是我們的國情，短期內(nèi)是無法改變的，但是第一條生產(chǎn)管理水平的提升我們還是可以努力改變的。下面筆者就通過以鋁水平保持為主對目前存在的問題進行改進進行了摸索和實踐。二、300KA槽鋁水平保持現(xiàn)狀 從設計上看，目前國內(nèi)300KA級電解槽設計的鋁水平基本上在17-21cm之間，而在此參數(shù)條件下的實際生產(chǎn)中，由于多方面的因素出現(xiàn)了爐幫形成差、針振時間長以及小窗口發(fā)紅等現(xiàn)象。筆者在近兩年的觀察中發(fā)現(xiàn)，在眾多關聯(lián)參數(shù)中，鋁水平的保持是其影響的最大因素之一。三、適當高鋁水平的應用與實踐 眾所周知，鋁水平的作用主要是穩(wěn)定磁場、減少對陰極的侵蝕和調(diào)節(jié)槽溫等，也就是說，其對我們上述所列舉的問題有所抑制或消除。對此，筆者對幾組不同鋁水平下的參數(shù)組合進行了探索和實踐。 1、按設計要求鋁水平保持的參數(shù)組合 我公司在首批300KA電解槽啟動向正常過渡的過程中，當各項參數(shù)按設計要求逐步趨于正常時（電壓與鋁水平的調(diào)整如圖1），出現(xiàn)了以下現(xiàn)象： 在鋁水平達到設計值20cm左右時，設定電壓降至設計值左右一段時間后，出現(xiàn)了槽溫偏高，爐幫形成較薄且不均勻，并出現(xiàn)頻繁針振和小窗口發(fā)紅現(xiàn)象現(xiàn)象。鋁水平曲線電壓曲線時間0圖1、啟動-正常電壓和鋁水曲線 在啟動三個月后對某月的參數(shù)和指標統(tǒng)計也對以上現(xiàn)象進行了印證。 表1：某批300KA槽啟動三個月后部分月平均參數(shù)和指標針振時間平均設定電壓平均工作電壓效應系數(shù)鋁水平電流效率15分鐘/臺.天4.175V4.233V0.4819.5cm0.91以上現(xiàn)象表明，槽子本身內(nèi)熱較大，其原因是設定電壓偏高，加上電壓波動引起二次反應劇烈而導致局部過熱。而在目前針振頻繁的狀況下電壓已經(jīng)不能再下降了。鑒于上述情況，我們采取了減薄保溫料的方式來來克服槽子內(nèi)熱過大的局面，并對電壓波動頻繁的槽子適當提高了設定電壓。保溫料由原來的18cm減至1214cm，降溫起到了較好的效果，平均溫度前后降低了3.5。表2為減薄保溫料后的部分參數(shù)和指標情況。表2：減薄保溫料后的部分月平均參數(shù)和指標針振時間平均設定電壓平均工作電壓效應系數(shù)鋁水平電流效率10分鐘/臺.天4.190V4.235V0.5619.8cm0.913從表可以看出，情況較之前有所好轉，電流效率小幅上升，但是電壓波動仍然較頻繁，并且效應系數(shù)也一定幅度增加，工作電壓較高。從生產(chǎn)現(xiàn)場看，爐膛的上口爐幫增厚，鋁水下伸腿仍然較小且不均勻，并且反應出溫度波動較大，沉淀也一定程度增加。這些現(xiàn)象也在一定程度上對降低電耗和進一步提高電流效率作出了限制。 2、適當高鋁水平和高電壓的參數(shù)組合 根據(jù)上述工藝摸索情況，我們認為現(xiàn)有300KA槽型熱容量大，磁場平衡能力相對較差，并且采取薄保溫料散熱的方式只是大幅度降低了電解質表面的溫度，而對電解槽的整體溶液溫度降幅不平衡，從而出現(xiàn)了伸腿形成差且沉淀多的現(xiàn)象，因此在該鋁水平情況下不適宜現(xiàn)有電解槽的經(jīng)濟平穩(wěn)運行。對此，我們打破了“四低一高”的常規(guī)，進行了高鋁水-高電壓參數(shù)組合的探索。我們知道，鋁水平有維持熱平衡的作用，鋁水平越高，散熱越容易，越容易形成爐幫伸腿，故從理論上來說可以解決爐膛的形成問題。 在前面的基礎上，我們把鋁水平逐步調(diào)整至22cm左右（鋁水平高低的確定以電壓穩(wěn)定為基準），并相應將電壓提升。詳見圖2。鋁水平曲線電壓曲線0時間圖2、調(diào)整前后電壓和鋁水曲線 經(jīng)過一段時間的運行，在參數(shù)和指標上有了大幅度的改善。針振時間明顯縮短，伸腿長大，溫度下降，電流效率也大幅度提高。表3為該參數(shù)組合的部分參數(shù)和指標。 表3：高鋁水-高電壓組合下的部分月平均參數(shù)和指標針振時間平均設定電壓平均工作電壓效應系數(shù)鋁水平電流效率5分鐘/臺.天4.25V4.292V0.5222.1cm0.925 從表中看出，電流效率大幅度提高，其得益于針振時間的大幅減小、溫度降低和爐膛收縮規(guī)整等的結果，但是，其也付出了高電壓的代價。同時在長期生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，由于保溫料較薄，加之分子比等綜合因素，溫度波動較大的問題仍然較為突出，單槽日溫差大的可高達10左右，出鋁后電解質嚴重萎縮，效應后電解質大副上升等現(xiàn)象明顯。并出現(xiàn)一些槽沉淀較多，伸腿過大等現(xiàn)象，故針振現(xiàn)象仍然不能完全杜絕，噸鋁電耗較高且有持續(xù)上升趨勢。3、適當高鋁水平的綜合參數(shù)組合 根據(jù)高鋁水-高電壓的探索情況，我們對該批槽的極距進行了測量，發(fā)現(xiàn)極距都比較高，基本上都在5cm左右，因此，我們認為，在鋁水能夠平衡磁場的情況下，通過減少散熱（加強保溫）來抵減電壓。這樣不僅可以降低能耗，還可以保持更加穩(wěn)定的熱平衡，以減少由于溫度的劇變導致沉淀的增加。同時，采取適當提高分子比來增加氧化鋁的溶解性能和保持溫度的平穩(wěn)性，從而減少沉淀的產(chǎn)生。對此，我們制定了一套基于加強保溫、減少沉淀來降低電壓（降低能耗）的綜合工藝參數(shù)。如圖3和表4。鋁水平曲線圖2、調(diào)整前后電壓和鋁水曲線時間電壓曲線 表4、：綜合調(diào)整前后的部分參數(shù)和指標比較比 較項 目分子比保溫料厚 度針振時間平均設定電壓平均工作電壓效應系數(shù)鋁水平電流效率調(diào)整前2.2812cm5分鐘4.25V4.292V0.5222.1cm0.925調(diào)整后2.4018cm1分鐘4.12V4.141V0.2522.340.934從圖3和表4中可以看出，隨著保溫料厚度的增加，電解槽的散熱量大幅度減小，最為重要的是電解質的熱穩(wěn)定性大大加強，避免了薄保溫料時的熱量大收大支現(xiàn)象，同時隨電壓的同步降低，使得電解槽保持合適的熱平衡。再有，保持適當高的分子比，增加了氧化鋁的溶解性能。這兩者都在一定程度上減少了沉淀的產(chǎn)生，逐漸潔凈了爐底，降低了爐底壓降，同時也為保持高鋁水創(chuàng)造了條件。事實也證明，在此綜合參數(shù)下，爐膛形成較為規(guī)整，沉淀較少，并且溫度波動較?。ɑ旧显?以內(nèi)），除了極個別槽（基本上出現(xiàn)在破損槽上）出現(xiàn)針振外，其他槽針振時間基本上為0。同時在槽穩(wěn)定性提高的情況下，效應系數(shù)也大幅度下降。該組參數(shù)的組合，通過減少散熱和減小爐底壓降大大降低了電壓（前后平均降低了0.15V左右），提高了電流效率，增加了生產(chǎn)的穩(wěn)定性，并對槽壽命也起到了較好的改善作用。四、結論 從上述探索中知道，適當高鋁水可以克服現(xiàn)有電解槽存在的針振頻繁、爐幫伸腿形