2012年下半年以来，国际原铝产能过剩严重，铝市场持续低迷，国外许多电解铝企业也陷入亏损状态。随着国内西部电解铝逐渐释放产能，我国中东部电解铝厂受制于电价过高，几乎全部陷入亏损的泥潭，甚至停产。该地区电解铝厂要想在目前环境下生存，在电价不能左右的情况下，只能通过技术创新，挖掘节能潜力，降低电力消耗，进而降低生产成本。近几年应用的普通铝电解槽低电压高效节能技术、异型阴极技术和异型钢棒结构技术是我国铝电解节能技术的成功典范，此类技术的推广使我国吨铝能耗位居世界领先水平，具有重大意义。如何在此类技术的基础上，寻求更进一步的节能效果任重道远。
2012年10月，某企业与双向阻流技术的专利发明者合作，在4台普通平底结构低电压铝电解槽上进行双向阻流节能技术试验，此次试验与国内使用阻流技术的最大不同有三点：1试验槽已经是低电压槽，国内试验选取的是高电压槽;2阻流块安放位置是电解槽阳极中缝，国内试验安放在阳极投影下方;3阻流块是带凸台异型不规则形状，国内试验选取的是规则的。通过六个多月的实验及现场对比分析，试验槽能在较低电压下平稳运行，主要技术参数和技术经济指标稳定，其中试验槽较正常生产槽吨铝节电185kwh,达到了节能试验的目的。
1 阻流块
在异型阴极结构技术的的启发下，铝电解槽槽底阻流技术应运而生，技术核心就是在电解槽炉底安放阻流块。阻流块生产是通过一定的原料配比，采用压制成型工艺，最后经过高温煅烧而成，是一种新型复合材料。
1.1理化指标
国内阻流块的生产工艺大同小异，主要理化控制指标见表1
表1阻流块的主要理化指标
1.2主要作用
阻流块放入槽内后，能有效阻挡电解槽内铝液流动，降低铝液流速和铝水波动高度，减少铝的二次反应，为降低极距打开了空间，从而可以实现降低槽电压，进而达到节电的效果。同时，由于铝液流速减弱，减轻了对侧部的冲刷，可有效促进侧部炉帮的形成，有利于形成更规整的槽膛，为提高电流效率打下基础。
1.3主要特点
阻流块的安放操作方便简单，在产槽可以直接实现，无需更换阴极及内衬，费用较低;阻流块的主要成分是α-Al2O3,杂质含量低，不污染铝液;抗铝液、电解质冲刷与腐蚀性强;安放与更换方便。
2 双向阻流块的阻流原理与优点
(1)外观形状设计更合理。双向阻流块的形状是异型的，是侧面带凸起结构的变截面结构，而一般阻流块设计为等截面结构，凸台表面平直，只能实现单方向阻流，阻流效果不理想;
(2)安放位置更科学。双向阻流块放置在电解槽阳极中缝处，而阳极中缝是非电流经过区，无产生水平电流的条件，而且安放简单快速;一般阻流块安放在阳极下方，而凸台电阻率远大于铝液，因此将改变电流方向，一定程度上又加大了水平电流的分量，降低了电流效率。同时对换极作业影响大，槽内物料不容易打捞，沉淀不易处理，换极作业过程中也容易破坏阻流块或使阻流块移位，进而影响阻流效果。
(3)排列方式更实用。一般阻流技术设计的阻流块排列方式均为沿平行于炭块轴向或垂直于阴极炭快轴向方向放置，只能削减来自电解槽纵向(即与系列电流相垂直方向)或横向(即于系列电流平行方向)铝液波动，不能实现双向阻流减波功能。双向阻流块的安放沿平行于阴极炭快、垂直于阴极炭快轴向或两者交错排列，垂直于阴极炭快轴向方向放置在电解槽阳极中缝位置，平行于阴极炭快轴向的可根据磁场流畅分布情况，设置于磁场与流畅较大位置，实现双向阻流功能[欧建明等.一种带双向阻流异型凸台的阴极结构：中国，ZL201120564930.1[P].2012-08-22.]。
3试验
3.1试验槽的选择
根据现场生产实际，选择两台磁场平衡较好的中间槽(160#、260#)和两台尾端磁场平衡不佳的槽(174#、274#)，对比槽为(162#、262#)，对比槽与中间两台试验槽在试验前槽寿命及技术参数基本一致。
3.2阻流块的安放[郑州发祥铝业双向阻流技术实施方案[Z].2012.10～2013.04]
考虑到电解槽为在线生产槽，为便于安装，在阻流块生产期间，提前预留了阻流块穿孔和阻流块可以啮合的凹凸槽。安放前用圆钢分段固定、统一串在一起，形成一条直线一个整体，然后用专用工具把阻流块推入电解槽内。本次试验仅安放在了电解槽阳极中缝位置，如图1阻流块安放示意图。主要步骤为：预热——分段固定——连接——再固定——专用工具安放。具体见图2-5。图2单个阻流块，图3分段阻流块，图4连接在一起的阻流块，图5专用工具示意图。
3.3试验槽技术参数的调整
阻流块放入槽内后，第一天出铝按照正常生产槽下达出铝任务，从第二天开始，每天在正常产量的基础上每天单槽多出铝0～100kg,期间根据电解槽能量平衡状况，在电解槽噪声值稳定的前提下，分步降低电压10～20mv，大约一个月后把电压降至目标值。对比槽与试验槽保持的技术条件见表2～3:
表2中间对比槽(162#、260#)与试验槽(160#、260#)技术参数情况
表3端头试验槽(174#、274#)试验前后技术参数情况
通过上述技术条件的优化调整，经过6个多月的实际生产管理，实现了在电流不变化条件下，安放阻流块中间槽超低电压稳定运行，尾端阻流槽稳定性显著增强，针振摆动值变小，阳极电流分布无明显差异，试验电解槽的炉帮增厚，炉底压降无明显上升，中间试验槽电压下降70mv,但尾端槽电压没能实现下降，这与尾端磁场平衡效果差有关。
3.2 主要经济技术指标
对比槽和试验槽主要经济技术指标对比情况见表4。
表4 安放阻流块前后中间试验槽经济技术指标对比
从上表可以看出，中间试验槽随着电压的降低，单槽日产量下降11kg,电流效率也有小幅降低0.6%，炭块毛耗增加3kg,氟化盐消耗没变，但电耗也降低了185kwh/t.al，端头槽由于电压下降不明显，无参与计算。
4效益
以一个年产10万吨产能的电解铝厂为例，电价按照0.55元/kwh,炭块价格按照3.2元/kg，阻流块价值按照100万元核算，采用该技术，年节约电量价值：100000×185×0.55=1017.5万元，增加的碳耗价值：100000×3×3.2=96万元，年增利价值：1017.5-96-100=821.5万元。在目前铝价低迷，生产亏损或者有微少利润的情况下，显然采用此技术更划算。
5探讨
5.1双向阻流块的消耗与移动
由于铝液的流动与冲刷，在阻流块放入6个月后，对其进行了测量，发现高度方向减低了3cm，按照这个速度损耗的话，1.5年左右阻流块的高度消耗到只有几个厘米了，阻流效果肯定会变差。要想持续保持阻流效果，需要继续投放阻流块，如何降低阻流块的消耗速度是需要进一步关注的问题。
阻流块安放一段时间后阻流块受铝液流动的冲刷力影响会改变位置，这样的话阻流块就会来回移动，影响电解槽的稳定性，在端头磁场平衡不好的电解槽尤其突出。如何更好的固定不让移动也是一个需要改进的方面。
5.2阳极中缝位置生长结壳的思考
随着电解槽槽龄的增长，阳极中缝处逐渐会产生一些沉淀，时间久了沉淀就变成了结壳，结壳在不向阳极底掌生长的情况下，其与阻流块相比同样也会产生阻流的效果，现在看来，是不是阳极中缝处产生的结壳无需担心，只要不影响正常的操作，可以长期保留。实践中也有类似中缝处形成了一堵墙的电解槽，该类电解槽生产正常，指标良好，值得思考。
6结语
在我国电解铝产能严重过剩，竞争日益激烈当下，在普通平底低电压铝电解槽上采用双向阻流技术，能使电解槽的电压保持更低，能源消耗更少。此技术是在产普通电解槽低电压节能技术的深度推进，为我国中东部高电价区域电解铝企业的节能降耗工作提供了一个方向。阻流块的消耗速度过快与不易固定的缺陷，需要科技工作者进一步研发替代产品和更好的固定方式，以期达到更优的效果。对于槽龄较长的电解槽中缝结壳的作用，仍需进一步观察验证。
参考文献：
欧建明等.一种带双向阻流异型凸台的阴极结构：中国，ZL201120564930.1[P].2012-08-22.
郑州发祥铝业双向阻流技术实施方案[Z].2012.10～2013.04
郑州发祥铝业技术月报表[Z].2012.10～2013.04
声明：
“在产铝电解槽双向阻流节能技术工业试验” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
654
编辑：中冶有色技术网
来源：郑州发祥铝业有限公司
分享 0
举报 0
收藏 0
反对 0
点赞 0
中冶有色技术平台
2024年11月27日 ~ 29日 
