随着河南氧化铝内锂、钾、钙含量的不断增多，从2008年下半年开始我厂516台300kA预焙电解槽槽温度不断下降，截止2014年底槽温度由2008年初的平均963℃下降到905℃，下降了58℃，初晶温度不断下降，过热度不断增大，造成电解槽炉膛破坏、沉淀增多，个别电解槽炉帮较空、大面不结壳、电流效率明显下降，能耗大幅上升，为了节能降耗改变这一现状我们大胆实践、不断更新观念，重新在生产中摸索实践了一套适合在复杂电解质体系下高效、低耗生产的技术条件和运行模式，取得了较为理想的效果。
1 2008年和2013年电解槽运行现状及控制参数对比
2007年300kA系列正式投产，2009年初经济危机停槽，2009年6月二次启动20万吨达产，截止2014年已经运行近8年。从表1可以看出电解质成分锂含量、钾含量、钙含量大幅上升，槽温度急剧下降，造成初晶温度大幅下降，平均初晶温度890℃，过热度上升，操控机对氧化铝浓度控制较差，氧化铝浓度一直维持在3--3.5%之间高位运行，电解槽有一半出现炉底大量沉淀、炉膛不规整、炉底压降急剧上升、极距压缩电压摆动、个别电解槽中缝不结壳，电流效率由以往的93.5%下降到2013年的91.5%，电解槽管理难度加大，能耗大幅上升，直流电耗上升了近400kwh/t-Al，这与节能降耗主旨格格不入，公司由基础入手组织厂部骨干制定电解槽技术条件优化方案。
表1 各项参数对比情况
2 加强电解槽精细化操作管理
2.1 工艺操作与工艺技术条件的关系
正确处理技术条件与操作质量的关系，确保技术条件的平稳。任何事物都有决定其发生、发展的主要矛盾，以及决定其本质矛盾的主要方面，铝电解生产的主要矛盾指工艺技术条件的平稳保持与电解操作质量之间相互信赖相互转化的矛盾。简单地说，对铝电解生产而言，工艺技术条件是基础，操作质量是保证。只有做到工艺技术条件的平稳持久保持、操作质量的高水平，电解生产才能高效低耗平稳持久进行，反之，无论是操作质量出了问题，还是工艺技术条件发生了波动都将导致电解槽效率降低，能耗增高。铝电解生产矛盾的主要方面是保持稳定的技术条件，技术条件稳定的槽子其往往有平衡自调节能力强、抗病抗干扰能力强的优势，甚至短时间内操作质量粗犷也不致诱发病槽;技术条件保持不平稳的槽子自平衡能力差，较敏感和脆弱，微小的干扰也会导致其发病，经济指标也一落千丈。作业质量和技术条件互相影响互为信赖，哪一方面出现问题都将影响电解槽经济指标。为确保工艺条件管理的核心地位，推行工艺技术条件标准化，力求电解槽的平稳，坚决杜绝管理者为了短期内的经济指标提升而破坏技术条件匹配，如果随意更改电解槽的技术条件将会对电解槽的平稳运行埋下隐患，最终导致大病槽发生，从而大幅度降低经济指标，车间对技术条件保持进行严格监督和考核，督促技术条件保持平稳，在平稳技术条件的同时我们也加强了作业质量，实行操作质量全员管理，使操作质量管理制度化[1]。工艺技术条件的平稳保持需要高质量的操作，同时高质量的操作又促进了工艺技术条件的平稳保持。
2.2 加强各项操作管理
操作质量的重要性显而易见，抓操作质量是仅次于工艺技术管理的另一件大事，因此，针对目前电解槽现状规范了作业程序、细化作业质量，通过加强工人技术比武有力提高了工人作业技术水平，并把作业质量管理制度化，加强监督、评比、考核，极大提高了工作质量，目前大面收边整形、卡具压降、导杆打磨、16h电流分布测量、封极评比己成为当班必须进行的工作。同时加大换阳极对炉底沉淀、结壳的人工处理，弥补电解槽低温状态下炉底不干净的现状。
图1 电解槽大面规整
3 加强过热度的控制建立和规整炉膛
3.1 调整电解质的可控成分，提高电解质的初晶温度
表2 每1%添加剂对初晶温度的影响
由于锂盐、钾盐、钙盐的影响造成电解槽初晶温度不断减小，电解槽炉帮融化，氧化铝溶解能力显著降低，为了有效提高槽温、减小电解槽过热度我们适当提高了分子比，分子比由2008年的2.35提高到目前的2.90，整整提高了0.55个点。
其次，加强氧化铝浓度的控制，由于电解质成分变化较大，沈阳院2005年设计的操控机已经不能满足目前超低温生产的需要，2013年底我厂和中南工大联合开发了一套更加智能的适应超低温条件下对氧化铝浓度控制的新型操控机。2014年初操控机全部更新换代完毕，实际测量氧化铝浓度控制在1.5-2.5%之间，控制效果较为理想。较以前对比氧化铝浓度控制下降了1%，氧化铝浓度的进一步降低为初晶温度的提高创造了有利条件，因为我们知道每1%的氧化铝浓度影响电解质初晶温度大约在10度左右。
最后，通过大修停槽统计在产铝量明显较少，由于二次启动槽在超低温情况下运行8年以后炉底冲蚀坑较多，炉底结壳、沉淀相对较多，2013年通过对20台大修电解槽抽出在产铝统计，平均在产铝在21.8吨左右，明显较少，于是人为通过半年逐步调整铝水平，铝水平由2008年的26cm提高的目前的30cm，有效增大了电解槽的在产铝量，2014年大修停槽铝量都在25-26吨，在产铝量的加大有效减少了过热度，同时对电解槽的稳定性有很大的提高，电解槽针摆大幅度下降。
加大进口氧化铝的使用比例，2013年下半年为了遏制锂、钾、钙的进一步升高，厂部果断决定使用进口氧化铝每天按20%的比例打入料仓，半年后锂、钾、钙有缓慢下降的趋势。
表3 调整以后和以前技术条件对比
通过以上三个方面的调整，2014年初实测电解槽初晶温度提高了近15度，过热度下降了5度，15度的过热度时间证明在超低温电解情况下能够较好的维持电解槽平稳、高效运行。由于过热度得到了控制。加之操控机更换后氧化铝浓度控制更低，电解槽炉帮逐步长厚，厚度 达到15cm，炉底沉淀逐步减少，电解槽炉底压降逐步降低，极距进一步增大，电解槽稳定性和电效取得明显提高。
图2 技术条件调整后大修电解槽刨炉炉帮厚度图
4 在阳极电流密度不变情况下增加阴极电流密度
我厂300kA电解槽在设计时中缝宽度较宽，达到180mm，为了在不影响电解槽极距和平稳运行前提下强化电流降低电压，最后决定对阳极进行靠中缝侧进行加长10mm，最后A、B两面阳极靠中缝侧长度共加长了20mm，电解槽中缝宽度由原来的180mm变为现在的160mm，电流由两次强化到了308kA，这样阳极电流密度几乎不变情况下，把阴极电流密度由0.733提高到了接近0.74。电解槽运行更加平稳、高效。
5 新型开槽阳极技术的应用
从国外大型预焙电解槽提高效率的经验来看，近年来普遍采用了阳极开槽技术，一是可使阳极底掌下的气膜破裂，利于阳极气体外排，降低阳极压降，增大阳极导电截面，并强化电流生产，提高电流效率;三是气泡在阳极底部停留时间的减少和电解质流场的改进有利于降低阳极效应系数，可延长阳极使用周期。通过对国内阳极生产技术的了解和对洛阳豫港龙泉铝业有限公司300KA电解槽技术特性分析，结合以往开槽经验对开槽进行了改进，以往开槽的高度两端一致，改为靠中缝端开16cm，靠大面开12cm，这样尽量让阳极气体排向中缝，保证炉帮不受电解质的过量搅动而减薄，又增加了中缝下料点氧化铝的散开、溶解速度。有效降低了阳极气模压降，为降低电压创造了条件。
6 改进作业细节，降低槽工作电压，走低压 电解之路
电解槽各种压降，是消耗大量电力能源的无底黑洞，这部分电量不但造成了浪费，而且也破坏电解生产的技术条件平稳。
表4 槽电压设计分摊情况
我公司从治理电解槽各种压降入手，针对电流通过的各个环节，有针对性的采取相应的措施，尽最大程度降低各环节压降值，达到降低槽工作电压的目的。由于槽平均电压的组成中，阳极压降、槽周母线压降、分解与极化压降相对数值变化不大，视为常数定值，在日常操作中，从效应分摊压降、炉底压降、电解质压降入手，采取：
①打磨铝母线和阳极导杆接触部位，通过增加导电性能，降低铝母线和铝导杆接触压降。
②对阳极导杆上的突起、沟棱进行抛光。
③进行技术改进，制作封极备极专用料框，加快封极速度，减少电解槽的热量损失，降低阳极压降。
通过一些列措施的采取，先后治理了母线与导杆之间的压降，使之由以前单极20毫伏以上降到现在的单极5毫伏左右;立柱母线压接点压降从15mv降至7mv以下。
通过半年对各项技术条件的调整目前电解槽运行稳定，槽温由以前的905℃提高到目前的915---918℃，电流效率由91.5%提高到目前的92.8%，平均电压通过一系列措施目前已经降到3.95V以内，原铝直流电耗降低到目前的12680kwh/t-Al，与以往相比降低了400kwh/t-Al。
7 结束语
电解质体系的转变已成河南境内铝电解的一个普遍现象，由此引发的电解槽能耗上升、管理难度增大无疑给目前的电解铝企业雪上加霜，但是通过调整电解槽其他各项技术条件，遏制锂盐进一步升高，使其保持在合理范围之内一样可以取得较好的经济技术指标。
参考文献
[1] 邱竹贤.《预焙槽炼铝》第三版.冶金工业出版社，2008.
[2] 李清.《大型预焙槽炼铝生产工艺与操作实践》.中南大学出版社，2006，P167
[3] 任必军.《300KA预焙阳极电解槽槽寿命及其影响因素》.中南工业大学出版社，2008.
[4] 洛阳豫港龙泉铝业有限公司《生产技术简报》.2014年 .
声明：
“300KA预焙电解槽在复杂电解质体系下经济技术指标优化” 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)
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编辑：中冶有色技术网
来源：洛阳豫港龙泉铝业有限公司、伊电控股集团有限公司
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