引 言
陕县恒康铝业有限公司SY400KA预焙电解槽，自2008年9月启动，中间经历过二次启动和大修，一代槽目前运行槽龄2200天左右。400KA大型预焙槽有槽型大、电流强度大、磁场大、敏感度高等特点，从电解槽的设计、焙烧、启动、非正常期管理到正常期管理，400KA都是一次全新的尝试，有很多新的技术需要掌握运用，有很多技术难题需要去攻关和总结，管理起来具有很大的探索性和挑战性。尤其是在技术条件的保持管理上，完全靠平时的经验积累和不断摸索总结，近年来，为了适应目前降低成本的市场要求，我们始终在探寻一条技术条件合理搭配之路，经历过许多曲折反复，在受氧化铝质量影响，造成电解槽电解质中钙、锂、钾明显较高，电解槽温度明显偏低且无法改变现状的情况下，2014年完成了电解槽平均电压4.04v，电流效率92.15%，直流电耗13099KWh/t.Al的目标(如表1),通过近年来的生产实践，摸索出了一套适合400KA电解槽的管理技术规范，目前该系列电解槽运行相对平稳，各项经济指标还有进一步下降的空间。
表1 2014年四个季度电流效率与平均电压情况统计
1 400KA预焙电解槽运行现状
对于400KA中心六点下料预焙电解槽，日常工艺管理的中心就是要将技术条件进行组合，调整好热平衡和物料平衡，及时排除外部因素对电解过程的干扰，使各项技术条件能够巧妙的优化搭配，且是搭配合理的技术条件平稳的长期保持下去，这才是保证电解槽平稳运行的关键。近些年，随着科技发展，槽控机控制技术发展的日趋成熟，槽控机对氧化铝的浓度控制更为精细，我公司于2013年开始更新换代全部采用中南工大业翔科技公司研发改进后的槽控机，氧化铝浓度基本可控，当前AL2O3浓度控制在2.0%左右运行稳定。但由于我公司主原料氧化铝粉受地域矿物质成分影响，电解质成分(如表2)长期呈现高锂(7%以上)、高钾(3%以上)的特性，电解质温度平均在910度左右，槽温偏低，电解质流动性和溶解氧化铝能力差。由于电解槽自身设计原因，槽体设计较长，单面24组阳极(12组双阳极)排列，六点下料，再加上定容下料器性能不十分稳定继而影响到电解槽内氧化铝浓度不平衡，容易局部缺料引电解槽突发阳极效应较多。表现在实际生产中，闪烁、效应多，针振时间长，电压运行曲线不好，需进一步在电解质属性改良及配套设施稳定性发挥方面进一步完善。
表2 陕县恒康铝业400KA电解槽工艺技术条件目前现状
2 400KA预焙电解槽热平衡管理
2.1电解槽趋热管理
由于我公司电解质属性及氧化铝粒度过小(粉状)流动性、溶解性差，炉底易沉淀;槽温偏低、炉底温度低，炉底沉淀不易熔化，长时间积累易生产结壳，同时伸腿肥大引发畸形炉膛，以上诸多原因引起炉底压降持续升高控制难度大。因此在电解生产管理中面临两难抉择。我公司220台电解槽分属四个工段，其中有两个工段为了抑制炉底压降持续升高，开始尝试管理电解槽在相对热行程下运行，炉底压降平均保持在360mv左右，基本可控。但这种电解槽因为相对偏热，炉帮变薄、中间下料口敞开较大，打壳锤头易结“葫芦头”，阳极中缝封堵困难。由于中间下料口大、阳极中缝难封堵电解槽对外散热较大。电解槽外观看上去热气腾腾，但实际测量槽温往往很低，很多槽温在900度以下，我们形象地称之为“低温下的热槽”，这种槽热损失大于热收入。由于相对走热行程，电解槽易化炉帮，侧部电流增大、质水平增高继而容易融化极上保温料，一旦调整不及时，保温料中氧化铝进入电解质中致使氧化铝浓度不均匀，导致阳极电流分布紊乱，诱发电压摆。处理这种摆动，单靠测全炉、调整阳极电流分布已不起作用，为抑制电压摆，槽控机、现场操作人员不得不提高电解槽工作电压，电压升高电解槽热收入随之增加，热平衡进一步恶化，周而复始进入恶性循环，现场为了抑制这种现象，被迫大量取出电解质，提高铝水高度调控热平衡，这种电解槽本身效率低，加上留铝水、工作电压又高，表现在实际生产中原铝直流电耗居高不下(如表3)。
表3 2014年不同控制工区指标情况对比
2.2 电解槽微冷管理
为了控制电解槽热趋势造成的不良后果，我们尝试电解槽向微冷方向发展，适当提高了铝水平，电解槽炉帮开始变厚，质水平保持趋于稳定，电压波动减少，设定电压向低处走，电解槽在一段时间内电流效率提升，直流电耗降低，趋势向好。但时间一长，炉底压降不好控制，电解三工段炉底压降一段时间均值达420mv以上，个别槽炉底压降甚至增到500mv左右，这与电解槽长周期平稳运行相悖，为了处理炉底压降，现行做法，往往采取撤铝水，化炉底及人工捅炉底辅助处理。但现实生产中，最初撤铝水一、两个月变化不明显，一旦质水平升高，炉帮又开始熔化，阳极侧部电流增大，电解槽出现波动，很难控制。根据上述情况，我们制定切实可行操作方法，1、撤铝水一定要有耐心，要计算电解槽经验效率，缓慢平稳撤铝。尤其不能通过测铝水高度来衡量撤铝速度，实践中我们发现，单槽铝水平在撤铝一段时间内会发生一些微妙变化，因受电磁场影响作为(铝水)磁流体影响在槽内波动引起铝水平不稳定，在测量是看不到铝水平下降，甚至个别槽还有升高现象，这就要求管理人员在现场要勤于观察电解槽整体热平衡变化，通过从下料口、出铝口是否冒火、冒白烟，阳极中缝、出铝口是否结壳等表象特征判断电解槽趋于热冷趋势，把握好出铝总量和电压情况，因槽制宜，来控制热平衡。
3 工作质量方面管理
微冷运行的电解槽虽然可以取的相对低的电耗，但也极易造成电解槽炉膛状况的恶化畸形，使炉底压降进一步持续升高，因此，对操作质量就提出了更高的要求。
3.1换极质量
阳极是电解槽的“心脏”，因此，换极方面除了按要求保证好三个“质量控制点”(即与计算机联系、捞净大块、装极精度)外，还将换极前残极浮料清理及换极时炉底的处理也做为换极的质量控制点，因为浮料扒不够干净，在物料刚掉入槽内时没装阳极不导电溶解较慢，电解槽容易走增量期，是电解槽沉淀进一步增多，随着阳极的导电，掉入槽内的物料逐步溶解，电解槽又开始进行大减料处理，容易引起电解槽的波动，造成突发效应的发生。同时，要求机组在对阳极进行开边时要距边部15cm处进行，防止由于人为误操作使电解槽炉帮遭到破坏，其次，换极时重点对炉底进行处理，发现沉淀结壳要用耙子将其钩开，让铝水进入到下面使其尽快熔化，从而净化炉底，使水平电流能够垂直于炉底，避免电流偏流于侧部炉帮而使侧部炉帮发红，有利于侧部炉帮的形成，从而保护了侧部碳砖。另外，为了防止由于装极误差造成电压波动或阳极涮爪(特别是目前阳极走31天周期)在换极兜尺上按装了定位标尺，将装极精度误差精确到了毫米，从而避免由于装极误差造成的破坏电解槽技术条件情况的发生。
3.2封极及大面整形
保温料的薄厚对维护槽子的热收入非常重要。有资料显示，保温料每增加1cm，相当于吸收0.6-0.9v的电压产生的热量。因此，我们在封极与大面收边整形操作质量方面，首先从备极入手，严格封极质量，封极粒块控制在5cm以内(如图1)，边部用小碎块收边，以利于边部很好的散热，极上用氧化铝和粉料填实，起到保温和防止阳极氧化，随着电解槽的微冷形成的需要，逐步对阳极保温料逐步加厚(如图2)，要求角部阳极钢梁上沿平齐，中间阳极钢梁埋一半，同时，要求散热带的厚度务必保证6—8cm，一方面加大了侧部散热，有利于侧部炉帮的形成，另一方面防止边部积聚大量的热产生热应力使侧部碳砖上抬顶坏槽压板，引起槽壳变形现象的发生，保证了电解槽的热平衡。
图1 封极物料粒度 图2 保温料厚度情况
我公司400KA电解槽由于采用24组阳极六点中心下料方式，下料点壳头处的阳极氧化现象尤为突出，六个下料点正对应所有24组阳极，造成电解槽碳渣增多，且阳极内爪处极易涮爪，使原铝铁含量上升，为了减少壳头处氧化，制定了以下措施：
(1)要求封极人员在封极过程中必须使用专用工具，保证中缝及壳头处的封极质量。
(2)要求高残极从封极后第三天起定期对壳头处氧化情况进行处理。
(3)要求换极时要对两临极及对应阳极的氧化进行浇电解质处理，通过采取以上措施有效的避免了冒火及氧化情况进一步恶化。
4 结语
结合我们的生产实践，通过学习其他几家直流电耗较低的兄弟厂家的现场情况，经过公司技术人员讨论我们一致认为，为了降低直流电耗，电解槽应该在微冷的状态下运行，电解槽炉帮适当增厚，炉膛较为规整，下料口缩小，大面冒火少，电解槽整体散热少，电能效率较高。在电解槽趋冷时，阳极上保温料必须加足，角部极可以部分埋钢爪，中间极与钢爪下沿平齐，在封极物料现对短缺情况下可补充添加氧化铝，电解槽侧部及底部内衬适当增加保温(大修时进行)。此时，由于热损失减少，质水平可以相对提高，这时的电解槽总体平稳，不易出现极上料烧空现象有利于电解槽热平衡维持和氧化铝在槽内的溶解。电解槽趋冷中间下料口会自然缩小，不易生成葫芦头，但会出现易堵料情况要及时巡视处理，对于换极作业，要尽可能缩短残极出槽至新极装入时间，有效避免大量热量损失和作业面遇冷结壳现象，降低影响新极上槽后短时间导电和氧化铝向电解质中投放;同时应该加强换极时“三模一推”质量，发现炉底有沉淀、结壳及伸腿肥大现象必须加大人工辅助处理力度，使电解槽尽快恢复步入正常运行。
总之，在目前电解铝市场持续低迷的情况下，降低电耗从而降低成本是唯一出路。电解槽低电压下运行成了电解生产的不二选择，在这种电解技术条件下运行的电解槽对管理和操作提出了更高要求。因此高标准、精细化的操作我们将这种技术条件下的电解管理形象的比喻为“刀尖上的舞蹈”风险极大，唯有细心管理、精心维护，因槽制宜，才能保证电解槽长周期平稳运行。
参考文献
[1] 李清.大型预焙槽炼铝生产工艺与操作实践[M].长沙：中南大学出版社。
[2] 李艳卫.400KA预焙电解槽实践与技术探讨.
声明：
“SY400KA预焙电解槽的管理探讨” 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：陕县恒康铝业有限公司
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2024年07月26日 ~ 28日 
