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400KA铝电解槽提高电流效率的关键技术研究
更新时间: 2021-04-28 14:56:33 访问次数: 0




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从图1可以看出,铝电解槽在槽电压低于3.95 ~4.0V 后,电流效率会随着槽电压的降低而迅速 降低,在现行的技术条件下,工业铝电解槽要想只通 过降低槽电压来降低吨铝直流电耗的空间是极其有限的,所以提高电流效率至关重要,本文通过采用异 形阴极结构提高阴极铝液面的稳定性减少铝液的波 动,和通过改变阳极结构减小阳极气体从阳极底掌 下排出距离和排出方向,或通过改变电解槽阴极的 组装和焊接及钢爪连接方式,或通过改变工艺运行 操作等方式来提高电解槽的电流效率,最终实现电解槽的深度节能。


1 提高电流效率的关键技术


1.1 采用具有凸起结构的异形阴极 


试验槽采用异形阴极来减少阴极 铝液内的水平电流,提高电解槽阴极铝液面的稳定 性,降低炉底压降,进而提高电流效率。该异形阴极 一种是在阴极表面沿炭块的纵向方向具有2个柱状 凸起的结构(如图2a所示),另外一种是上表面具有 交错的柱状凸起结构型式(如图2b所示)。这两种 结构型式的电解槽阴极碳块上表面的凸起起到对铝 电解槽阴极铝液阻流和减少铝液波动的作用,提高 了铝液的稳定性,对阴极电流分布的均匀性具有重 大贡献。


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1.2 采用具有排气通道的新型阳极 


为了有效地将阳极底掌表面生成的阳极气体从 电解槽排出,缩短排出时间,降低阳极气体向电解质 中的贯穿深度和降低气泡电阻电压降,试验槽采用 了一种新型底部具有排气通道、上面具有排气孔的 新型阳极,该阳极是在生阳极焙烧后 机加工而成,这种新型结构阳极通过改善电解质的流动场来改善电解槽的温度场,即高温高热的电解质流到电解槽的中部与冷的氧化铝结合,改善了中 缝部氧化铝溶解区域的温度场,提高了氧化铝的溶解速度。又能起到改善阳极底部的散热状态,有利 于电解槽的热平衡。图3为新型结构阳极使用前后 的对比情况。


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1.3 加宽钢棒及窄缝焊接技术的应用 


为有效降低炉底压降,试验槽采用了阴极加宽 钢棒技术,阴极钢棒配图如图4a所示,钢棒尺寸由 原来 的 2100 mm×198 mm×90 mm 改 为 2100 mm×198mm×120mm。同时又配合使用了窄缝 焊接技术(图4b),即通过安装的摆动器和熔嘴夹持 器使焊丝在新旧钢棒之间引弧施焊,使钢棒两端局部熔化在制作好的熔池内并与熔丝相互融合,形 成良好 的 焊 缝。该 技 术 能 有 效 避 免 磁 场 影 响,明 显降低 焊 接 压 降。通 过 跟 踪 测 试,加 宽 钢 棒 及 窄 缝焊接技 术 结 合 起 来,可 使 电 解 槽 的 炉 底 压 降 降 低约100mV,随后电解槽启动后降低幅度还会继 续增加。



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1.4 采用高导电铝芯复合阳极钢爪及钢爪保护环技术

试验槽采用了铝芯复合钢爪(图5a),即用渗铝 焊铸工艺实现钢壳铝芯中的钢铝间的连接,保证铝 钢间的结合 率 达 到100%,铝 钢合金层的厚度控制 在0.3~0.5mm,采取铝芯平台与铝导杆面面焊接 方式可以有效降低导杆与钢爪接触处压降,充分保 证了钢壳铝芯良好的导电性,且提高钢壳良好的机 械性能。经现场测试,钢壳铝芯阳极钢爪平均压降 比原钢爪降低15mV。为保护阳极钢爪,使其免受电解质冲刷,造成阳极电流分布不均,试验槽采用了 阳极保护环技 术,即 用 氧 化 铝 保 护 环(图5b),确保 电解质水平可以靠上线保持,增大了钢爪与阳极接 触处的面积和温度,增强了氧化铝的溶解、减少槽内 沉淀、降低了接触压降。与使用前相比,钢爪压降降 低5mV 左右。


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1.5 增加保温料覆盖层高度及使用保温型槽盖板


为实现电解槽的强化保温,减少电解槽阳极钢 爪及电解槽体系散热,试验槽采用增加保温料覆盖 层的厚度,即电解槽氧化铝保温料覆盖层厚度由原 来的16~18cm 增加 到 以 接 近 钢 爪 横 梁 上 部 为 准 (图6a)。另外,试验槽还将原有电解槽槽盖板进行 改造(图6b),增加一层保温石棉布与铝皮,强 化 盖 板保温效果,减小电解槽体系散热量。这两项技术 联合起来可实现电解槽保温,保持电解槽能量平衡, 进而提升电流效率。


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2 综合技术经济指标比对 


采用上述关键技术提升电解槽电流效率在试验 槽运行了3个月后,对该试验槽的综合技术经济指 标进行了统计分析,结果见表1。 从表1可以看出,采用具有凸起结构的异形阴 极、具有排气通道的新型阳极、加宽钢棒及窄缝焊接 技术、高导电铝芯复合阳极钢爪及钢爪保护环技术、 增加保温料覆盖层高度及使用保温型槽盖板联合技 术,试验槽的槽电压由3.990V 降低到3.702V,电 流效益由 原 来 的 91.09% 提 高 到 93.01%,提 升 了 1.92个百分点,平均吨铝直流电耗由原来的13135 kWh降到12440kWh。


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3  结论 


1)采用具有凸起结构的异形阴极可减少水平电 流,降低炉底压降和减少阴极铝液波动;采用具有排 气通道的新型阳极可以降低阳极气体向电解质中的 贯穿深度和降低气泡电阻电压降,改善电解槽的温 度场;加宽钢棒及窄缝焊接技术的应用均可明显降 低电解槽的炉底压降;高导电铝芯复合阳极钢爪技 术及钢爪保护环技术可有效降低导杆与钢爪接触处 压降及钢爪压降;增加保温料覆盖层高度及使用保 温型槽盖板可对电解槽起到强化保温作用,减少电 解槽体系散热。 


2)上述关 键 技 术 运 用 在400kA 电解 槽 上,试 验槽的槽电压由3.990V 降低 到3.702V,电流 效 率由原 来 的91.09%提高 到93.01%,提升 了 1.92 个百分点,平均吨铝直流电耗由原来的13135kWh降到12440kWh。


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