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铝电解槽在低电压下的能量平衡研究
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铝电解槽在低电压下的能量平衡研究 摘 要：铝电解生产过程中保持能量平衡是电解槽平稳高效运行的基本条件，特别是近年来随着无效应低电压技术、新型结构电解槽技术和异型阴极钢棒技术的出现，槽电压不断降低，在其生产过程中，对能量平衡的调整要求越来越高。本文通过分析能量平衡的原理，总结了四项低电压技术运行时能量平衡调整方向，即将内衬结构由散热型改为保温型设计、适当提高阳极电流密度、注重区域能量调整和合理匹配技术条件，并列举了完善焙烧启动制度、控制突发阳极效应、优化阳极更换作业、增加必要的外保温、适时调整烟气流量和加强日常生产管理六项能量平衡调整措施。中国铝业某企业在采用低电压技术过程中，通过合理的能量平衡措施，使普通电解槽的工作电压从4.15V降至3.90V，新型结构电解槽降低到3.77V，取得了明显的节能效果。 关键词：铝电解；能量平衡；低电压；新型结构电解槽 Analysis of aluminum electrolytic cell under low voltage of energy balance Abstract: It is the fundamental requisition of smooth and efficient running for aluminum smelter that energy balance be kept in the process of smelting. This requirement has become more and more serious with the development of new technologies, such as low voltage with no effect, new structural smelter, and cathode steelbar. In this paper theory of energy budget analyzing has been studied, and the adjusting trends of energy balance have been proposed with the application of four low-voltage technologies, which includes transforming the designing of inner lining from heat dissipation to thermal insulation, properly improving anodic current density, adjusting regional energy, and matching technical parameters. Also the measures of adjusting energy balance are pointed out, which are optimizing baking start-up rules, controlling sudden anode effect, bettering replacement of anode, strengthening necessary external thermal insulation, timely adjusting flue gas flux, and intensifying daily production management as well. An Enterprise of Chalco has reduced working voltage from 4.15 to 3.90 for general smelters, while to 3.77 for the smelters with new structure when popularizing the technology, and the apparent energy saving has been achieved. Key words: Aluminum Smelting; Energy Balance; Low-Voltage; Smelter with New Structure; 1 前言 铝电解生产过程中保持电解槽能量平衡和物料平衡是电解槽平稳高效运行的基本条件。能量平衡在电解槽大型化、电流强化、降低工作电压的工艺改进中的调整作用更加突出。特别是近年来无效应低电压技术、异型阴极钢棒技术、新型结构槽技术和阻流块技术等一批低电压技术的出现，使得槽电压不断降低，对能量平衡的调整要求越来越高。 中国铝业某企业从2006年系列投产开始一直研究开发无效应低电压节能技术，该技术在保持电流效率不下降且稳定运行的前提下，通过各种方法降低电解槽外围压降和极间压降使普通电解槽的完成电压达到3.8V以下，取得了明显的节能效果。 2 能量平衡原理 根据铝电解槽热平衡理论公式可以看出，对于不同容量的电解槽来讲，当槽电压、电流效率和体外电压(导体压降)在同一水平上时，其单位电流（KA）的热损失是相等的。 Q=I{V-（1.647η%+0.48）-R体外I} 上式两侧分别除以电流I，则得到单位安培的热损失a热损。 a热损=V-（1.647η%+0.48）-V体外 式中：Q—热损失能量，J；I—电流强度，A；η—电流效率，%；V—工作电压，V。 通过上式可以看出，当铝电解槽采用低电压技术时，V势必会减小，要想保持原有电流效率η%保持不变的情况下，只能通过降低a热损来实现较低的V。因此，采用低电压技术的关键是降低铝电解槽的热损失。 在铝电解生产过程中，能够进行人为控制和调整的热损失主要是电阻型能量损失，它主要经电解槽上部、侧部和底部以传导热损失、对流热损失和辐射热损失的形式进行散热。而在外部供电系统稳定的情况下，影响电解槽热平衡的因素主要有：氧化铝加料、保温料厚度、更换阳极作业、出铝作业、阳极效应和电解质成份变化和电流效率变化等。因此，需要用有效的手段来控制影响能量平衡的因素，以保证电解槽能量平衡。 典型的预焙铝电解槽热损失分布情况如图1。 3 能量平衡调整方向 3.1 转变内衬设计理念 随着低电压工艺技术的应用，原有的散热型设计理念已经不能满足实际生产的需要，通过对各企业应用低电压技术的研究和分析，电解槽的设计理念应由散热型逐步改为保温型设计。 能量平衡首先应从电解槽内衬设计着手，在槽内衬设计上应选择在槽底部、阴极区和角部采用导热系数低、质量轻，经济并且容易砌筑的保温材料替代原有保温材料，如应用导热系数小的陶瓷纤维板代替传统的硅酸钙板，保温型浇注料代替高强浇注料，侧部采用节能异型侧块。 图2为保温型电解槽内衬结构示意图，目前被全国各大铝厂普遍采用。 3.2 提高阳极电流密度。。。。。。 ---文章摘自《世界有色金属》15年第7期 |
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