综合节能技术在240kA铝电解槽上的应用研究

齐华栋

摘要：在240kA铝电解槽大修的过程中应用多种有效的技术，可保证系统的安全运行，而且实践也充分证明，应用新技术对240kA铝电解槽进行结构优化，可有效地解决电解槽在低电压条件下能量不平衡的问题，从而维护电解槽的平稳运行，减少铝电解槽的电能消耗。基于此，本文针对240kA铝电解槽当中的综合节能技术进行讨论，对该项技术的具体应用加以了解，并对相关内容进行分析。

关键词：综合节能技术；240kA铝电解槽；应用

一、铝电解行业的现状以及未来发展

铝电解行业是建国之后创建并且发展起来的，1957年我国第一家铝电解企业正是建设完毕投入使用当中，当时企业内部就拥有144台60K侧插自焙阳极电解槽，每年的设计产能高达2.5万t铝。自从改革开放后，在我国优先发展铝行业的指导下，铝电解就得到了高效的发展。但是随着时代的不断变化，社会的不断进步，铝电解行业在迅速发展的同时，也出现了资源严重紧缺的情况，能源以及环境的压力也越来越大，因此环保、电耗目前已然成为了阻碍电解铝行业发展的重要因素。

近些年以来，电解铝行业致力于挖掘节能减排的技术，开展技术改造，获得了不小的进展，特别是低电压节能方面都获得了很大的突破，在这之中较为引人关注的分为两类：

1、使用新型阴极结构技术，比如曲面型阴极、异形阴极以及导流型阴极。

2、强化电流，综合节能技术。

这两类低电压节能技术在电解铝行业实施了试验，表现出了很大的节能潜力，在电解铝行业也引起了很大的关注度以及影响。

二、综合节能技术的应用

1、高导电性阴极钢棒技术的应用

高导电性阴极钢棒可有效降低炉底压降，于钢棒出电处使用适量的绝缘材料，可起到控制阴极钢棒端导电面的作用。且阴极钢棒的结构也因此发生了较大的变化，钢棒的厚度也因此有所增加，炉底的压降明显下降。又因为普通阴极钢棒与高导电性阴极钢棒的结构不同，高导电性阴极钢棒主要采用分段式结构，其尺寸较普通阴极钢棒明显减小。所以将两种阴极钢棒对阴极的压降与水平电流的影响进行仿真处理，结果显示普通阴极钢棒的水平电流平均值、炉底压降以及电阻率要明显高于高导电性阴极钢棒。所以，采用高导电性阴极钢棒可有效保证电解槽的稳定运行，并且还可明显降低槽电压。

2、30%石墨阴极炭块和冷捣糊技术的应用

高石墨含量阴极炭块本身具有良好的性能，尤其是在抗钠性和抗腐蚀性方面，其优势更为明显，此外，这种材料也具有较强的导电性，因此其对降低炉底的压浆有着十分积极的作用；冷糊技术在环保性和捣实性上具有显著的优势，并且其焙烧收缩率较低。研究显示，30%的石墨阴极炭块电阻率差异较小，因此选用30%的石墨阴极炭块效果更佳。

3、电解槽保温技术的应用

随着科学技术的进步，电解铝行业的低压生产工艺也得到了快速的革新，使得电解槽当中的电压逐渐降低，但也使电解槽出现了能量失衡的问题，降低了氧化铝的溶解度，并在炉底部分出现了结壳和沉淀的问题，使电解槽的运行稳定性受到了影响，对低电压生产工艺的深入研究和应用造成了一定的阻碍，为了推动此类工艺的研究与深化，电解铝行业开始对分段高导电阴极钢棒技术加以应用，实现了电解槽内衬结构的合理优化，使上述问题得到了有效的解决。按照从上到下的顺序，具体可以将底部内衬结构分为硅酸钙板一层，厚度为65mm；蛭石保温砖两层，厚度为65mm，蛭石防渗砖两层，厚度为42mm，使用氧化铝对其缝隙进行填充；干式防渗料一层，厚度为69mm，前四层结构都需要采用干砌的方式进行处理，而最顶层部分的蛭石防渗砖则需要使用湿砌的方式处理。在此过程中，硅酸钙板、蛭石防渗砖以及蛭石保温砖之间的缝隙都需要应用蛭石防渗砖粉加以填充。内衬侧面结构需要使用厚度为6mm的纳米板进行处理，而保温纳米板则需要设置在斜面以上的部分。侧下部位的斜面需要对两种保温材料加以应用，分别是硅酸钙板80mm和陶瓷纤维板20mm。通过对保温槽和一般电解槽的各项指标对比，发现使用内保温的槽钢棒温度相对较低，同时炉帮温度也得到了明显的降低，炉底部分的温度从原有的147℃下降到了82℃，这也说明通过内衬保温结构的合理优化，大大提升了电解槽的保温性能。

4、优化阴极组装工艺的应用

在阴极组装中，应采用铺设石墨粉的方式，从而确保钢板与炭块接触更为充分，有效控制阴极钢棒和阴极炭块接触压降，可在炭块钢棒槽的底部铺置适量的石墨粉，同时采用样板刮平石墨粉的垫层。不仅如此，炭块钢棒槽的端头还应采用适量的糊料密封，从而有效减少石墨粉的损失。这里需利用性能较好的测量设备，从而充分保证铁碳压降测量的科学性及合理性。而为了更加有效地控制阴极炭块组装的效果，可采用专业的铁碳压降测试仪，增强测量的准确性。组装好后，其阴极温度需控制在室温上下，且规定测量标准在60mV以内。

三、240kA系列电解槽节能技术解决方案

1、焙烧启动管理分析

在实际的工作中应按照标准和要求完成焙烧启动工艺操作流程，并结合实际增加分流片，从而有效扩大分流的面积。电流强度要采用分阶段增加的方式来处理，使其从120kA上升至240kA。另外还要对电解槽的冲击压予以更为科学的控制，以此有效减少热冲击对阴极的损害，避免阴极与阳极电流出现分布不均的问题，产生局部过热的现象。这里需注意，普通槽的冲击电压为4.3V，而试验槽的冲击电压为3.76V。这种电解槽启动初期的电压要在6.5V以内，电解质的温度在1020℃以下，同时还要对电解质水平予以严格控制。每隔2h测量一次钢棒、炉底、炉帮和电解质的温度，若电解质温度在1020℃以上，应及时加入适量的铝液，以降低槽温，同时利用吹风降低槽内的温度。在非正常期，内槽电压、铝水平及电流效率等参数均需按照优化处理之后的方案予以妥善处理，这也能够有效避免因操作不科学对试验槽所构成的负面影响。

2、科学管理生产技术参数是提高电流效率的重要途径

生产技术参数是电解槽热场平衡和物料平衡的基础，是保证电解槽稳定高效运行的重要条件。具有良好技术条件的槽子，自平衡能力强，抗病能力强，电流效率高;反之，电流效率较低。生产中要根据生产实际情况，科学合理选定电流、电压、电解质温度、分子比、铝水平和电解质水平等重要技术参数，并科学搭配组合，长期稳定保持，使电解槽始终运行在最佳工作状态，才能确保生产稳定高效。

3、预焙阳极外观结构优化

在阳极结构方面，相关研究人员也做出了以下研究：

（1）将炭阳极当中的无用部分去掉，使阳极损耗被降低；

（2）对炭块底部进行改进，使电解期间的阳极气体能够有效排除，防止此类气体形成气膜，影响槽电压；

（3）对阳极高度进行调整，并将换极周期延长；降低换极造成的负面影响；

（4）在低电压生产工艺当中，阳极保温料具有较高的作用，对其进行有效的堆积，能够使阳极得到有效的覆盖和保护。出于对以上几点内容的考虑，电解铝行业先后针对阳极进行了倒角、开槽以及结构改进、技术创新等处理，使预焙阳极结构得到了全面的优化。

结语：综上所述，综合节能技术具有良好的应用效果，电解铝行业一定要对其保持高度的重视，并通过不断地创新与应用，有效推动自身的发展。

参考文献：

[1]王刚，李贤.综合节能技术在240kA铝电解槽上的应用[J].有色金属（冶炼部分），2017，3（1）

[2]徐治仪.240kA铝电解槽低电压综合节能技术的研究及应用[D].中南大学，2013.

[3]苏其军，赵瑞敏，陈才荣，等.420kA大型预焙槽系列综合技术开发与应用[Z].云南云铝涌鑫铝业有限公司，贵阳铝镁设计研究院有限公司，2015.