CN100585016C - 一种铝电解槽强化电流的方法 - Google Patents
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Abstract
一种铝电解槽强化电流的方法，在不改变电解槽原有内部整体结构的条件下，在不停产和保持阳极尺寸不变的情况下，通过在铝电解槽上附加一个移动式有载直流整流变压器或利用供电系列富余电功率或增加供电设施，使任意电解槽形成闭合的电流回路，采用电流叠加原理，将预焙铝电解槽的系列电流提升设计电流强度的10～15%，使阳极电流密度提升到0.83A/cm2左右，电解槽在优化工艺技术条件和改进阴阳极的同时建立新的优化生产平衡条件，保持合理的电解工艺参数和电解槽的电热平衡，实现增加电解系列产能和降低能耗的目的。
Description
技术领域
本发明属于有色金属铝电解技术领域，具体地说是一种预焙阳极铝电解槽进行系列电流强化的方法。
背景技术
目前，国内各铝用炭素厂所生产的预焙阳极质量指标等与国外同类产品相比有较大差异，国内铝电解槽阳极电流密度比较低(0.72A/cm2左右)，不能较好地利用资源以增加产能和降低电耗，而国外铝电解槽阳极电流密度达到0.85A/cm2以上。我国大型预焙阳极电解槽的设计阳极电流密度一般不超过0.73A/cm2。这反映了我国在电解槽设计、阳极质量、内衬质量等多方面的差距，同时也显示出在提高阳极电流密度方面，我们仍有很多潜力可挖。
国内其它铝电解槽强化电流的方法，一般是对预焙阳极炭块的尺寸、生产线或电解槽的结构发生相应变化，工程量大、施工复杂，投资额较高，一般电流强化和产能增加的幅度在10％以内。
通过加长阳极尺寸进行铝电解槽的扩容改造，虽然电流强度有所提高，但由于增大了阳极尺寸，其电解槽的阳极电流密度和单位面积产能均未得到有效地提高。
由于高阳极电流密度铝电解槽是在不降低电流效率和不增加设备的情况下，提高铝电解反应速度，以提高铝的产量，大幅度地提高劳动生产率，大幅度降低生产成本，从而产生显著的经济效益，所以，它也是当今铝工业的高新技术。开发高阳极电流密度的铝电解生产方法，是一个系统的技术创新工程。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用原设计的电解槽结构，在不停产和保持阳极尺寸不变的情况下，增加电解系列产能和降低能耗的铝电解槽强化电流的方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种铝电解槽强化电流的方法，其特征在于该方法是在原有阳极尺寸、原有铝电解槽内部整体结构的基础上，在不停产的情况下，通过在铝电解槽上附加一个移动式有载直流整流变压器或利用供电系列富余电功率或增加供电设施，使任意电解槽形成闭合的电流回路，采用电流叠加原理，将预焙铝电解槽的系列电流提升设计电流强度的10～15％，阳极电流密度达到0.83A/cm2左右，从而使电解槽单位面积产能相应提高10～15％，在预焙铝电解槽的系列电流的提升过程中，采取的相应技术措施包括：
(一)选用底部开槽的高质量预焙阳极，特别是将焙烧阳极的体积密度由1.52g/cm3提高至1.55g/cm3；
(二)建立新的电解槽热平衡，将铝水平由原来的20cm调整为22cm；
(三)调整极距，降低电解槽的设定电压，由原来的4.18V调整至4.15V；
(四)将铝电解槽的阳极效应系数由设计值的0.3次/日降低至0.10次/日以下；
(五)在阴极上采用高石墨质阴极底部炭块和氮化硅结合碳化硅侧部炭块；
(六)调整换极周期，将电解槽预焙阳极的换极周期由28天缩短为26天。
上述预焙铝电解槽的系列电流的提升采用阶梯式的升流曲线，分阶段性地升高电解系列的电流强度。
本发明提供的上述铝电解槽强化电流的方法，是一项铝电解行业的综合技术，可使实际系列电流比原设计电流提高10～15％，产能也可相应增加10～15％，阳极电流密度接近或达到0.83A/cm2左右。该方法与现有其它电流强化方法相比，具有以下特点：
①本发明电流强化的程度和产能增加的幅度较高，可提高10％以上。
②本发明不改变阳极尺寸及电解槽结构，因而不需要对预焙阳极生产线和阳极提升装置进行改动，易于实施，且大大节省了投资，产生效益大。
③本发明是一种高阳极电流密度电解槽，阳极电流密度可达到0.83A/cm2，为国内最高，达到了国际先进水平，缩小了国际领先水平的差距，改变了以往国内铝电解槽阳极电流密度偏低的状况。该方法实施后，电解槽单位面积产能可以提高10～15％左右，单槽产铝量和设备有效利用率大幅提高，提高了劳动生产率，降低生产成本，从而产生显著的经济效益。
综上所述，本发明在不改变电解槽整体结构和阳极尺寸的条件下，利用铝电解现有设备及生产线，在保证阳极质量的前提下，通过提高铝水平、降低槽电压、使用焙烧新工艺生产的新型开槽阳极、使用侧部散热较好的氮化硅结合炭化硅碳块和选用高石墨含量或石墨化阴极炭块新型材料等措施保持合理的电解工艺参数和电解槽的电热平衡，对电解槽进行系列电流的强化工作，投资省，见效快，是对现有资源的有效利用，增产降耗效果显著，符合当前国家建设资源节约型社会的政策。使用该电流强化技术不需要建新厂，用少量改造投资就可以增加10～15％以上的铝产量，达到提高阳极电流密度，增加电解系列产能的目的，意义重大，经济效益显著，推广应用的前景是光明的。
具体实施方式
本发明在兰州铝业股份有限公司200KA大型预焙铝电解槽上进行电流强化改造中实施，是在不改变原有结构的铝电解槽、不改变阴极整体结构和不增加阳极尺寸的情况下，通过在铝电解槽上附加一个3000KVA的移动式有载直流整流变压器(或使用其它电源)或利用供电系列富余电功率或增加供电设施，使任意电解槽形成闭合的电流回路，采用电流叠加原理，将预焙铝电解槽的系列电流强度提升10～15％，从而使铝电解槽阳极电流密度及生产能力得到大幅提升。铝电解槽在进行电流强化的同时，需要通过优化工艺技术条件和改进阴阳极，建立新的优化生产平衡条件，保持合理的电解工艺参数和电解槽的电热平衡。具体采取的工艺保证措施如下：
(一)选用高质量的预焙阳极，特别是提高阳极的体积密度，通过开发和优化阳极的煅烧、焙烧技术，选取优化的阳极糊配方等新工艺技术使焙烧阳极的体积密度由1.52g/cm3提高至1.55g/cm3。防止阳极在电解过程中的掉角、掉块和氧化损失，保持阳极电流密度的均衡，开发生产出带有两条沟线的新型阳极以适应电流强化条件下的生产工艺。同时在铝用炭素生产系统中原材料预处理、混涅、成型、焙烧、多功能天车等关键设备均采用国外先进设备，保证了较高的铝用炭素产品质量，为强化电流和提高阳极电流密度创造了有利条件。
(二)建立新的电解槽热平衡，克服电流升高后对物理场和电流分布的影响。将铝水平由原来的20cm调整为22cm，铝液水平提高后可以增大炉底散热、减小磁场的影响。
(三)调整极距，降低电解槽的设定电压，由原来的4.18V调整至4.15V，这样可以减少因系列电流升高而带来的部分多余热量，减少电解槽热收入，使电解槽输入和输出的热量达到平衡，降低电耗。
(四)通过对电解槽控制系统的升级和软硬件的技术改造，优化了工艺参数控制，有效提高了铝电解系列的的控制水平。对试验槽单独进行监控和控制；改造了槽压表，提高槽压表的精度和稳定性；对CAN总线重复器和电流驱动器进行优化配置；建设了200KA电解槽监控网络。
(五)使用底部开槽的阳极，可以有效带走因为系列电流升高而带入的多余热量。可以促进阳极气体向外界的排放，减少气泡在阳极底部停留的时间和阳极底部气泡的覆盖率，有利于减小阳极气体压降，降低槽电压，达到节能的目的；有利于降低阳极效应系数，降低能耗；有利于保持电解质流场的均匀与稳定，减少铝液与阳极气体发生“二次反应”的几率，从而有利于电流效率的提高。
(六)设置合理的电解工艺参数和保持电解槽的稳定运行。保持合理的过热度、分子比及炉膛内型，适当提高铝水平、降低槽电压、换极周期由28天调整为26天、降低效应系数。
(七 )电流强化采用阶梯式的升流曲线，分阶段性地升高电解系列的电流强度，并分段设置电解工艺参数，保持稳定后再进行下一阶段的电流升高，保证电解槽的平稳运行。
(八)降低阳极效应系数。将铝电解槽的阳极效应系数由设计值的0.3次/日降低至0.10次/日以下，有效降低电解槽的效应系数，可以减少因电解槽产生阳极效应带入的热量。
(九)加强电解槽的上部散热，调整槽体系各部位的散热比例。减薄阳极覆盖料厚度，加大阳极导杆和钢爪面积，使电解槽阳极导杆、钢爪、槽上部因电流升高增加的热量散发出去。保持电解槽合理的热平衡，是电流强化试验成功的关键技术。同时，对电解槽电流升高产生的对阴极内衬的影响，采用有效的电解槽中小修方法，延长电解槽阴极的使用寿命。
(十)选用高石墨、高导电阴极炭块。在阴极上采用高石墨质阴极底部炭块和氮化硅结合碳化硅侧部炭块，有效解决了电解槽底部和侧部散热的问题，防止了出现化炉帮、槽底部过热等因电流升高所带来的问题的出现，降低了炉底电压降，同时达到了节能降耗的目的。
Claims (3)
1、一种铝电解槽强化电流的方法，其特征在于该方法是在原有阳极尺寸、原有铝电解槽内部整体结构的基础上，在不停产的情况下，通过在铝电解槽上附加一个移动式有载直流整流变压器或利用供电系列富余电功率或增加供电设施，使任意电解槽形成闭合的电流回路，采用电流叠加原理，将预焙铝电解槽的系列电流提升设计电流强度的10～15％，阳极电流密度达到0.83A/cm2左右，从而使电解系列产能提高10～15％，在预焙铝电解槽的系列电流的提升过程中，采取的相应技术措施包括：
(一)选用底部开槽的高质量预焙阳极，特别是将焙烧阳极的体积密度由1.52g/cm3提高至1.55g/cm3；
(二)建立新的电解槽热平衡，将铝水平由原来的20cm调整为22cm；
(三)调整极距，降低电解槽的设定电压，由原来的4.18V调整至4.15V；
(四)将铝电解槽的阳极效应系数由设计值的0.3次/日降低至0.10次/日以下；
(五)在阴极上采用高石墨质阴极底部炭块和氮化硅结合碳化硅侧部炭块；
(六)调整换极周期，将电解槽预焙阳极的换极周期由28天缩短为26天。
2、根据权利要求1所述的铝电解槽强化电流的方法，其特征在于上述预焙铝电解槽的系列电流的提升采用了阶梯式的升流曲线，分阶段性地升高电解系列的电流强度。
3、根据权利要求1或2所述的铝电解槽强化电流的方法，其特征在于上述预焙铝电解槽是指系列电流为200KA的电解槽。
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