CN101358358B - 多阳极电解槽电解的单阳极分流调控装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多阳极电解槽电解的单阳极分流调控装置及方法，装置为在电解槽内阳极单元包括阳极母线、竖直安装在阳极母线上有一定数量的阳极组，阳极组包括阳极导杆以及其上固定的阳极炭块，每个阳极组通过阳极导杆分别单独活动安装在阳极母线上，在每个阳极导杆上端安装有阳极导杆调控装置，用于适时调节每个阳极导杆的高度；在阳极母线与阳极导杆之间实现软连接，并且在每个阳极导杆上安装有阳极电流测量装置。本发明改变被动的生产工艺控制，主动去解决、预防电解槽及电解生产中的电流偏流，自动导向控制、均衡电解槽的生产电流，均衡电解槽的热收入。可以最大程度将单个电解槽的电流效率提高，保护阳极，保护电解槽，使阳极的利用最大化，非常利于推广实施。

Description

多阳极电解槽电解的单阳极分流调控装置及方法

一、技术领域：

本发明涉及工业电解生产中多组阳极电解槽的单组阳极电流调控技术，特别是涉及一种多阳极电解的单阳极分流调控装置及方法。

二、背景技术：

目前的工业多阳极电解槽电解生产，采用的计算机控制，模糊控制系统。理想的电解生产状态时，阳极下不会积存大量的气体，电解质水平均匀；阳极在电解质的同一深度、底面呈一个平面插入电解质中；生产电流在每一组阳极通过阳极炭块均匀通过，进入电解质；阳极中、电解质中、铝液及阴极炭块组中的电流密度分布均匀，电解生产运行平稳，电解质成分合理。电解效应很少发生，电解效率、电流效率相应较高。在长期的、稳定的运行过程中，阳极电流形成一个经济、合理的最佳电流密度，在最佳的电流密度下运行，电解质内电流分布均匀，阳极及阴极电流分布均匀，电解质成分均匀，电解质温度分布均匀，电解槽温度分布均匀，电解生产最经济，电解槽的寿命相应较长。

然而在实际工业多阳极电解生产过程中，特别是大型电解槽，由于电解质成分分布不均、电解槽内集气等，使电解槽内部的不同区域电流密度偏大、或者偏小，造成电解生产的电流效率、电解效率降低，不利于电解生产的长期、正常稳定运行。

公知的工业多阳极电解生产中，所控制的是电解阳极的整体，不对单组阳极进行控制，无法对电解槽内的生产电流进行导向控制，也无法将单组阳极的电流进行有效导控。因此，当电解槽运行不稳定，槽子内每块阳极的电流不均时，无法对电解生产实行有效控制；电解槽内的生产电流不均衡，电解生产的电解效率、电流效率都将随之降低，电解槽出现阳极效应。引起电解生产中电解槽内的生产电流不均衡的原因很多，如：阳极下积存大量气体、部分单块阳极插入电解质过深、电解质成分不均、电解质成分的变化、阳极长包、电解质温度分布不均匀、电解槽温度分布不均匀等。阳极下积存大量气体时，阳极、电解质导电状态变差，会导致部分阳极电流减小或不导电，同时另一部分阳极电流增大、电流密度增大；部分单块阳极插入电解质过深时，会导致单阳极电流过大、电流密度增大；一些阳极下出现成团气体时，由于气体电阻较大，阻碍阳极的电流通过，导致电解槽内阳极偏流，引起一部分阳极电流升高，一部分阳极电流降低；电解质温度分布不均匀、电解槽温度分布不均匀时，会进一步恶化电解生产；这些原因都会引起个别阳极电流不能保持平均电流，有的比平均电流大(称单块阳极电流过高)，有的比平均电流小(称单块阳极电流过低)；统称阳极偏流，也就是电解槽及电解生产中的电流偏流。阳极偏流时，电解生产发生种种效应，电解效率降低，能源消耗增加，阳极消耗增加，电解槽内热收入分配不均，电解槽内热平衡被破坏，导致电解槽生产无法合理、正常、安全、经济进行，甚或损坏电解槽、电解设备，导致电解生产能耗增加、甚至电解生产无法正常进行。当前的计算机控制，模糊控制采取的对应方法是整体提高电解槽电压，增加电解槽的热收入；或者加入氧化铝、氟化盐；或者使用效应棒来被动的改变电解槽的生产条件。这些是被动的补救方法，无法主动解决电解生产中出现的一些阳极偏流及其引发的问题。

由于经常引发电解效应，在没有使用电抗器的情况下，电解生产电流时高时低，很难实行有效控制，为了稳定电解生产电流，很多铝电解厂家使用饱和电抗器来调节、稳定电解生产电流，但是饱和电抗器在在调节、稳定电解生产电流的同时，自身消耗大量的有功与无功电能，使电解生产的电能利用率降低。同时也造成电力网络的功率因数降低。

阳极偏流导致电解生产引发多种效应，不但消耗能源，消耗阳极，降低电解效率，甚或损坏电解槽、电解设备，导致电解槽生产无法合理、正常、安全、经济进行。

专利号为200610032596.9的中国发明专利“基于节能的铝电解槽单阳极极距调整方法”公开了一种通过先调整整体阳极横梁母线，再通过测量各阳极电流和各电极极距，通过与标准电流对比来调整单个电极高低的方法，有效地调整电流平衡，提高电流效率，降低能耗，提高槽寿命。然而，

三、发明内容：

本发明是克服现有技术存在的不足，设计并制作出一种多阳极电解的单阳极分流调控装置及方法。

技术方案：

一种多阳极电解的单阳极分流调控装置，在电解槽内上端安装有阳极单元，下端安装有阴极单元，以及在电解槽内阳极单元与阴极单元之间的电解质和铝液，所述阳极单元包括阳极母线、竖直安装在阳极母线上有一定数量的阳极组，每个阳极组包括阳极导杆，以及阳极导杆上固定的阳极炭块，所述每个阳极导杆分别通过压紧装置单独活动安装在阳极母线上，在每个阳极导杆上端与阳极母线接触处安装有阳极导杆调控装置，用于适时调节每个阳极导杆的高度；并在所述阳极母线与每个阳极导杆之间连接有导线实现软连接，在每个阳极导杆的全导电部位安装有电流测量装置；单组阳极调整机构可以是齿轮机构或液压装置，并通过其完成对单阳极组的调节。所述电流检测装置为现有一般的电流检测装置。

所述软连接的导线，其一端焊接或通过压紧装置固定在阳极母线上，另一端焊接或通过压紧装置固定在阳极导杆的近似位置。

所述软连接导线，在阳极导杆或阳极母线上的固定，两端只有有一端为焊接方式的固定。

所述软连接的导线，两端均通过压紧机构分别固定在阳极母线上和相应阳极导杆上。

所述电流检测装置位于每个阳极导杆全电流导电部位的近似高度。

所述阳极导杆调控装置为自动化控制装置同时可以由人工调节。

所述阳极导杆电流测量装置为在阳极导杆全电流导电部位采用定长距离的分流电阻来实现，或者在阳极导杆上通过测量得到的相同效果的分流比例电阻的方法取得分流电阻来实现。

一种多阳极电解的单阳极分流调控方法，适用于所述的单阳极分流调控装置，包括以下步骤：

(1)通过自动化系统或人工检测电解系列的总电流I_总与单个阳极导杆上的实际电流I_n；

(2)通过自动化系统用总电流I_总与总阳极工作数n之比计算出单个阳极导杆的平均电流I_v；

(3)对比单个阳极导杆上的实际电流与平均电流的大小，通过自动化系统或人工调节所述单阳极分流调控装置，当单个阳极导杆上实际电流大于平均电流时，上移阳极导杆，直到其实际电流与平均电流相等或接近相等，或者当单个阳极导杆上实际电流小于平均电流时，下移阳极导杆，直到实际电流I_n停留在理想电流范围内，即平均电流I_v上、下的一个范围区间范围内，实际电流与平均电流相等或接近，即对电解槽的生产电流、单阳极生产电流实行导向控制。

在步骤(1)与步骤(2)之间还包括对每个电解槽内阳极工作数量的检测和判断。

还在电解槽的阳极单元或阴极单元上设有电压检测及控制装置，通过自动化系统或人工对电解槽总电压进行检测和调节。

对电解系列的总电压调节时，采用调节阳极母线升高、降低的方式进行总体调节，或者通过分别调节单组阳极行程的方式进行调节。

根据阳极的使用效果，自动化系统自动选择消耗完毕、电流导通异常的阳极予以推出、更换。

本发明的有益效果：

1、本发明改变被动的生产工艺控制，主动去解决、预防电解槽及电解生产中的电流偏流，自动导向控制、均衡电解槽的生产电流，均衡电解槽的热收入。

2、本发明的多阳极电解的单组阳极分流调控装置及方法，单组阳极能均匀分配电解生产直流电流，或根据生产需要调整及均分电解系列的单个电解槽的槽电压。尤其是能根据电解生产的需求或电解槽的工作状况及电解生产状况，自动调控或者人为调控多组阳极中单组阳极的分流电流，对电解槽生产电流、单阳极生产电流实行导向控制。

3、本发明的多阳极电解的单阳极分流调控装置及方法，在电解生产运行中，调控单阳极电流均衡，平衡电解槽内生产电流，可以最大程度将单个电解槽的电流效率提高；可以最大程度的保护阳极，保护电解槽，使阳极的利用最大化；可以摒弃无益的阳极消耗，保证电解生产中阳极消耗的合理化；可以根据电解生产中的阳极消耗及使用程度，自动选择消耗到一定限度的阳极、将其退出进行更换；可以最大程度的消除不必要的电能消耗；可以最大程度的降低电解质水平的高度，降低电解槽的热量收入，相对延长电解槽的使用寿命；避免槽电解槽热收入不均衡对电解槽的损坏；均衡阳极组电流，消除电解效应，从而最终将用以调节电流(但是消耗大量电能)的电抗器退出。非常利于推广实施。

四、附图说明：

图1是现有电解槽中多阳极电解调控装置理想使用状态示意图；

图2是现有电解槽中多阳极电解调控装置实际使用状态示意图；

图3是本发明的多阳极电解的单阳极分流调控装置结构示意图；

图4是图3中单阳极结构示意图之一；

图5是图3的单阳极结构示意图之二；

图6是自动化系统检测电解系列的框图示意。

图中编号：

1.阳极母线，                         7.阳极导杆中的电流分布，

2.阴极母线(下一电解槽立柱母线)，     8.电解槽边部伸腿，

3.阳极导杆，                         9.电解质，

4.阳极母线中的电流分布，             10.铝液，

5.阳极壳面下的气体团，               11.阴极炭块，

6、阳极母线—阳极导杆软连在阳极母    12.阴极软连母线，

线上的压紧固定装置                   13.阳极炭块，

14.阳极导杆电流测量装置，      19.立柱母线(上一电解槽阴极母线)，

15.阳极导杆调控装置，          20.阴极母线中的电流分布，

16.阳极母线—阳极导杆软连导线，21.阳极母线—阳极导杆软连在阳极

17.阳极导杆压紧装置，          导杆上的压紧固定装置，

18.电解质与铝液中的电流分布，  22.后一台电解槽的阳极母线

五、具体实施方式：

实施例一：参见图3、图4，一种多阳极电解的单阳极分流调控装置，在电解槽内上端有阳极单元，下端有阴极单元，以及在电解槽内阳极单元与阴极单元之间的电解质9和铝液10，所述阳极单元包括阳极母线1、竖直安装在阳极母线1上有一定数量的阳极组，每个阳极组包括阳极导杆3，每一阳极导杆3上固定一块阳极炭块13，所述每个阳极导杆3分别单独活动安装在阳极母线1上，在每个阳极导杆3上安装有阳极导杆调控装置15，用于调节每个阳极导杆3的高度，同时调节阳极炭块13与电解质9的接触紧密程度；并在所述阳极母线1与每个阳极导杆3之间并联连接有导线16实现软连接，在每个阳极导杆3的导电部位安装有电流测量装置14。

所述软连接的导线16，其一端固定在阳极母线1上，另一端固定在阳极导杆3上，在阳极导杆电流测量装置14与阳极母线1之间的位置上。

所述电流检测装置14位于阳极炭块13与所述软连接导线固定装置21之间，阳极导杆3上全电流导电部位的近似高度。

所述阳极导杆调控装置15为自动化控制的装置，也可由人工进行操控。例如阳极导杆调控装置15采用液压系统控制阳极导杆3的运动。或者采用电机带动的齿轮机构系统控制阳极导杆3的运动。

所述阳极导杆电流检测装置14，实际为阳极导杆上的一段分流电阻；在同一电解槽、相同规格、材质的阳极导杆上采用定长的距离作为分流电阻来实现，或者在阳极导杆3上通过测量方法取得相同比例分流电阻的方法取得分流电阻来实现。

另外，在阳极母线1与阳极导杆3之间通过压紧装置17滑动连接。

所述压紧装置17与阳极导杆3采用滚动连接，压紧装置17以适当的力量将阳极导杆3压紧在阳极母线1上。

实施例二：附图未画，意义与实施例一基本相同，相同之处不重述，不同的是：阳极导杆套装在阳极导杆调控装置的安装孔内，并通过压紧装置保持与阳极母线接触，阳极导杆调控装置固定在阳极母线上，阳极导杆调控装置采用齿轮减速系统控制阳极导杆的运动。

所述软连接的导线一端通过压紧机构固定在阳极母线上，另一端通过焊接固定在阳极导杆上，且固定在所述压紧装置与阳极导杆电流检测之间的全电流段。

实施例三：参见图5，编号与实施例一相同，意义相同，相同之处不重述，不同的是：所述软连接的导线16一端通过压紧机构6固定在阳极母线1上，另一端通过压紧机构21固定在阳极导杆3上，且固定在所述阳极导杆与阳极母线接触处电流检测装置14之间的全电流段。

实施例四：参见图5，意义与实施例一基本相同，相同之处不重述，不同的是：所述软连接的导线，其一端焊接在阳极母线上，另一端通过压紧固定机构21压接固定在阳极导杆上。

实施例五：参见图6，一种多阳极电解的单阳极分流调控方法，适用于实施例一所述的单阳极分流调控装置，包括以下步骤：

(1)通过自动化系统检测电解系列的总电流I_总与单个阳极导杆上的实际电流I_n；

(2)自动化系统用总电流I_总与总阳极工作数n之比计算出单个阳极导杆的平均电流I_v；

(3)对比单个阳极导杆上的实际电流与平均电流的大小，自动化系统调节所述单阳极分流调控装置，或人工干预调节所述单阳极分流调控装置，当单个阳极导杆上实际电流大于平均电流时，上移阳极导杆，直到其实际电流与平均电流相等或接近相等，或者当单个阳极导杆上实际电流小于平均电流时，下移阳极导杆，直到其实际电流与平均电流相等或接近相等，直到实际电流I_n停留在理想电流范围内，即平均电流I_v上、下的一个范围区间范围内。

实施例六：意义和内容与实施例五基本相同，相同之处不重述，不同的是：在步骤(1)与步骤(2)之间还包括对每个阳极工作数量的检测和判断。由于在实际应用中，可能出现部分阳极炭块消耗殆尽而其余阳极炭块还有剩余的情况，部分消耗殆尽的阳极炭块须适时退出运行，此时自动化系统或人工检测实际使用的阳极数量，进行平均电流的计算。

实施例七：意义和内容与实施例五基本相同，相同之处不重述，不同的是：还在电解槽的阳极单元或阴极单元上设有电压检测及控制装置，通过自动化系统或人工对电解槽总电压进行检测和调节。

对电解系列的总电压调节时，采用调节阳极母线升高、降低的方式进行总体调节，或者通过分别调节单组阳极升高、降低的方式进行调节。

结合实施例五、六、七，将本发明专利的多阳极电解的单阳极分流调控方法简称为I导V控方法，结合实施例一、二、三、四，将本发明专利的多阳极电解的单阳极分流调控装置简称为I导V控装置。

以下是对比现有电解槽的理想效果及其实际应用效果、本发明的单阳极分流调控方法的实际效果表格：

 

电解各种情况的对比	理想的电解生产(图1)	目前的效应电解(实际应用效果图2)	I导V控的电解生产(图3)
				生产中阳极调整情况	阳极整体调整	阳极整体调整	阳极单个/整体调整
后期阳极炭块消耗	不完全、熔化极爪	不完全、熔化极爪	完全、不熔化极爪

 

电解各种情况的对比	理想的电解生产(图1)	目前的效应电解(实际应用效果图2)	I导V控的电解生产(图3)
				投入后阳极炭块的即时生产状态	不能即时正常工作	不能即时正常工作	投入即能正常工作
阳极状态调整	整体适时调整	整体适时调整	单个/整体适时调整
				阳极炭块底掌面	底掌平整、	底掌平整或不平整	底掌不求绝对平整
阳极炭块在电解质中的工作状态	插入电解质较深	插入电解质较深	可以插入较浅、漂浮在电解质上
				阳极导杆与阳极母线接触面保护	无	无	有、使用软连
阳极导杆导电面及导电情况	直，接触面光滑，导电均匀	直，接触面粗糙导电不均	直，接触面光滑，导电均匀
				阳极母线导电面及导电情况	接触面光滑，导电均匀	接触面粗糙导电不均	接触面光滑，导电均匀
导杆-阳极母线接触	有烧灼现象	烧灼现象严重	无烧灼现象
				阳极退出	人工	人工	自动
单阳极调整机构	无	无	有
				阳极更换依据	工作日安排	工作日安排	消耗状态
电流测控	人工测量，不控制	人工测量，不控制	自动测量、自动控制
				槽子阳极电流控制	不导向、不控制	不导向、不控制	I导V控
系列电压、电流	电压稳定、电流平衡	电压不稳定、电流波动较大	电压稳定、电流平衡
				阳极炭块电流分布	均匀	不均	均匀
阴极炭块电流分布	均匀	不均	均匀
				电解质电流分布	均匀	不均	均匀
铝液电流分布	均匀	不均	均匀
				整体电流调整	使用饱和电抗器	使用饱和电抗器	通过自身阳极调整、可以不使用饱和电抗器
槽电压情况	稳定	不稳定	稳定
				槽电压调整	阳极整体调整	阳极整体调整	单个调整或整体调整
槽子工作状况	稳定	不稳定	稳定
				槽子槽帮、炉膛情况	槽帮完好、炉膛规整	槽帮、炉膛不规整受损较严重	槽帮完好、炉膛规整

 

槽寿命	长	短	长
				槽子的电流效率	电流效率高	电流效率低	电流效率高
效应系数	少	频发	应无
				电解槽热收入分布	均匀	不均匀，效应时影响大	均匀，热收入分布可以调整
单个阳极电流适时调整	无法实现	无法实现	I导V控适时调整

Claims (5)

1.一种多阳极电解的单阳极分流调控装置，在电解槽内，上端安装有阳极单元，下端安装有阴极单元，以及在电解槽内阳极单元与阴极单元之间的电解质和铝液，所述阳极单元包括阳极母线、竖直安装在阳极母线上有一定数量的阳极组，每个阳极组包括阳极导杆，以及阳极导杆上固定的阳极炭块，其特征是：所述每个阳极组通过阳极导杆分别单独活动安装在阳极母线上，在每个阳极组的阳极导杆上端与阳极母线接触处安装有阳极导杆调控装置，用于适时调节每个阳极导杆的高度，所述阳极导杆调控装置采用液压系统控制阳极导杆的运动，或者采用电机带动的齿轮机构系统控制阳极导杆的运动，所述阳极导杆调控装置为自动化控制的装置；在所述阳极母线与每个阳极导杆之间并联接有软导线实现软连接，在每个阳极导杆的有效全导电部位安装有阳极电流测量装置。

2.根据权利要求1所述的多阳极电解的单阳极分流调控装置，其特征是：所述软连接的导线，其一端焊接或通过压紧装置压接固定在阳极母线上，另一端焊接或通过压紧装置压接固定在阳极导杆的近似位置。

3.根据权利要求1所述的多阳极电解的单阳极分流调控装置，其特征是：在多阳极组电解槽电解系统中，通过自动调整单组阳极对电解槽生产电流进行导向控制。

4.根据权利要求1所述的多阳极电解的单阳极分流调控装置，其特征是：所述电流检测装置位于每个阳极导杆全电流导电部位的近似高度。

5.根据权利要求1所述的多阳极电解的单阳极分流调控装置，其特征是：所述阳极导杆电流测量装置为在阳极导杆全电流导电部位采用定长距离的分流电阻来实现，或者在阳极导杆上通过测量得到的相同效果的分流比例电阻的方法取得分流电阻来实现。

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