DOC《300 kA新式异型阴极双钢棒铝电解槽生产实践》

300 kA新式异型阴极双钢棒铝电解槽生产实践 赵应彬,王平,陈谦 (四川启星铝业有限责任公司,四川眉山 620010) 摘要:300 kA新式异型阴极双钢棒铝电解槽可有效减缓铝液的流动、大幅降低铝液水平电流、降低铝液和电解质界面变形的波形幅度、提高电解槽的稳定性、降低电解槽的工作极距,同时使槽侧部由原来的散热型改为保温型来维持电解槽的热平衡.

在保证电解槽平稳高效生产的前提下,电流效率比普通异型阴极电解槽高1个百分点以上,吨铝直流电耗降低400 kWh. 关键词:异型阴极;

双钢棒;

铝电解槽;

侧部保温;

低电压;

节能 中图分类号:TF821 文献标识码:A 文章编号:1007-7545(2014)02-0000-00 Plant Practice of

300 kA Double Steel Bars Aluminium Electrolysis Cell with New Shaped Cathode ZHAO Yin-bin, WANG Pin, CHEN Qian (Sichuan Aostar Aluminum Limited Company, Meishan 620010, Sichuan, China) Abstract: With application of

300 kA double steel bar aluminium electrolytic cell with new shaped cathode, flow of aluminum liquid, current level of aluminum liquid, waveform amplitude of interface deformation between aluminum liquid and electrolyte are effectively reduced, stability of electrolyser is improved, and working polar distance of electrolyser is shortened. Based on a steady and efficient production, the current efficiency of new aluminium electrolytic cell is one percent higher than that of the normal one while the power consumption of per tonnage is lower by

400 kWh than that of the normal one. Key words: shaped cathode;

double steel bar;

aluminium electrolytic cell;

side insulation;

low voltage;

energy saving 由于电解铝企业属于高能耗、资源依赖性产业,是目前国家宏观调控的重点,国家出台了新一轮的节能目标,电解铝产业面临新的挑战.电解铝自H-H法诞生以来,各项技术创新推动了电解生产技术指标的不断提高.然而再通过改变技术参数、现场管理条件等提高技术经济指标的空间已经非常有限,目前研究的重心和方向已经调到如何改变硬件、优化设计等层面上.新式异型阴极双钢棒电解槽[1-3](下称新式槽)的使用就是基于该背景下提出并发展起来的.这种槽型在阴极上设置若干个挡铝墙,减缓铝流速、降低铝液波动,进而降低电压,实现节能降耗;

槽侧部由原来的散热型改为保温型,以维持电解槽的热平衡;

同时改变阴极钢棒的导电结构,大幅降低铝液水平电流.我公司有30台新式异型阴极双钢棒电解槽投入生产,目前电解槽运行平衡,各项指标取得良好效果.

1 新式槽结构简述 新式槽是公司以往300 kA普通电解槽大修后的新型槽,其槽壳尺寸一样,只是内衬结构发生了系列变化.目前国内的异型阴极有很多种设计方法,我公司的异型阴极长3

340 mm,宽515 mm,高由450 mm提高至500 mm,凸台高度70 mm.侧部采用20 mm陶瓷纤维板.槽壳钢棒窗改造:上部切除30 mm,下部切除10 mm.阴极钢棒高度由180 mm提高至230 mm,阴极钢棒沿长度方向在靠近阴极炭块端部的一段被分割成上下两部分,从而改变阴极钢棒的导电结构;

切割的尺寸一般为:长度700~900 mm、沟槽宽度5 mm.开槽最近端离钢棒端部约450 mm,阴极钢棒在阴极炭块中间部分没有被分割的一段全部用导电体与阴极炭块连接,靠近阴极炭块端部的阴极钢棒上半部分采用导电体与阴极炭块连接,下半部分采用绝缘体与阴极炭块绝缘,分隔缝内采用绝缘材料填充,使上下两部分阴极钢棒绝缘,根据试验[3]测算可以减少和降低水平电流30%~60%.

2 新式槽的焙烧与启动 新式异型阴极双钢棒电解槽的焙烧方法与普通异型阴极电解槽(下称普通槽)一样,都是采用焦粒-电解质焙烧方法,但是启动后电解槽的稳定性和电压的下降程度有所不同(见图1). 收稿日期:2013-07-16 作者简介:赵应彬(1977-),男,贵州遵义人,工程师. 图1 不同类型电解槽启动后工作电压降到3.7 V的时间对比 Fig.1 Comparison between different types of electrolyser of time of working voltage down to 3.7 V after starting 从图1可以看出,由于新式槽铝液中的水平电流得到了明显改善,所以启动后新式槽的稳定性比普通槽要好,工作电压下降的速度要快得多,一般启动后30天左右工作电压就可以从4.5 V降到3.7 V,而普通槽则需要60天左右.

3 新式槽与普通槽炉帮厚度抽样对比 新式槽与普通槽炉帮厚度对比结果见表1. 表1 新式槽与普通槽炉帮厚度对比 Table

1 Wall thickness of new and ordinary aluminum cell /cm 阳极编号 前3个月 正常期 普通槽 新式槽 差值 普通槽 新式槽 差值 A3-A4

14 17 -3

13 16 -3 A5-A6

14 18 -4

13 17.5 -4.5 A7-A8

15 18 -3

15 19 -4 A9-A10

16 20 -4

15 20 -5 出铝端

28 31 -3

14 28 -14 B3-B4

12 17 -5

16 17 -1 B5-B6

16 17 -1

14 19 -5 B7-B8

15 19 -4

16 19 -3 B9-B10

6 18 -12

9 19 -10 烟道端

27 30 -3

25 27 -2 平均

16 21 -5

15 20 -5 从表1的测量结果看,新式槽的炉帮厚度普遍都比普通槽厚,平均厚5 cm左右,说明新式槽在水平电流降低的情况下,炉帮比普通槽容易形成.

4 启动后期技术条件控制 启动后新式槽工作电压在30天左右降到3.7 V,60天左右开始添加氟化铝降分子比,90天左右达到正常生产状态,其部分技术参数见表2. 表2 新式槽技术参数 Table

2 Technical parameters of new aluminum cell 时间/d 槽温/℃ 铝水平/cm 电解质水平/cm 工作电压/V 分子比

60 940~950 22~24 18~22 3.80~3.90 2.3~2.4

5 新式槽的技术经济指标 新式槽经过6个月左右的生产运行,电解槽运行平稳,各项技术经济指标良好.表3为新式槽与普通槽的技术指标比较结果. 表3 新式槽与普通槽的技术指标比较 Table

3 Technical index of new and ordinary aluminum cell 时间 平均电压/V 阴极压降/mV 新式槽 普通槽 差值 新式槽 普通槽 差值 第一月 3.882 3.918 -0.036

280 278

2 第二月 3.769 3.842 -0.073

282 295 -13 第三月 3.839 3.931 -0.092

290 311 -21 正常期 3.851 3.947 -0.116

285 332 -47 新式槽和普通槽的磁场测定结果表明,新式槽的最大垂直磁场强度和平均垂直磁场强度都小于普通槽.根据铝电解槽阴极铝液内的电磁流体力学理论,铝电解槽内阴极铝液面的不稳定主要是由电解槽的垂直磁场和水平电流的作用引起的,因此,新式槽具有减少电解槽内垂直磁场和水平电流、稳定电解槽阴极铝液面的功能.阴极压降在生产过程中始终保持290 mV左右,基本没有多大变化,炉底较干净,而普通槽的阴极压降是逐渐变大的,在正常期时比新式槽高50 mV左右.所以新式槽的平均电压比普通槽低100 mV左右,在较低工作电压下也能保持正常生产.新式槽与普通槽经济指标对比结果如表4所示. 表4 新式槽与普通槽经济指标对比 Table

4 Economic index of new and ordinary aluminum cell 时间 出铝电流效率/% 吨铝直流电单耗/kWh 新式槽 普通槽 差值 新式槽 普通槽 差值 第一月 89.9 88.6 1.3

12 868

12 886 -18 第二月 90.8 90.2 0.6

12 369

12 831 -462 第三月 91.8 90.5 1.3

12 369

12 755 -386 正常期 92.5~93.5 91.5~93.0 1.05

12 339

12 743 -404 从表4可知,新式槽比普通槽的电流效率平均要高出1个百分点以上,吨铝直流电单耗要低400 kWh.

6 结论 1)新式异型阴极双钢棒电解槽从源头上解决了电解槽磁流体稳定性问题,水平电流得到显著降低. 2)新式异型阴极双钢棒电解槽适应低电压生产条件下电解槽热场的特性,大幅提高了电解槽的稳定性. 3)新式异型阴极双钢棒电解槽实现了在低电压条件下高效稳定运行,比普通异型阴极电解槽的电流效率平均高出1个百分点以上,吨铝直流电耗降低400 kWh. 参考文献 [1] 邱竹贤. 预焙槽炼铝[M]. 北京:冶金工业出版社,2005:162-170. [2] 彭建平,田应甫,冯乃祥,等. 新型阴极结构电解槽铝电解试验[J]. 材料与冶金科学报,2009,8(3):165-167. [3] 沈阳铝镁设计研究院有限公司. 一种大幅降低铝电解槽铝液中水平电流的结构:中国,201020566373.2[P]. 2011-06-15.