降低电解铝铝液直流电耗的生产实践

降低电解铝铝液直流电耗的生产实践降低电解铝铝液直流电耗的生产实践 论坛 iForum 降低电解铝铝液直流电耗的 生产实践 通过对电解槽电压的组成进行了仔细的分析 ,针对电压的各组成部分 提出了有效 的控制措施,从而降低了电解铝铝液直流电耗,取得了良好的效果. 目徐卫东李芳块 2009 年 5 月,有色金属振兴规划指 出,有色金属产业在我国产业发展关键 支撑材料的地位没有改变,产业发展的 基本面没有改变;同时指出,到 2011 年, 重点骨干电解铝厂吨铝直流电耗下降到 1.25 万千瓦时以下,加强对吨铝直流电 耗低于 I.2 万千瓦时的电解铝关键工艺 等前沿共性技术的研发.今年 5 月,国务 院密集出台全面清理高耗能企业的优惠 电价措施,接着发改委发文,将对能源消 耗超过国家和地方规定的单位产品能耗 限额标准的,实行惩罚性电价. 以上这些国家政策有力地说明了, 电解铝企业必须坚持走节能路线才能生 存和发展.目前,电解铝企业盈利能力的 严重降低加上激烈的市场竞争,企业的 生存受到严峻挑战,必须通过各种途径, 大力开展节能降耗,只有降低成本提高 效益,企业才能实现可持续发展. 作为高耗能的电解铝企业,电的成 本占铝锭总成本的 30%～40%,有效降 低电耗是降低生产成本最有效,最直接 的途径. 直流电耗的组成 W=2980×Vm/n 式中:w 一～铝液直流电耗 (kW’h/t?A1) V 一一电解槽平均电压(V) n 一一电流效率(%) 由上式可知,直流电耗与平均电压 成正比,与电流效率成反比;而与电流 大小,时间长短无关.因此,降低铝液直 流电耗的途径一是降低平均电压,二是 提高电流效率.但由于提高电流效率需 要许多技术条件的支持与配合,而且提 高的幅度不大,所以,许多电解铝企业主 要是通过降低平均电压来降低铝液直流 电耗.槽平均电压主要是槽工作电压,阳 极效应分摊电压,公用母线分摊电压构 成,即 V 平均=V 工作+V 母线分摊+V 效应舒摊.某 公司主要从降低电压方面着手研究降低 铝液的直流电耗. 降低槽工作电压 槽工作电压的组成:V1l=E}Vm +V 电解鹰+V 阴极+V 母线’ 在槽-[作电压的构成中,除电解质 压降可降低的幅度相对较大外,阳极压 降,阴极压降具有一定的降低空间,而极 化电压和母线分摊电压在目前正常运行 槽的生产控制状态下降低的幅度很小. 因此,下面从降低电解质压降,阳极压降 及阴极压降来说明. I.降低电解质压降.在槽工作电压 的组成中,电解质电压降占相当大的部 分(35%～40%),为了节省电能,许多 电解铝企业都对这部分电压降进行过深 入的研究.电解质电压降同极距,电流密 度,电解质本身的电解率,阳极浸入电解 液的深度等若干因素有关.缩短极距,减 小电流密度,增大电解质导电性,增加阳 极浸入电解液深度,都有助于减小电解 质电压降. ①提高电解质的导电率.在电解铝生 产中,由于阳极质量的影响,使电解槽内 存在一定的碳渣,导致电解质的电阻增大, 其结果造成电解质电压降的升高,增加铝 电解生产的电能消耗.据有关资料报道, 当铝电解质溶液中的碳渣含量达到 1%(重 量)时,电解质导电率约降低 l1%,由此可 见,碳渣对电解质导电率的不利影响是极 为显着的,碳渣的颗粒越小,对降低电解 质的导电率作用越大.因此,在生产过程 中,一是尽量采用高质量的阳极,减少碳 渣的产生,保持电解质清洁,二是改变电 解质的组成或采用能增大电解质电导率的 添加剂,如添加氟化镁减少电解质对炭粒 的湿润性,也可以添加锂盐和氟化钠提高 电解质的导电率,降低电解质压降,三是 改变阳极结构和形状以利于气体排出,进 而降低极距;四是通过换极时和效应后勤 捞碳渣.同时采用合理的加工制度,精心 加工,尽量减少电解质中悬浮的 At20,,减 少槽底沉淀. ②适当缩短极距.当电解槽的极距 增大时,电解质电压降也随之增大,造 成电耗增加.据工业电解槽测定,每 1 厘米极距所对应的电解质电压降为 300 mV～330mV,因此,在不影响电流效 率,保持好电解槽技术条件的情况下,适 68 中国有色金属 2010 年第 19 期 当地缩小极距,也能降低电解质电压降. 2.降低阳极电压降.阳极压降主要 与阳极本身的导电性,铁碳接触压降,导 杆母线接触压降等关系比较密切.实际 生产中,通过严格控制磷生铁的成分和 浇铸工艺,采用炭碗间开槽的方法增加 磷生铁与炭块的接触面积,可以降低铁 碳接触压降;换极和抬母线后保证阳极 导杆与母线接触良好,也有利于阳极压 降的降低.阳极炭块与钢爪之间的接触 压降(Fe-C 压降)主要与磷生铁成分, 浇注工艺和与炭块的接触面积有关.在 稳定磷生铁成分和浇注工艺的基础上, 通过对炭碗之间开槽,使炭碗相互贯通, 可以有效增加炭块与磷生铁的接触面积, 从而降低阳极压降 l0mV～20mV.另 外,提高操作质量,使用导杆清洗剂清洗 阳极导杆,对弯曲,麻面等导杆及时进行 修正,抛光等处理,并辅助以严格的考核 制度,都有效地促使了卡具压降的降低, 从而不同程度地降低了阳极电压降. 3.降低阴极电压降.阴极压降由炭 块本身,炭块～钢棒,铝液一炭块以及阴 极钢棒本身的电压降组成.典型的阴极 电压降数据为 0.45V,它占槽电压的 11% 以上,因此,努力提高阴极炭块的电导率 是节电的重要方向.一般降低阴极电压 降的主要途径有:提高阴极炭块的质量, 应用硼化钛涂层阴极;通过适时升级控 制系统提高控制水平,合理匹配工艺技 术条件,严格控制电解槽作业质量,精确 控制氧化铝下料量,设法减少槽底沉淀. 降低效应分摊电压 阳极效应是熔盐电解特有的现象, 而以电解铝生产表现尤为明显.生产中 当阳极效应发生时,电解槽消耗大量的 电能,而且电解槽电压急剧升高,达到 20V～30V,有时甚至更高.它的发生对 整个电解系列产生很大影响,电解槽停止 正常电解,使电流效率降低,影响电解各 项技术指标,且使铝的产量和质量降低, 破坏了整个电解系列的平稳供电.目前, 随着电解技术的不断发展,人们对效应的 观念发生了转变,阳极效应对电解槽生产 是弊大于利,国内外许多的 电解铝企业已逐渐实现”零 效应”管理. 降低效应分摊电压,一 方面是降低阳极效应系数; 另一方面主要是降低效应持 续时间.某公司主要从以下 几方面来降低效应分摊电 压.某公司 2007 年～201oN5 月槽工作电压及平均电压走势 某公司2007年～2010年5月槽工作电压,平均电压直流电耗年均情况 1.升级控制系统.氧化铝浓度的降 低是引起阳极效应发生的主要原因,而 稳定的氧化铝浓度需要好的控制系统来 实现.通过对控制系统进行优化升级,改 进供下料系统,系统的控制能力得到提 高,电解槽的过欠量加工幅度变小,氧化 铝浓度相对稳定在 2.5%～3.O%,槽电 压的控制曲线更加平稳,有效地降低了 效应系数. 2.合理匹配与优化工艺技术条件. 合理匹配工艺技术条件,如适当提高铝 水平与分子比,有助于提高电解质的 电导率,流动性和氧化铝的溶解性,从 而降低阳极效应系数.如某公司铝水平 保持在 25cm～28cm,分子比保持在 2.35～2.55,电解槽运行稳定,阳极效 应系数保持在