調(diào)整下料間隔對(duì)鋁電解其他工藝參數(shù)的影響

1、調(diào)整下料間隔對(duì)鋁電解工藝參數(shù)的影響李 賢 劉民章（青海橋頭鋁電股份有限公司 青海 西寧 810100）摘 要：調(diào)整電解槽的下料量可平衡電解槽各項(xiàng)技術(shù)條件，從而達(dá)到穩(wěn)定電解生產(chǎn)的目的。充分了解電解槽下料量對(duì)電解質(zhì)成份的影響，總結(jié)生產(chǎn)過(guò)程中下料間隔的調(diào)整方法，對(duì)于把握電解槽槽況的發(fā)展趨勢(shì)以及對(duì)電解質(zhì)成份的調(diào)整將會(huì)起到較好的作用。關(guān)鍵詞：鋁電解；NB間隔；過(guò)熱度；爐膛內(nèi)型；初晶溫度Effect of adjusting feeding interval on technical parameters for aluminium electrolysisLI Xian LIU Min-Zhang（Qi

2、nghai Qiaotou Aluminium & Power co.,LTD Qinghai Xining 810100）Abstract：Adjusting the feeding volume of electrolyzer can balance the technical conditions, so as to achieve the purpose stabilizing electrolytic production.It will play a better role for grasping the tend of electrolyzer and the adju

3、stment of electrolyte composition by fully understanding the effect of feeding quantity on electrolyte composition and summed up the adjustment method of the interval in production process。Keywords：aluminium electrolysis；NB interval；overheated degree；inside shape of furnace tank；initial crystallizin

4、g temperature某公司240kA大型預(yù)焙陽(yáng)極電解槽，雖然在設(shè)計(jì)上采用了中間點(diǎn)式下料，優(yōu)化了A12O3下料方式 ，還裝置了1.8L筒式下料器4點(diǎn)下料，并兩兩交錯(cuò)打殼下料。但實(shí)際生產(chǎn)中幾乎所有（除新啟動(dòng)）電解槽爐底都出現(xiàn)不同程度的沉淀和結(jié)殼，而過(guò)多沉淀和結(jié)殼就破壞了電解槽的穩(wěn)定運(yùn)行，影響了技術(shù)參數(shù)、電解質(zhì)的性質(zhì)、爐膛內(nèi)型等各項(xiàng)參數(shù)之間的關(guān)系。通常，在電解生產(chǎn)情況下，各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)的調(diào)整不是獨(dú)立的，而是相互關(guān)聯(lián)與相互影響的。因此，為了實(shí)現(xiàn)電解槽穩(wěn)定高效運(yùn)行，必須搭配好與電解槽相匹配的技術(shù)參數(shù)，所以調(diào)整好NB間隔，控制好氧化鋁的下料量對(duì)生產(chǎn)有著重要的實(shí)際意義。1 NB間隔及下料量的計(jì)算NB就是

5、正常下料（normal below英文的縮寫）,所謂加料基準(zhǔn)時(shí)間間隔是指加料器容量除以單位時(shí)間設(shè)計(jì)的氧化鋁消耗量而言，采用加料基準(zhǔn)時(shí)間間隔的加料為正常加料，在一定的時(shí)間內(nèi)添加氧化鋁，其時(shí)間間隔比正常加料時(shí)間間隔較短（過(guò)量加料），而其余添加氧化鋁的時(shí)間間隔較長(zhǎng)（欠量加料），NB間隔就是第一次正常下料與第二次正常下料的時(shí)間間隔。根據(jù)中間下料預(yù)焙槽的工藝要求及下料制度的規(guī)定，計(jì)算每次下料的量：已知電流強(qiáng)度240kA，下料周期為89s，設(shè)電流效率為94，氧化鋁單耗指標(biāo)為1930kgt·A1。下料量可由下式計(jì)算：式中：Q-下料量，kg;0.3356 -鋁的電化當(dāng)量，常數(shù)， g/A.h； I-電

6、流強(qiáng)度，kA； - 電流效率，%； s-氧化鋁單耗，kg/t.A1； C-下料周期，S。四個(gè)下料點(diǎn)，兩兩交錯(cuò)打殼下料每次下料約為3.6kg，一個(gè)下料點(diǎn)下料量為1.8kg，現(xiàn)在鋁電解所用的料全部是載氟氧化鋁和新鮮氧化鋁的混合料，由于載氟氧化鋁和新鮮氧化鋁存在很大的不均勻性，所以每一個(gè)下料點(diǎn)實(shí)際的下料量在1.5kg2.0kg之間。2 調(diào)整NB間隔對(duì)槽況的影響2.1 對(duì)電解溫度的影響電解溫度是電解生產(chǎn)最重要的指標(biāo)之一，電解質(zhì)溫度正常與否對(duì)電解槽的工作指標(biāo)有決定性的影響。各種添加劑對(duì)初晶溫度有著很大的影響。從表1可以看出，在各種添加劑中LiF對(duì)初晶點(diǎn)降低值的影響最大，MgF2次之，以下為BaCl2、A

7、1F3、A12O3 、NaC1?？梢夾l2O3也可降低電解質(zhì)初晶溫度，且僅次于A1F3。A12O3的溶解反應(yīng)過(guò)程要消耗一定的熱量。氧化鋁供給不足時(shí)，電解質(zhì)中缺乏氧化鋁易發(fā)生陽(yáng)極效應(yīng)，陽(yáng)極效應(yīng)頻繁發(fā)生時(shí)，槽溫明顯升高，電解質(zhì)的揮發(fā)就增大，使得電解質(zhì)中A1F3的含量減少，分子比升高，過(guò)熱度增大，物料的損失增加；氧化鋁供給過(guò)多可避免陽(yáng)極效應(yīng)發(fā)生，降低分子比可適當(dāng)調(diào)整過(guò)熱度，促進(jìn)氧化鋁的溶解，但槽溫過(guò)低易造成電解質(zhì)過(guò)黏，分子比過(guò)低易造成電解質(zhì)溶解氧化鋁能力減小，容易產(chǎn)生沉淀。要想使氧化鋁有很好的溶解，就必須保持適宜的過(guò)熱度。在比較合適的分子比下保持較合適過(guò)熱度，某公司電解過(guò)熱度一般保持在812。表1

8、添加劑對(duì)電解質(zhì)初晶點(diǎn)的影響Tab.1 Effect of additives on electrolyte initial crystallizing temperature體 系初晶點(diǎn)/共晶點(diǎn)/共晶組成（摩爾分?jǐn)?shù)）/%共晶組成/%初晶點(diǎn)降低值/（1%添加劑）-1Na3AlF6添加劑Na3AlF6添加劑Na3AlF6添加劑Na3AlF6-Al2O3(簡(jiǎn)單共晶系)1011-962.580.319.789.410.64.6Na3AlF6-CaF2(簡(jiǎn)單共晶系)1011-94650.050.072.927.12.4Na3AlF6-NaCl(簡(jiǎn)單共晶系)100980174010.689.430.070

9、.03.8Na3AlF6-LiF(簡(jiǎn)單共晶系,并不連續(xù)溶區(qū))101084869415.085.059.640.47.8Na3AlF6-MgF21011-最低點(diǎn)92062.337.784.815.26.0Na3AlF6-NaF(簡(jiǎn)單共晶系)10099958889.091.033.0671.8Na3AlF6-AlF31009-69081.037.0635.0Na3AlF6-KF1010-89074444.9855.1927524.32575.74.83.6Na3AlF6-BaCl2(簡(jiǎn)單共晶系)101096271045.854.246546.52.2 對(duì)電解質(zhì)性質(zhì)的影響氧化鋁含量對(duì)電解質(zhì)的性質(zhì)如密

10、度、熔點(diǎn)、導(dǎo)電度、黏度有影響，特別對(duì)電解質(zhì)的導(dǎo)電度影響。從下圖中可以看出，A1F3、A12O3 、MgF2、CaF2都能使電解質(zhì)的導(dǎo)電率降低，其中氧化鋁對(duì)導(dǎo)電度影響最強(qiáng)，而LiF、NaCl和NaF使電解質(zhì)的導(dǎo)電率提高。電解質(zhì)的導(dǎo)電率隨著氧化鋁濃度的增大而減小。各種添加劑對(duì)電解質(zhì)導(dǎo)電性的影響見圖1。存在于電解質(zhì)中的炭粒使電解質(zhì)的電壓降增大，懸浮在電解質(zhì)里的一些膠狀氧化鋁以及隨原料帶來(lái)的氧化物雜質(zhì)也使電阻率增大，其綜合的影響使電解質(zhì)的電導(dǎo)率大約降低0.120.18/-1.cm-1。目前幾乎所有鋁電解企業(yè)都實(shí)踐、探討降電壓工藝。工業(yè)生產(chǎn)中電解質(zhì)的電壓降約占槽電壓的30%，所以在電解生產(chǎn)中應(yīng)采取必要的

11、措施提高電解質(zhì)的導(dǎo)電度，這對(duì)于降低電解質(zhì)壓降，提高電流效率，降低電耗具有重要的意義。所以適當(dāng)調(diào)整NB間隔、控制好氧化鋁的下料量，嚴(yán)格控制氧化鋁濃度，才能改善爐底狀況以及電解質(zhì)的導(dǎo)電率。圖1 各種添加劑對(duì)電解質(zhì)導(dǎo)電性的影響Fig.1 Influence of various additives on conductibility of electrolyte2.3 對(duì)爐膛內(nèi)型的影響氧化鋁供給不足時(shí)，電解質(zhì)中缺乏氧化鋁易發(fā)生陽(yáng)極效應(yīng)。陽(yáng)極效應(yīng)頻繁發(fā)生時(shí)，槽溫明顯升高，對(duì)規(guī)整的爐膛會(huì)造成一定的破壞。而規(guī)整的爐膛是槽壽命、電解槽穩(wěn)定運(yùn)行的基本條件。因此以爐膛為中心，其他參數(shù)的調(diào)整都應(yīng)為爐膛服務(wù)；氧化鋁

12、供給過(guò)多可避免陽(yáng)極效應(yīng)發(fā)生，電解質(zhì)成分發(fā)生變化，電解質(zhì)發(fā)粘氧化鋁溶解能力下降而爐底產(chǎn)生大量的沉淀，增加爐底壓降，還有沉淀在磁場(chǎng)的作用下移動(dòng)到角部陽(yáng)極底下，角部陽(yáng)極處熱量和磁場(chǎng)比中間陽(yáng)極就差，消化氧化鋁的能力就差，這樣很容易出現(xiàn)角部肥大的現(xiàn)象，出現(xiàn)爐膛不規(guī)整，破壞了電解槽的正常運(yùn)行，對(duì)更換角部陽(yáng)極操作帶來(lái)不便。氧化鋁濃度高，電解質(zhì)對(duì)陽(yáng)極的潤(rùn)濕變好，有利于碳渣的分離。當(dāng)電解質(zhì)中碳渣較多時(shí)，電解質(zhì)表面漂浮著一層碳渣，使加入電解槽內(nèi)的氧化鋁無(wú)法溶解到電解質(zhì)中。氧化鋁濃度控制范圍應(yīng)設(shè)置在既不易產(chǎn)生陽(yáng)極效應(yīng)，又不易產(chǎn)生沉淀的一個(gè)較小的變化范圍內(nèi)。氧化鋁濃度的均衡是實(shí)現(xiàn)低耗高效生產(chǎn)的關(guān)鍵。長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐表明

13、，氧化鋁濃度保持在1.53.0是實(shí)現(xiàn)低效應(yīng)和爐底無(wú)沉淀的最優(yōu)濃度，調(diào)整NB間隔可使槽電壓和分子比滿足低濃度生產(chǎn)的要求。3 根據(jù)電解槽的實(shí)際狀況準(zhǔn)確把握調(diào)整NB間隔240kA預(yù)焙陽(yáng)極電解槽在設(shè)計(jì)上氧化鋁濃度控制在2%3%之間，而目前國(guó)內(nèi)外最先進(jìn)的氧化鋁濃度控制在很窄的低濃度區(qū)域（1.82.5%），也有效避免了電解過(guò)程中沉淀的產(chǎn)生和陽(yáng)極效應(yīng)的發(fā)生，并獲得了理想的物料平衡控制效果，同時(shí)對(duì)熱平衡的穩(wěn)定形成“良性互動(dòng)”關(guān)系。目前，某公司電解車間大部分電解槽內(nèi)氧化鋁濃度波動(dòng)范圍已控制在2.0%2.74%之間，平均氧化鋁濃度2.54%，合格率已達(dá)到90%以上。對(duì)氧化鋁濃度進(jìn)行抽樣分析結(jié)果見表2。表2 氧化鋁

14、濃度分析表Tab.2 Analysis for alumina concentration槽 號(hào)312316318323326327329氧化鋁濃度（%）2.282.282.463.102.742.002.28在實(shí)際電解生產(chǎn)中，氧化鋁濃度范圍很難控制，主要原因是在強(qiáng)調(diào)氧化鋁濃度時(shí)忽略了其他條件的制約，氧化鋁濃度在影響著其他技術(shù)條件的同時(shí)，也被其他條件所制約著。調(diào)整NB間隔的目的就是利用氧化鋁對(duì)電解質(zhì)成分、能量平衡、槽膛的影響，去適應(yīng)低氧化鋁濃度的生產(chǎn)。要保證所做出的調(diào)整能改善電解槽的運(yùn)行狀況，而不是加劇電解槽向不利方向發(fā)展。3.1 調(diào)整NB間隔所依據(jù)條件調(diào)整NB間隔首先要保證下料口火眼敞開，保

15、證下料器下出的氧化鋁能順利進(jìn)入電解質(zhì)中；保證電解質(zhì)表面沒(méi)有碳渣堆積；保證中間殼面與電解質(zhì)表面有定的距離，使氧化鋁能分散到下料口附近的電解質(zhì)表面，利于氧化鋁的快速溶解。3.2 根據(jù)電解槽的歷史曲線分析調(diào)整NB間隔3.2.1 當(dāng)欠量周期偏長(zhǎng)時(shí)，首先要判斷NB間隔是否偏短，如果偏短則適當(dāng)延長(zhǎng)NB間隔，然后再判斷電解槽是否有轉(zhuǎn)熱的趨勢(shì)；如果槽電壓比較穩(wěn)定，而NB間隔又基本合理，則很可能是電解槽轉(zhuǎn)熱的表現(xiàn)，如果電解槽轉(zhuǎn)熱，首先要延長(zhǎng)NB間隔，然后觀察設(shè)定電壓，如果設(shè)定電壓偏高于目標(biāo)電壓，則優(yōu)先降低電壓，保持理論的氟鹽消耗添加量，如果設(shè)定電壓與目標(biāo)電壓偏差不大，則要加大氟鹽添加量來(lái)抑制熱趨勢(shì)。3.2.2

16、當(dāng)欠量周期偏短時(shí)，首先要判斷NB間隔是否偏長(zhǎng)，如果偏長(zhǎng)則適當(dāng)縮短N(yùn)B間隔，然后再判斷電解槽是否有轉(zhuǎn)冷的趨勢(shì)；如果電壓比較穩(wěn)定擺動(dòng)幅值有增大趨勢(shì)，而NB間隔又基本合理，則很可能是電解槽轉(zhuǎn)冷電解質(zhì)溶解能力不足的表現(xiàn)，如果電解槽轉(zhuǎn)冷，首先要適當(dāng)縮短N(yùn)B間隔，防止效應(yīng)突發(fā)，然后觀察氟鹽添加量，如果氟鹽添加量偏大，則優(yōu)先降低氟鹽添加量，然后小幅度提高設(shè)定電壓抑制冷趨勢(shì)，如果氟鹽添加量本來(lái)就較小，則要適當(dāng)提高槽電壓并加大出鋁量來(lái)抑制冷趨勢(shì)。3.3 電解槽出現(xiàn)電壓擺現(xiàn)象時(shí)的NB間隔調(diào)整電解槽出現(xiàn)電壓擺現(xiàn)象的原因有以下幾個(gè)方面：爐膛不規(guī)整，個(gè)別陽(yáng)極底下沉淀過(guò)多，個(gè)別陽(yáng)極底掌下有大結(jié)殼塊，換極時(shí)個(gè)別陽(yáng)極放的過(guò)低

17、，抬母線過(guò)程中個(gè)別陽(yáng)極下滑，陽(yáng)極底掌由于沉淀過(guò)多或碳渣聚集過(guò)多導(dǎo)致的長(zhǎng)包等現(xiàn)象，這些都有可能產(chǎn)生電壓擺。其中爐膛不規(guī)整是造成電壓擺最常見現(xiàn)象，要了解這種電壓擺的一些特征，一般有好幾塊相鄰陽(yáng)極的電流分布都高，陽(yáng)極電流分布擺幅大，這種有可能是邊部過(guò)空導(dǎo)致水平電流過(guò)大造成的。如果是這幾塊相鄰陽(yáng)極的電流分布都高且擺幅不是很大，就有可能是陽(yáng)極底掌出現(xiàn)了問(wèn)題。沉淀過(guò)多，結(jié)殼過(guò)多時(shí)適當(dāng)延長(zhǎng)NB間隔。4 結(jié)語(yǔ) 通過(guò)合理的調(diào)整NB間隔，改善爐底狀況，降低爐底壓降，提高電解槽技術(shù)參數(shù)穩(wěn)定性，進(jìn)一步提高電解槽的穩(wěn)定性運(yùn)行和電流效率，實(shí)現(xiàn)電解槽在低氧化鋁濃度下電解生產(chǎn)。 而工業(yè)電解鋁生產(chǎn)追求電解槽在一個(gè)較窄的范圍內(nèi)控制、較低的氧化鋁濃度下生產(chǎn)。 參考文獻(xiàn)：1邱竹賢預(yù)焙槽煉鋁(第三版)M北京：冶金工業(yè)出版社，2005作者簡(jiǎn)介：李賢，男，青海省民和縣人，1980年5月出生，2005年畢業(yè)于青海大學(xué)機(jī)械系冶