高导电双钢棒铝电解槽生产实践.pdf

2 0 1 5 年第2 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 1 7 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j 。i s s n ．1 0 0 7 7 5 4 5 ．2 0 1 5 ．0 2 ．0 0 5 高导电双钢棒铝电解槽生产实践 李贤 青海桥头铝电股份有限公司，西宁8 1 0 1 0 0 摘要高导电双钢棒铝电解槽可有效降低铝液水平电流、炉底压降和电解槽的工作极距，同时使电解槽 由原来的散热型改为保温型来维持电解槽的热平衡，提高了电解槽低电压运行的稳定性，实现了平均槽 电压3 ．7 8V 和吨铝直流电耗1 22 7 0k W h 的技术经济指标。 关键词高导电双钢棒；铝电解槽；保温；低电压；节能 中图分类号T F 8 2 1文献标志码A文章编号l 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 5 0 2 0 0 1 7 一0 4 P l a n tP r a c t i c eo fH i g hC o n d u c t i V i t yD o u b l eS t e e lB a r A l u m i n u mE l e c t r o l y s i sC e l l L IX l a n Q i n g h a iQ i a o t o uA l u m i n i u m P o w e rC o ．，L t d ，X i n i n g8 1 0 l O O ，C h i n a A b s t r a c t H i g hc o n d u c t i v ed o u b l e s t e e lb a r sa l u m i n u me l e c t r o l y s i sc e l Ic a ne f f e c t i v e l yr e d u c el e v e Io f h o r i z o n t a lc u r r e n to f1 i q u i da l u m i n u m ， p r e s s u r ed r o po ff u r n a c eb o t t o ma n dw o r k i n gp o l l a rd i s t a n c eo f e l e c t r 0 1 y z e r 。 H e a td i s s i p a t i o ni ss u b s t i t u t e db yh e a tp r e s e r v a t i o nt ok e e ph e a tb a l a n c ei n c e l la n di m p r o v e o p e r a t i o ns t a b i l i t yu n d e r1 0 wc e l lv o l t a g e ． T h ea v e r a g ec e l lv o l t a g ei s3 ．7 8Va n dp o w e rc o n s u m p t i o ni s 1 22 7 0k W hf o ro n et o na l u m i n u m ． K e yw o r d s h i g hc o n d u c t i v i t yd o u b l es t e e lb a r ； a l u m i n u me l e c t r o l y z e r ；h e a tp r e s e r v a t i o n ；l o wv o l t a g e ； e n e r g ys a v i n g 铝电解企业是属于高能耗、高污染、低能效、依 赖于资源的行业，是目前国家宏观调控的重点，国家 提出了更高要求的节能目标政策，电解铝行业面临 着新的挑战。虽然国内外学者开发与应用了各种节 能薪技术，并取得了非常显著的节能效果[ 1 。2 ] ，其能 量效率却达不到5 0 ％。为了实现更好的经济指标， 我们开发出了高导电双钢棒电解槽。高导电双钢棒 电解槽改变了钢棒自身的材质和结构，提高钢棒自 身的导电率，降低铝液水平电流，降低工作电压，实 现节能降耗目的；将电解槽由原来的散热型改为保 温型，以维持电解槽在低电压下的能量平衡，提高电 解槽的运行稳定。本文简要介绍了3 0 台高导电双 钢棒电解槽投入生产后取得的各项技术经济指标， 并进行了总结分析。 1 高导电双钢棒电解槽 高导电双钢棒电解槽是公司利用槽大修的机会 改变了阴极内衬结构后的一种新型节能保温型电解 槽。目前国内有好多种异型阴极钢棒∞- j I ] 。我公司 的高导电双钢棒是由传统的通长型阴极钢棒优化为 分段式阴极钢棒；阴极钢棒尺寸由43 3 0m m 6 5 m m x1 8 0m m 优化为20 6 5m m 7 0m m 1 9 8 m m ，并且阴极钢棒沿长度方向在靠近出电端的一 段开一道分割缝 长度7 9 5m m ，沟槽宽度6m m ， 收稿日期2 0 1 4 一0 9 2 8 基金项目青海省重大科技专项计划项目 2 0 1 1 一D A 3 A ；青海省高新技术研究与发展计划项目 2 0 1 3 一J 一2 0 6 作者简介李贤 1 9 8 0 一 ，男，青海民和人，工程师． 万方数据 1 8 有色金属 冶炼部分 1 1 t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 5 年第2 期 将这一段分割成上下两部分，从而改变阴极钢棒的 导电结构。由于阴极钢棒厚度的增加影响着阴极组 装质量和操作，故公司与贵阳铝镁设计研究院研究 论证后加大了阴极碳块燕尾槽的尺寸，将阴极碳块 燕尾槽宽度原设计9 0m m 调整到9 5m m ，阴极碳块 燕尾槽中心线不变，这样便于阴极炭块组装。侧部 增加导热系数低、抗拉强度较好的陶瓷纤维板，增加 陶瓷纤维板的厚度大面2 0m m 、小面3 0m m 、底部 1 5m m 。 传统阴极钢棒和高导电双钢棒的阴极剖面示意 图见图1 。高导电双钢棒的具体实施情况分隔缝 用绝缘糊填充满，开槽最近端钢棒端头涂纳米绝缘 材料，绝缘涂层长度约4 0 5m m ，钢棒上表面采用石 墨粉与阴极炭块连接，两段钢棒中间2 0 0m m 的间 距采用碳糊连接，对钢棒未分割的一段，其侧面采用 碳糊与阴极炭块相连，对钢棒被分割的一段，其侧面 上半部分用碳糊与阴极炭块相连，下半部分用电绝 缘材料与阴极炭块相连。对两种阴极钢棒的铝液电 流分布进行了仿真计算[ 1 引，结果见图2 ～图3 。 a 阴极炭块 绝缘材料 a 传统阴极钢棒； 1 ， 高导电双钢棒 图1阴极结构示意图 F i g ．1 S c h e m a t i cd i a g r a m so fc a t h o d es t r u c t u r e 、，{ ≮遗蒜j 捻≮j 、．．／ k 曩l j 黎芝藤≥辩、◇／ 址一一一鲨i 冀黼淤裟辫尊／ j S 2 ． } 1 {5 07 1 q }0 5 I l 4 1 州 H }0 j 5 图2 传统阴极钢棒对铝液电流分布仿真情况 F i g ．2 S i m u l a t i o nr e s u l to fc u r r e n td i s t r i b u t i o no f l i q u i da l u m i n u mo ft r a d i t i O n a lc a t h O d es t e e lb a r 根据图2 和图3 可以得到二者水平电流、阴极 压降及电阻率的对比结果如下。普通阴极钢棒水 平电流平均值O ．6 3 8A ／c m 2 、炉底压降3 2 5m V 、8 0 0 图3高导电双钢棒阴极对铝液电流 分布仿真情况 F i g ．3 S i m u I a t i o nr e s u l to fc u r r e n td i s t r i b u t i o n o fl i q u i da l u m i n u mo fh i g hc o n d u c t j V e d o u b l es t e e lb a r ℃电阻率1 1 8 肚Q c m ，普通阴极钢棒水平电流平 均值O ．5 9 2A ／c m 2 、炉底压降2 8 0m V 、8 0 0 ℃电阻 率5 7 “Q c m 。 2 电解槽焙烧启动及后期生产工艺 技术管理 2 ．1 焙烧 高导电双钢棒电解槽焙烧方法与普通电解槽一 样，均采用了行业内技术最成熟、安全可靠、操作熟 练的焦粒焙烧方法，为了减少电解槽通电时的热冲 击，采用了不停电开槽及双分流技术。高导电双钢 棒电解槽为了增大分流量，降低热冲击对阴极内衬 的损害程度，减少阴极和阳极电流分布不均，避免局 部过热的现象，增加了2 组分流片，分流量控制在 5 0 ％左右。 根据碳素材料的特性确定焙烧升温设定曲线， 最初升温速度控制在2 0 ℃／h ，当温度达到2 0 0 ℃后 升温速度控制在1 0 ～1 5 ℃／h ，焙烧期间最大升温 速度控制在3 0 ℃／h ，保证电解槽均匀升温。通电 焙烧时冲击电压控制在了4 ．5V 以下，阳极电流分 布非常均匀。从实际焙烧升温曲线看，升温速度与 设定升温速度存在一定的差异，但焙烧期间阳极电 流分布非常均匀，保证了焙烧温度均匀，从根本上排 除了电流分布不均和焙烧温度不均而引起的局部过 热，避免了阴极热应力集中造成阴极早期破损。焙 烧升温曲线见图4 。 2 ．2 启动 采用湿法无效应启动，焙烧温度达到9 3 0 ℃后， 向电解槽内灌入1 2t 电解质，边抬阳极边灌入电解 质，同时测量并保证阳极电流分布正常，这样有利于 保证电解质在全槽贯通，阳极电流分布均匀，电解质 灌完后电压保持5 ～6V 。启动后请注意几点事项 1 必须加强对电解槽的巡检力度，重点测量炉 万方数据 2 0 1 5 年第2 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i mm ．c n 1 9 焙烧叫州／h 图4 焙烧升温曲线 F i g ．4H e a t i n gc u r V e so fr o a s t i n g 底温度、炉帮温度、阴极钢棒温度、阴极电流分布等 关键数据，所测量数据必须及时、真实、准确。 2 当启动后炉帮温度和端部散热孔温度≥3 5 0 ℃时，要及时用风管吹风冷却，并加大巡检频次。 3 当启动后炉底温度≥1 5 0 ℃时，要及时用风 管吹风冷却，并加大巡检频次。 4 启动后严格控制电解质水平，保持在2 8 ～3 0 c m ，在侧部炭块上沿2c m 以下，灌铝后液体总高严 禁超过5 0c m 。 5 启动后电解质温度最高不得超过10 1 0 ℃， 当电解质温度达到10 0 0 ℃时，应考虑提前灌铝。 2 ．3 启动后期及正常生产工艺技术管理 电解槽启动后期管理核心目的就是快速建立稳 定的炉帮，形成规整的炉膛内形，使电解槽进入正常 稳定生产阶段。启动后期管理是建立炉帮的关键时 期，严格控制各项工艺技术参数，确保建立坚固规整 的炉膛。电解槽启动后期各项工艺技术参数控制见 表1 。 表1 启动后期各项技术参数 T a b l e1V a r i o u st e c h n o l o g yp a r a m e t e r so fs t a r t i n gi nt h el a t e 项目 篙亨 黼t删℃ 电解质 水平／c “铝捌c m 。嚣鬻；翼。， 第l 周 第2 周 第1 个月 第2 个月 第3 个月 3 以上 3 以上 3 以上 2 ．5 ～2 ．7 2 ．3 5 ～2 ．5 5 高导电双钢棒电解槽在启动初期、启动后期均 采取快速降电压，快速建立炉膛的工艺管理理念。 启动后期实施“高槽温、高分子比、高电解质水平、高 阳极效应系数”的技术条件、保证电解质的流动性、 炉底干净，避免形成沉淀、结壳，有利于促进建立坚 固、厚实、规整炉膛的形成。该类电解槽属于保温型 结构，启动后严格控制电解质温度、阳极效应系数和 时问，避免阳极效应在短时间内给电解槽输入巨大 的能量，减少对内衬的热冲击，有利于提高槽寿命， 保持良好的炉膛内形，有利于提高电解槽各项经济 指标。 3 实施效果分析 3 ．1 保温效果对比 在系列电解槽中抽取3 0 台普通电解槽测量了 炉帮和炉底温度，并与高导电双钢棒电解槽的炉帮 和炉底温度进行对比，测定结果为普通电解槽和高 导电双钢棒电解槽的炉帮平均温度分别为2 8 0 ℃和 2 5 5 ℃；普通电解槽和高导电双钢棒电解槽的炉底 平均温度分别为1 2 5 ℃和7 5 ℃。 可以看出，电解槽内衬结构优化后炉帮温度降 低了2 5 ℃，炉底温度降低了5 0 ℃，电解槽保温效果 较为显著。 3 ．2 炉膛内形对比 在系列电解槽中抽取3 0 台普通电解槽测量了 炉帮厚度，并与高导电双钢棒电解槽的炉帮厚度进 行对比，测量位置在A 面A 2 一A 3 ，A 4 一A 5 ，A 6 一A 7 处、出铝端 T A 端 、B 面B 2 一B 3 ，B 4 一B 5 ，B 6 一B 7 处、 烟道端 D E 端 进行了测量，各类电解槽的平均炉 帮厚度测定结果如下。普通槽A 面炉帮1 5 6m m 、 T A 端2 0 5m m 、B 面炉帮1 6 0m m 、D E 端2 1 1m m ； 高导电双钢棒槽A 面炉帮1 5 4m m 、T A 端1 8 7 m m 、B 面炉帮1 5 8m m 、D E 端1 9 0m m 。 结果表明，高导电双钢棒电解槽与普通槽相比， 平均侧部炉帮厚度和端部炉帮厚度稍薄，虽然电解 槽增加了内保温材料，但是在同样的工艺技术条件 下，进一步降低槽电压，炉帮形成得仍然较为理想， 在电解槽启动初期炉帮形成得较慢，启动一个月后 炉帮厚度与普通槽无明显区别。 U “7 n 5 j 3 2 ， 万方数据 2 0 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y Lb g r i m m ．c n 2 0 1 5 年第2 期 3 ．3 技术经济指标对比 高导电双钢棒电解槽启动3 个月后进入考核 期，在考核期近一年的技术经济指标与普通电解槽 进行了统计对比，各技术经济指标平均值统计结果 如下。普通槽电流效率9 1 ．3 5 ％、平均电压3 ．9 2 V 、吨铝直流电耗1 27 8 7k W h 、炉底压降3 4 6m V ； 高导电双钢棒槽电流效率9 1 ．8 0 ％、平均电压3 ．7 8 V 、吨铝直流电耗1 22 7 0k W h 、炉底压降2 6 8m V 。 可以看出，高导电双钢棒电解槽与普通电解槽 相比，平均电压降低了1 4 0m V 、平均电流效率提高 了o ．4 5 个百分点、吨铝直流电耗降低了5 1 7k W h ， 炉底压降降低了7 8m V ，节能效果非常显著。 4结论 高导电双钢棒电解槽减少了槽内铝液水平电 流，降低了电解槽炉底压降，在低电压生产条件下大 幅提高了电解槽的运行稳定性，并且电流效率提高 了0 ．4 5 个百分点，吨铝直流电耗达到了1 22 7 0 k W h 。 参考文献 [ 1 ] 邹智勇．新式阴极钢棒结构在s Y 3 0 0 电解槽上的应用 [ J ] ．轻金属，2 0 1 4 1 2 4 2 7 ． [ 2 ] 王富强，张国斌，赵冰祥，等．数值模拟技术在电解槽节 能减排中的应用[ J ] ．轻金属，2 0 1 3 7 3 0 一3 2 ， [ 3 ] 杨帅，李劫，徐宇杰，等．铝电解槽钢棒加高型阴极对铝 液中水平电流的优化[ J ] ．中国有色金属学报，2 0 1 2 ，2 2 1 0 2 9 5 1 2 9 5 9 ． [ 4 ] 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，2 0 1 0 2 0 5 6 6 3 7 3 ．2 [ P ] ． 2 0 11 一0 6 1 5 ． [ 5 ] 中南大学．一种可控调节铝液中水平电流的铝电解槽 阴极结构中国，2 0 1 1 1 0 0 8 9 7 9 6 ．9 [ P ] ．2 0 1 1 一0 9 一1 4 ． [ 4 ] 中国铝业股份有限公司．一种分开引出铝电解单面电 流的方法中国，2 0 1 1 1 0 1 6 6 6 5 3 ．3 [ P ] ．2 0 1 l 1 1 一0 2 ． [ 6 ] 湖南中大业翔科技有限公司．一种非均匀导电的铝电 解槽阴极结构中国，2 0 1 1 2 0 1 1 1 3 2 0 3 ．2 [ P ] ．2 0 1 1 1 1 2 3 ． [ 7 ] 中国铝业股份有限公司．一种减少铝电解水平电流的 方法中国，2 0 1 1 1 0 2 2 1 9 0 2 ．4 [ P ] ．2 0 1 l 一1 1 一0 9 ． [ 8 ] 尹诚刚，李劫，徐宇杰，等．新型阴极钢棒对铝电解电热 场的影响[ J ] ．中国有色金属学报，2 0 1 4 ，2 4 1 2 4 6 2 5 3 ． [ 9 ] 赵应彬，王平，陈谦．3 0 0k A 新式异型阴极双钢棒铝电 解槽生产实践[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 4 2 2 8 3 0 ． [ 1 0 ] 李劫，尹诚刚，张红亮，等．铝电解槽异型阴极钢棒的 对比方正研究[ J ] ．轻金属，z 0 1 3 1 4 0 一4 7 ． [ 1 1 ] 李勇，刘升，王有来，等．全保温型内衬配置在3 0 0k A 铝电解槽上的应用[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 2 1 0 2 0 2 2 ． [ 1 2 ] 郑州经纬科技实业有限公司．高导电性阴极钢棒应用 的技术交流报告[ R ] ．郑州郑州经纬科技实业有限公 司，2 0 1 1 ． r 9 9 9 9 9 9 9 p 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 p 9 9 9 9 9 p 9 9 ≯p p p 9 9 9 9 9 p 9 p ≈ 2现货供应 乌 2混合澄清槽离心萃取器 ≈ ≈ 2请联系大连市沙河口区精华萃取设备设计研发中心 法人代表叶春林 电话1 3 7 0 4 1 1 3 6 7 7 ／0 4 1 1 8 8 1 2 4 2 2 7 由5 箱s h o p 8 8 8 8 8 9 2 0 s o h u ．c o m 更多信息请登录w Ⅷ矾c u i q u s h e b e i ．c o m 和w w w ．L 1 一e x t r a c 一_ 毋f 、d 5 、 一p _ 一毋一t 舟_ 一p 一毋p t 毋≮一_ 一毋≮尊t p 毋一p t 一毋p _ 一t 秆_ 一毋一毋毋，一p 万方数据