240kA预焙铝电解槽换极针振分析与防范.pdf

有色金属 抬炼部分 2 0 0 6 年1 期 2 4 0 k A 预焙铝电解槽换极针振分析与防范 刘爱生 福建省南平铝业有限公司，3 5 3 0 0 0 摘要电解槽换极针振是换极作业过程中比较突出的现象，为防范电解槽换极针振，着重从规范换极操 作以提高换极质量，同时．注重工艺技术条件的合理保持来解决这一问题。 关键词针振；水平电流；阳极电流分布；工艺技术条件 中国分类号T F 8 2 1文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 【2 0 0 6 } 0 1 0 0 3 0 0 4 A n a l y s i so fV o l t a g eF l u c t u a t i o na n dP r e v e n t i o n f o r2 4 0 k AP r e b a k e dA l u m i n u mC e l l s L I UA i s h e n g F u j h nN a n p i n gA l u m b d u a lC o ，L t d ．N a n p i n g ．F u i i a n3 5 3 0 0 ，C h i n a A b s t r a c t F l u c t u a t i o no fv o l t a g ei sas p e c i a lp h e n o m e n o nf o rc h a n g i n ga d o d ei na l u m i n u mc e l l s ，f o rt h es a k eo f p r e v e n t i n ga n ds o l v i n gt h ep r o b l e m ，i tm u s ti n c r e a s es t r o n g l yq u a n t i t yw i t hc h a n g i n ga d o d er i g h t l y ，a n dk e e p i n g s t r o n g l yf i tt e c h n o l o g i c a lc o n d i t i o n s ． K e y w o r d s V o l t a g ef l u c t u a t i o n ；H o r i z o n t a lc u r r e n t ；C u r r e n td i s t r i b u t i o ni na n o d e ；7 F e c h n o l o g i c a lc o n d i t i o n s 1 概述 换极作业是大型预焙槽炼铝过程中一项重要的 操作内容。南平铝业有限公司2 4 0 k A 预焙铝电解 槽阳极部分采用四点进电，共1 6 组双阳极块，换极 周期初步定为2 6 天．与一般中小型预焙槽相比换极 的操作面大，且各阳极块组分布的电流较大，所以， 在具体的换极作业过程中，不仅工作量大，还易使阳 极产生偏流从而导致电压摆动，也就是槽电压值上 下波动大，通常也称这种现象为“针振”，电解槽一旦 发生针振将破坏电解槽的稳定性，工艺技术条件的 控制难度加大，频繁的高幅度的针振将增大铝的二 次损失，降低电流效率，因而，如何预防和处理换极 针振意义重大。 2电解槽针振的内因及阳极组电流分 布情况 针振产生的直接原因从本质上讲只要是立柱母 作者筒介刘爱生 1 9 7 0 一 ，男．助理工程师 线和槽周母线电流布局合理，那么针振原因应归结 为电解质中的水平电流分布紊乱，无序的水平电流 产生的垂直方向上的磁场作用力，破坏了铝液的正 常运行规律，使铝水剧烈地上下波动引发针振。其 原因是多方面的，槽体内铝水总量不足、电解质温度 剧烈变化、炉膛不规整、阳极电流分布的非均衡性等 都会引起针振，下面主要重点讨论换极过程中由于 某种原因引起阳极电流分布的非均衡性诱发针振的 过程。 2 ．1 正常槽阳极组电流分布特点 要判断阳极电流分布的合理与否首先必须了解 正常槽阳极组的分布特点。从单个的电解槽的电路 网络看，电解槽上各阳极块之间的关系可以看成是 彼此并联的，而且，其换极顺序的安排不仅要保证每 换一块极都要均匀分散以避免换极对阳极电流分布 产生干扰，而且要保证挂在阳极母线上阳极块重量 的对称、均衡以避免阳极母线发生变形。从表1 部 分槽的阳极换极顺序表足以发现这一特点，同时还 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 6 年1 期 可以推算出在同一时刻各阳极块电阻分布是呈一定 的均衡性，这样就决定了正常槽阳极电流分布也会 呈一定的均衡性。我们实测发现正常槽阳极电流分 布值各区域基本比较平均，在同一区域越是换极时 间较早的低残极由于其相对电阻值小，因而分布的 电流也相对较多，说明电流容易偏向这个地方，同时 也反应出低残极的自衡流能力较差。一旦外界干扰 超过它所承受的范围，电流就会在此处集中分布，从 而导致电解质区域性水平电流变化引发电解槽针 振。 表1 部分电解槽换极周期表 T a b l e1T h ea n o d ee x c h a n 羽n ga r r a n g e m e n to fp a r to fc e l l s 2 ．2 新极1 6h 电流分布值的意义 根据我们实测的新极换上后其4 8h 导电率随 时间变化曲线图，可以发现新极上槽后，1 ～2h 后 阳极开始导电，1 6h 左右导电量达到正常值7 0 ％， 此时等距离压降值为2 ～7m V 左右，2 4h 左右达到 正常值。研究新极1 6h 电流分布的意义在于衡量 新极的安装精度，因为从电解槽稳定性考虑，要求新 极2 4h 角部新极4 8h 通过满电流时其底掌与其他 残极组底掌正好持平，只好将新极安装位置比残极 提高1 天 非角极 或2 天 角极 的消耗量，即1 ．5 - - 2 ．0a m ，同时通常取大多数新极导电达到应走电 流的7 0 ％所经历的小时数作为衡量新极安装精度 的标准，因为对于新极，安装高度的变化，直接影响 到换极后整个阳极电流分布趋势。 3 换极针振分析及处理 3 ．1 换极时有时会出现“压距”现象 假设换极前槽设定电压为v ，槽极距是d ，换极 期问，计算机换极程序一般要增加7 0m V 附加电压 共4 5m i n ，假设换极程序启动完增加7 0m V 附加电 压后应是v 7 0m V ，对应槽极距是d d 7 0 。 实践表明，有些槽由于工艺技术参数控制上的 差异，造成电解质性质上的差异，还有炉膛规整程度 以及新极导电滞后性的影响等，将残极提出时刻起 槽电压会自动上升，上升的幅度各不相同，因槽况而 异，有时换极时实际上升的电压值大于原电压与附 加电压之和，假设相差A V ，为V 7 0 m V A V ， 这 时的△V 的产生与极距变化无关 持续时间也要大 于4 5r a i n ，但是，计算机并不知道这些变化，4 5r a i n 过后，计算机则按程序从当前v 7 0 m V 十A V 电压 值开始下降电压至刚换极前时的电压值V ，其过程 通过F 降阳极母线来实现，那么下降距离应该是d d 7 0 d A V 这时的A V 与极距下降产生了联系 ， 显然多降了d A V ，A V 越大阳极下降越多，也就是说 换极后槽极距比换极前缩短了，我们把这过程称为 “压距”。当然，随着新极的导电程度的增强电解槽 会自我恢复被压的极距，但是其过程引发的针振已 经对电解槽产生了干扰，图1 是典型的由于“压距” 引起针振的槽历史曲线图。从曲线图可以获知换极 电压的上限为4 ．2 8V ，但是实际电压已经上升至 4 ．3 7V ，高出9 0m V ，计算机自动下降阳极使电压 回到4 ．2 8V 附近，这样槽极距比换极前明显下降， 引发电解槽针振。 处理这类槽最好办法是当换极时槽电压明显 大于换极程序所规定的电压时，只要提高设定电压， 将此时的电压值纳入到设定电压附近3 0r a i n ，然后 再调回刭换极程序所规定的状态，这样相当于槽极 距随电压的上升而上升，随电压的下降而同步下降， 不再存在上述压距问题了。 万方数据 3 2有色金属 冶炼部分 2 0 0 6 年1 期 F 1；F I IF IF ●F lF ●一_ F● 墨；妊孤曩 ⋯ ● 一、～ 一，对暇心∥冲V №“ ” ㈠ ．。 酚簖甄渤舾甄鳓纠酞敞勰 ；二 。弋即昌内 J ，，如A 三馨冀 N ，，， √＼／I△ 式 一』念 ∥{ W 呙 p 雪- W≮∥心 图1 针振曲线图 1 1 1 号槽 F i g ．1 T h ec u r v eo fw d t a g ef l u c t u a t i o n N o ．1 1 1 3 ．2 新极安装精度不够 通过测定新极1 6h 电流分布值基本可以判断 新极安装精度，当等距离压降值小于2m V 时表明 新极安装太高，当等距离压降值大于7m V 时表明 新极安装太低，二者都会影响整个阳极组的电流分 布情况，易导致某些阳极的电流过分集中或通电不 足，从而使阳极电流分布失衡，造成电压的剧烈波动 引发电解槽针振，处理办法是测量全槽阳极组的阳 极电流分布情况，对新极安装精度做出判断，然后将 新极调整到合理位置．使阳极组的电流分布趋于合 理，似类针振基本可以解决。 3 ．3 换极作业时电解质块或脱落炭块没捞净 在换极作业过程中不可避免会有电解质块或阳 极脱块掉人液体电解质中，如果没及时从中捞出，这 些块状物会随电解质的循环流动而沿阳极底掌到处 漂移，有时会与铝水相接触在阳极与电解质之间形 成导电通路，从而引起局部瞬问短路使电压剧烈波 动产生电压摆。表现特征为电压动态曲线呈间断性 的波动．处理办法是测量全槽阳极组的阳极电流分 布情况，电流分布值高于正常值5 0 ％以上的阳极块 便是找漂块的大概位置，然后调高该阳极1 ．5 ～20 c m ，针振基本能得到缓解。所以提高换极的操作质 量是控制针振必不可少的一个环节。 3 ．4 换极作业时炉底沉淀没做针对性处理 炉底沉淀 或炉底结壳 都是产生电解槽针振的 一个因素之一，原因是过多的炉底沉淀增大了阴极 电阻，一定程度上阻碍了垂直方向上的电流通过，相 反，增加了水平方向上的电流，过多的水平电流岿然 产生强烈的垂直磁场引起铝水的剧烈波动，从而引 起电压的大幅波动产生针振。换极作业足对电解槽 的一次干扰，有时会诱发上述针振过程的发生，作为 换极作业的最后一道工序是检查炉底，如果发现氧 化铝沉淀要及时耙出，一定程度上可以减少此作业 面处水平方向上的电流，把换极针振降到最低限度。 3 ．5 工艺技术条件保持不够合理 电解槽针振与工艺技术条件的合理匹配有很大 的关系。槽体内铝水总量不够、炉底沉淀、炉底结 壳、炉膛不规整、分子比下降过快或槽温过低等都与 A A A A A A V v V V V V h h h h j i V v V V V V v V V ，v V黼需臻嚣僦篙慧。㈣裟鞘器裟～ 0 蚯 蛆 孺 撕 黝 瓣 躺一 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 6 年1 期 工艺技术条件保持不够合理有关，上述特征都会使 水平电流分布过于集中产生强烈的垂直磁场，从而 造成电解槽自平衡能力在减弱，抗干扰能力差，当受 到换极作业的干扰时，必然会引起电解槽针振，所 以，工艺技术条件保持台理基础上的稳定是防范换 极针振的先决条件。 4调整局部阳极电流分布只是权宜之计 电解槽在换极作业时一旦发生了针振，在处理 时一般是测全炉阳极电流分布情况，依照前面所述 的槽自身的阳极电流分布特征，找出阳极电流分布 不合理的区域进行局部阳极高度的调整，以达到平 衡阳极电流的目的来缓解针振。但是，最终的结果 是由于个别阳极底掌不再与其他阳极组持平，在接 下来的阳极消耗中又会造成阳极电流区域分布不乎 衡，产生新的针振，所以，调整局部阳极电流分布只 是权宜之计，重要的是全面分析产生换极针振的原 因，对症下药，从本质上去消除引起针振的因素，坚 决杜绝盲目频繁地调整阳板。 清洁度的依据是炉底压降值，这样，工艺技术条件的 保持一炉底压降值一电解槽换极针振有着必然的联 系，表2 是南铝2 4 0 k A 预焙铝电解槽2 0 0 4 年度部 分月份工艺技术条件、炉底压降值、与电解槽换极针 的关系统计数据。 表22 0 0 4 年度部分月份工艺技术参数 T a b l e2T h ec e l l ’sp a r a m e t e r si n2 0 0 4 所以，保工艺技术条件的合理匹配；保炉底清洁 度；是早期扼制换极针振的最有效的方法。 5 要彻底扼制换极针振重在早期预防 6结语 从上述阐述中可以得出要彻底扼制换极针振还 重在早期预防，重点是保持工艺技术条件的合理匹 配，增强电解槽抗干扰能力。而考察工艺技术条件 保持是否合理，最表观的体现也就是电解槽的针振 程度，因为针振是衡量电解槽稳定性标志。工艺技 术条件保持不合理 冈0 开始暴露出来的是炉底清洁 状况的变化，引起炉膛不规整，使电解槽的“三场”平 衡遭到破坏，易造成电解槽换极针振。而反应炉底 电解槽换极针振既有换极操作本身不规范造成 阳极电流分布的不均衡，也有由于工艺技术条件搭 配不合理造成电解质性质变化和炉底状况的变化为 电解槽换极针振创造条件。为减少换极针振只有做 到标本兼治，也就是既要做到规范换极操作，同时加 强工艺技术条件台理匹配，才能把换极针振降到最 低限度。 万方数据