186kA预焙电解槽技术及生产实践.pdf

18 6 k A 预焙电解槽技术及生产实践 王有来刘卫东 贵州铝厂，贵阳5 5 0 。5 8 摘要介绍了贵韬1 8 6 k A 技改槽采用的点式下料，四点大面进电、窄炉面钻构，单围带摇篮 架式槽结构、氟化铝自动舔加等技术．适应于该槽型的。五低一高’工艺辅度及应用于系列生产并取 得较好运行效果的智酋模糊控制技术．此外还升绍了技改槽系列通电，焙烧．启动到生产的实殴经 验及达到的技木经济指标． 美蕾词预焙阳极电解槽；技术性能实践经骚；生产指标 中田分娄号T F 8 2 l文糠标识码B 贵铝1 8 6 k A 大型中间下料预焙阳极电 解槽．是贵州铝厂和贵阳铝镁设计研究院， 在消化吸收1 6 0 k A 中间下料预焙阳极电解 槽技术，进行了大量工艺实验研究并结合国 际铝电解槽技术发展方向的基础上，联合开 发的大容量高效能的铝电解槽．4 台1 8 0 k A 级试验槽1 9 9 2 年建成投产，9 4 年通过了专 家鉴定。贵州铝厂，贵阳铝镁设计研究院和 北方工业大学合作，在实验槽上进行的铝电 解槽模糊控制技术开发也取得成功。1 9 9 5 年该槽型定为贵州铝厂环境治理改造工程采 用槽型，至1 9 9 9 年该技改系列共建成13 8 台 电解槽，年产能力7 万t 原铝。本文主要介 绍贵州铝厂第一电解铝厂环境治理技术改 造0 1 工程采用的1 8 6 k A 大型中问点式下料预 焙阳极电解槽 下简称技改槽 的主要技术 性能，技改槽从通电、焙烧，启动到生产全过 程的经验以及达到的技术经济指标。 l技改槽的主要技术性能 1 ．1 点式定窖下料技术1 8 6 k A 预焙槽配 置四个打壳下料装置，采用1 ．8 L 筒式下料 器，按两两交错的方式下料。每次下料量为 3 ．6 LA 1 船3 2 1 ．8 LA 1 2 0 √点 ，每次A l 曲， 加料基准时间间隔约为1 0 黯。所使用的1 ．8 L 简式定容器，具有下料准确。工作可靠，寿 命长等优点，满足了氧化铝浓度控制的要 求． 1 ．2大面四点进电母线配置技术铝电解 槽在生产过程中，槽周围导电母线在电流的 作用下会产生强大磁场，槽内熔体尤其是铝 液，在拉普拉斯电磁力的作用下，会产生隆 起、倾斜、波动和旋转等．随着槽容量的增 大，这种电磁力作用的加强，铝液运动将加 剧，恶化电解过程，导致电流效率降低，槽电 压升高，能耗增加。这是开发大型预焙阳极 电解槽时必须解决的问题。为了改善槽内磁 场分布和熔体的流动状况，1 8 酞A 铝电解槽 在母线系统设计上采用了四点进电母线配置 技术。该项技术贯彻了对铝液波动进行。削 蜂 填补’的设计思想，通过槽周围和槽底 母线产生的磁场之间的相互补偿，减小槽内 角部垂直磁场和水平磁场不均匀分布来减小 槽内变化梯度，达到了改善槽内熔体的磁流 体特性、稳定电解槽运行状况的效果。 1 ．3窄炉膛操作面技术在充分考虑了方 作者简介王有来 1 ％l 一 ，男．赍 l | 者 ，有色盒属情炼专业工学学士．贵州铝厂高级工程师 万方数据 便换极和出铝等日常操作的基础上，1 8 6 k A 电解槽采用大面宽3 5 0 r a m ，小面宽4 5 0 r a m ， 中缝宽2 0 0 m m 的窄炉面技术。该项技术具 有如下优点 1 电解槽形成的炉膛伸腿陡 丽短，有利于自然形成规整的炉膛，减少水 平电流的产生，增加了铝液的稳定性。 2 缩 小了阴极面积，促进槽侧下部保温，减少操 作时的散热损失，提高了电解槽的能量利用 率． 3 提高了电解槽的单位面积产量，减少 钢材用量和节省基建投资费用等。贵铝技改 槽与国内外几种槽型加工面尺寸的比较见 表l 。 表1国内外几种槽型的炉膜加工面尺寸 1 ．4单围带摇篮架式槽结构技术铝电解 槽的槽壳结构主要有摇篮架式、框架式和臂 撑式，其中摇篮架式槽壳结构具有变形小， 大修方便，重量轻，易于制作等优点．1 8 6 k A 电解槽的单围带摇篮架式槽结构，是应用非 线性有限元分析及优化程序进行仿真设计 的．具有受力合理，热应力变形小，有利于槽 壳倒壁的空气对流，促进炉帮的自然形成和 形成规整炉膛。． I ．5 氟化铝自动添加技术氟化铝的添加 方式主要有两种一种是采用在供料系统对 氧化铝和氟化铝进行混合配料添加，另一种 是每槽配置专门的氟化铝添加装置单独添 加。在实际生产中，各台槽之间槽况不尽一 致，且每台槽槽况也有可能发生波动，尤其 { 是电解温度，这就要求氟化铝添加必须固槽 而异。显然，通过供料系统混合配料添加这 种方式不能做到这一点，往往需要人工现场 调整氟化铝添加量，结果难以傲到按需添加 氟化铝，而且不便于控制系统对分子比进行 自动控制。 1 8 6 K A 电解槽采用氟化铝自动添加技 术．该技术以从瑞士A L E S A 公司引进浓相 输送技术和贵州铝厂开发的智能模糊专家系 统两项技术为基础．浓相输送系统将氟化铝 从料仓输送到每台槽，每台槽设有一个氟化 铝料箱，并配置了1 ．8 L 筒式下料器．智能模 糊专家系统根据各槽的分子比、电解温度及 槽况等推算出每天各台槽所需的氟化铝添加 量，计算机控制氟化铝下料系统实现氟化铝 的自动添加。此技术具有如下优点 1 氟 化铝添加滞后性小，分子比调整及时，控制 准确； 2 氟化铝消耗量减少； 3 电解质中 氟化铝浓度均匀，不易造成局部沉淀； 4 实 现了分子比的模糊专家在线控制。优化了电 解槽的工艺技术条件控制． 1 ．6 智能模糊控制技术的推广应用智能 模糊控制包括铝电解氧化铝浓度智能模糊控 制技术和铝电解槽模糊专家系统．贵州铝厂 电解一系列 技改系列 投产后，又对氧化铝 浓度模糊控制技术和电解槽模糊专家控制技 术作进一步完善和提高，逐步推广至整个系 列。从而在国际上首次成功地将智能模糊控 制技术应用于铝电解系列工业生产。目前技 改槽实现了氧化铝模糊控制参数自修改、槽 况自诊断、设定电压自修正、氟化铝自调 整、出铝量自下达和阳极效应自决策的“六 自工艺技术’及电解槽氧化铝浓度和专家系 统的在线控制。 1 ．74 五低一高。新工艺制度的应用结合 1 6 0 k A 电解槽成熟的。四低一高”工艺制 度。的成功经验，通过在1 8 缺A 技改槽上进 行工艺技术条件实验研究．得出了适合1 8 6 k A 技改槽的“五低一高” 低氧化铝浓度、低分 子比、低电解温度、低效应系数，低铝水平和 高设定电压 新的工艺操作和管理制度。其 基本思想为保持低分子比，低温，可降低电 万方数据 解质的衲晶温度和过热度；保持高设定电压 是为了缑持电解糖的热乎德状态，势达到保 持较高授踅，减少铝静二次反应损失的目 的；通趱低氧化锅浓度控制，消除由于低 势子跑，低疆誉繁鳇受秀影响；降爨簸应系 数，可降低能耗，硪轻阳极效应对楷物辩与 能量平攒状态的_ 干扰，减少效应期阍排出的 C F 、C F e 有害貉菔对大气静污染，缎善操俸 环境．。低铝水平”管理是1 8 酞A 技改槽与传 统工艺铡废显萋的不霹之姓，其疆抟主要 是 1 舰整炉膛澎状，清理炉底，减少沉淀 产生； 2 提高槽内热容量，弥朴槽侧热损与炉 底保温不足的缺赡。 1 ．8 箕袍稆美技术贲韬技改工稷还配套 引进了瑞士A I J E s A 公司的浓相输邀技术、 德国N O E L L 公秘斡多功赞菠压褒使天车秘 日本富士电机的供电整流机组等．同时还栗 用了先进的干法净化技术、自动语瓷报警技 术霸量} 髯机努书凌控稍技术等，为电勰魏垒 产刨造丁良好的条件． 2 技改搪鹌系蠲生产 2 ．1电解槽的迸炮、焙烧、启动1 8 6 k A 技 笈撞鹣投产采瘸铝藏培辘法遴蟹．摄据 1 8 6 k A 槠管理及多年来的舷产实践缀验，采 用铝液持烧法在邋电培烧患动过程中要特别 注意如下几个闻联 1 技改槽人造伸腿即侧部扎缝处在预 热蘩闻缀难实褒糍全焦德，装妒瓣努矮摄较 粗一些旮g 纯电解质块堆砌| 啜墙。由习纯电解 质块的棚变潜热火，启动期阅电解威挟融化 缓经，可秘造透麓焦纯缓幔静，j 、环境。 2 上抬阳极腑的第二涎，当电解槽中缝 孵壤晶露开始融毙屠，要注塞替充球鑫五， 不髂出现局部过热，温度不均现象。 3 靛炉时人遗伸腿上应均匀的撤上足 够瓣氟纯钙，绦鬣癌蚤赣第一凌琅群对 C a F ，％达到5 ％左右．由于C a 2 离子可作 为爨搬上的电化学屏障，添加氯化钙可减少 钠静析} l j m ． 4 电解槽启动人童效应时，效应电压不 宣过瘫，效应瓣霹不宣避长，大王效应缘灭 时侧部堰墙不宜全部融化，以保证边缝焦化 过程缀慢进行。确保人正效应完毕列灌铝的 6 h 之阕燕壶宠不至于道太． 5 人工效应后到濑铝6 h 之间要将电压 扶 ～8 V 慢蠼隆至5 ～6 V 。就薅氧他镪 的辩加按7 0 ％～8 0 ％电流效率所需的氧化 铝计算下料遵率。 秘要洼惹控髑毫勰囊弱慧薰。貘尧遗壤 电解脯添加过多而灌不了在产铝。启动初期 电解璇过少则不利于炉艟的形成． 7 焙烧期间添细珠晶石对磊与曹遮混 台添加，且必须保证足够的曹逃添加量，确 摆是淤磊第一次取撵鹃分子览凌1 ．4 ≤重鏊 比’以上。 2 ．2患髌糟的初期管骥电解糟的初期管 理亦静菲正常麓鲍管囊。菲正常期结束弱主 要标懑是阴极碳素的嗳钠基本馓和、电解槽 妒膛建立基本兜成．电壤撞菲茁孥期的譬瑗 要点盎要是技术条件的控制 1 保持高分子比 1 ．4 左右 尤为重辫。 探持藉分子撼，一方蟊燕要潢是壤勰耱鹅援 碳索吸钠的需簧o ，另一方面是在高分子比 情况下形成的炉膛比较稳定、不爨融化． 2 保持较高的电解质水平，有利于爨供 形成炉膛所需的电解质摄。 ￡3 毫癣攘熬王撵懿匿下辩要先抉螽 慢．以便形成炉帮，最低可降至4 ．1 0 伏以 下。骧着非正常期结束，分子比降低，工作 电压袋相应挺褥，保持4 ．2 0 茯左蠢运行． 4 铝水平在非正常期不宜懈持过高，防 止蠖激交纯大，炉底撬淀邂多，萨蘩形成苓 规整糌。 5 非正常期一般为2 个月激右．寇非 正常期瘫窝番长封圣问箨亳、瀑氟诧锯翱氧佬 万方数据 锻等意外事故的发生，同时严禁进行边部加 王等。 Z 3电解槽的碱常管瑕1 8 6 k A 技改糟度 避菲王嚣蘩磊，翻壤寝镳基本巍翔，炉艟形 成基本完成，电船槽进入正常期管理．通过 王芑技拳条】f 孛实羚职变以及覆每多豹实拽， 1 8 6 k A 技改槽的难常生产管理废注意如下问 爨 1 严格按技术条件控制．根据“五低一 赢”工艺捌度的簧求，严格接最佳工艺技术 条件试骚得出的技术条件控制藏圈对电解槽 避行控制， 2 确保控制所依据的各种参数真实、可 靠，减少人为对电解槽的干扰．电解槽的下 辩系统强额疆对保持通畅，并零碍能避免速 部加工作业，通道技术条件的合理保持来形 玻稳定鹣炉建。专家系绞要求辏A 薛羲零条 件和槽况必须做到数搬真实可靠，宁缺勿 激， 3 阳极上的绪壳块，通过粉碎后作为极 上辩添热，躲投上秘电瓣楗边部苓薤有过多 的电解藤结壳块，以免影响电解槽的保温和 遗或职援氧纯。 4 确保阳极交换作业时的阳极竣麓精 度和吸出作业时的出铝精度。 3 技改槽的运行效果 泰l氧能错浓袋的控镧效果采震氧纯锯 浓度模糊控制后，取得了很好的浓度控制效 幕。1 9 9 8 年8 莠在嚣4 0 糖上结合圈酴段控 制策略 难常一必一过～过渡 ，在切换过 程孛对撼肉6 熹彀壤囊歉撵的裁亿锾滚发势 析结果如图l 所泳． 静匿I2 鋈3 薹45 委678 蠢1各令遥行酚羧囊能稻滚度 袭2氧化铝浓度验证测试结果航计 1 9 9 9 年l l 胄对1 4 9 ～1 5 芦9 裔槽避 行的8 次氧化铝浓度分布测试结果见表2 ． 粥l 和表2 中静满试蘩祭表孵，氧纯舔 浓度分布于1 ．4 3 ％～2 ．3 2 ％范围内，平均 蠢1 ．7 4 ％。谖弭1 8 6 K A 接竣槽采播秘氧纯 铝浓度智能模糊控制，达到了将A l o ，浓度 稳定媲控剩在较抵嚣竣豹控期效皋，扶{ l 莛秀 该槽型获得穗定的槽况和较黼的电流效率指 据剖造了较好转条转。 3 ．2 工艺技术参数控制效粜模糊控制技 术和横籀专家系统搬广应周投在1 8 6 k A 技 改系捌槽上进行优忧正艺技沭条件摸索试骚 后，各项工艺技术参数的控制完全贯彻了 。五低一高。生产工兹操作与管理制度的要 求，从1 9 9 9 年9 至l l 月份的坑计看，平均效 应系数0 ．2 1 瓿，霸椿，平均分子比1 ．1 l 重量比 ，平均电解温度9 4 3 ℃，说明技术 条辞控翩效聚十努显蔫． 3 ．3 获得的经济指标1 9 9 9 年9 月翔l l 嚣蛰斡耄流效率帮塞滚亳耗统计结荣嶷赘 1 8 6 k A 技改槽的电流效率平均达到9 4 ．7 l ％， 壹囊趣耗簿撬至1 3 t 9 4 K W h ／t A I ，嚣褒摇 标已然到了国际先进水平． 4 结论 1 1 8 6 k A 技改糖果用了点式定骞下 料，太面四点进电母线配鬣、窄炉膛操依 面，单圈带撂簸托槊式搪结擒、氟他铝自动 添加等一系列先进技术．是瞄前国内技术最 万方数据 先进的电解生产系列． 2 通过最佳工艺技术条件试验确定的 】8 6 k A 技改槽“五低一高5 的工艺技术条件适 宜；电解槽从通电、焙烧、启动、初期管理到 正常期管理方面摸索出的许多成功经验，使 该槽生产槽况稳定，易于操作和管理。 3 通过智能模糊控制技术的推广应 用，实现了氧化铝模糊控制参数自修改、槽 况自诊断，设定电压自修正、氟化铝自调 整、出铝量自下达和阳极效应自决策的“六 自工艺技术。，从而成为国内第一个大规模 推广模糊控制技术并取得显著成效的电解系 列。 4 贵铝1 8 6 k A 技改槽系列从1 9 9 7 年投 产至今，生产平稳，9 9 年9 ～1 1 月的电流效 率达到9 4 ．7 1 ％，直流电耗指标完成 1 3 1 9 4 k W h ／t - A I ，综合技术达到国际领先 水平。 参考文献 1 王有来，黎计武，刘卫东，王勇．G M E ’9 9G L o B A L h 狂I T A L SE N V I R O N M E N r2 4 2 1M A Y ． 1 9 9 9 , P 5 5 t 2 王有来，周铁托，粱承祖．黎云．第三届全国冶金 学术会议论文集，1 9 9 S1 0 , P 5 8 7 ． 3 何允平，董民杰编．电解法寿命研究．6 3 4 冯乃祥．金属学报，1 9 9 9 , 3 5 ． 回P 6 1 1 万方数据