自动熄灭阳极效应在铝电解生产中的应用

摘　要：介绍了我公司铝电解自动控制系统中自动熄灭阳极效应功能的应用情况(成功率达92%)，阐述了影响自动熄灭成功率的几个因素以及何种自动熄灭效应的参数组合对电解生产最有利。

    关键词：铝电解，自动控制，自动熄灭阳极效应，成功率

    作　者：陆义龙　韩丹群　饶晓凤

一、引言：

　　国外许多电解铝厂都实现了阳极效应的自动熄灭，80年代来，其自动熄灭的成功率就已近100%[1]。国内电解铝厂贵铝，其自动控制系统中设有自动熄灭程序(软件包)，但由于没有解决熄灭过程中电解质容易溢出和自动熄灭成功率低的问题，最后不得不采用传统的手工木棒熄灭方法。而其它大部分铝厂的铝电解自动控制系统中几乎没有该功能。所以长期以来，国内自动熄灭阳极效应鲜有更新的深度和成功的例子。

　　汉江丹江口铝业有限公司第三电解铝厂114.5KA系列预焙槽系列自动控制系统中配有阳极自动熄灭程序。1999年8月我们开始试验应用时，情况与贵铝相类似，即电解质容易溢出槽外，且由于参数匹配不合理，其自动熄灭成功率仅有10-20%，在经历了几次重大的工艺技术调整后，两水平总高降低，即实行低铝水平操作，电解质水平稳定在19-21cm，自动熄灭过程中不再有电解质溢流现象发生。分子比和槽温分别控制在2.1-2.3，950-960℃，槽况较为稳定。同时通过大量试验对程序中的相关参数优化组合，现自动熄灭成功率已稳步上升到95%。

二、自动熄来阳极效应原理及步骤：

　　当电解质中AL2O3%降至1.0%以下，电解质性质发生重大变化，其对碳素阳极的湿润性变差，阳极效应发生。自动熄灭程序首先对电解槽进行快速加料，然后等待氧化铝溶解，改善电解质对碳素阳极的湿润性，接着下压阳极，靠增加的静压力将气泡起走，熄灭效应。其步骤为：

　　①自动控制系统检测 效应，并启动自动熄灭效应程序；

　　②对电解槽进行快速加料；

　　③等待氧化铝的溶解；

　　④下压阳极（分1-3个下压处理循环，每个，循环有1-2步下压，每步下压时间1-20秒）若未熄灭，则报警提示进行人工熄灭。

　　⑤效应后的电压调整，（熄灭之后电压一般在3.9-4.0，需提升至值4.26左右）

三、影响熄灭成功率的几个因素：

　　1、快速料的加料量。由于大部分效应都是缺料效应，所以效应后快速加料量就显得非常重要，不下料或下料不够都会造成效应 。我厂铝电解自动控制系统缺省值为两个下料点共计12次加料，每次加料量为1.5kg，共计1.5×2×12=36kg。平果铝业公司的有关实验表明其效应后的加料量为28.8kg时仍然不影响其效应的熄灭[3]。我们进行了相关试验，发现在快速加料次数在12、1、0、9、8次时都可以顺利熄灭只不过在8、7次时熄灭经历了两次循环，两次下压阳极，表明是自动熄灭难度在增加，在定为6次时熄灭的成功率降低为50%，这说明6×2×1.5=18kg是我们自动熄灭阳极的最低极限快速加料量。现在，我们将该值定为8次下料，共计8×2×1.5=24kg。

　　2、效应快速加料后到开始下压阳极之间的等待时间。这段等待时间主要用于等待快速加料所下的AL2O3的溶解。如果快速加料所下的氧化铝未被充分溶解，则电解质的与炭素阳极之间的湿润性不会被改善到足够的程度，自动熄灭难以成功。在理想的情况下，电解槽不产生沉淀的最大供料速度不宜超过3g/( kg电解质)[4]，我厂114.5KA效槽电解容量按5t计算，快速加料8次完成的时间为1分钟，则其供料速度为2×8×1.5/1×5=4.8g(电解质)，这说明该快速加料速度易造成沉，况且由于市场原因，我厂大部分使用国产中间状氧化铝，其溶解性差，所以必须有一段等待时间让其溶解。我们选择了10、20、40、50、60、90等几档做试验，发现等待时间为10-40秒时，熄灭成功率只有50%，而50秒为75%，60秒为85%90秒为92%，而再延长，成功率也未增长，现在我们将此参数定为90秒。

　　3、下压阳极的幅度与速度。下压阳极的幅度越大，所产生的静压力就越大，自动熄灭的成功率就越高。但该幅度并不是越大越好，太大容易将电解质压流，阳极也容易坐在侧部伸腿上，粘上沉淀，最后形成边部长牙，所以要寻求合理的下压阳极的幅度。最后我们选择了第一步下压11秒，第二步下压6秒，比缺省值少5秒，较好地满足了自动熄灭的要求。阳极下压的速度取决于运转的电机及传动机构，非计算机参数可修改的。我厂有100台电解槽，其中装配老式电机及动机构的16台，下压速度为每分钟2cm，发现相同情况下其熄灭成功率比新电机(下压速度为每分钟3cm)低30%，且通常要历经两次循环之后才能熄灭，这说明阳极下压的速度越快，其熄灭的成功率越高。阳极下压速度慢的槽子，我们将其下压幅度调整为第一步15秒，第二步11秒后，其熄灭成功率几乎与新电机槽相同。

　　4、槽况：槽况也是影响成功率的主要因素。低温及波动槽难熄，因为其电解质粘度大，流动性差，溶解AL2O3能力较低。另外高温槽(>980℃)，通常其电解质不清洁，其电解质浓度太小，流动性强，AL2O3来不及溶解便形成炉底沉，因而其溶解AL2O3能力较低，所以这两类槽熄灭的成功率都很低。而槽温在950-960℃，分子比在2.1-2.3的电解槽，其槽况良好，熄灭的成功率几乎达100%。因而槽况越好越稳定，效应自动熄灭成功率也越高。

四、关于效应量的讨论

　　从节约能量，减少效应对电解槽的不利影响角度出发，我们应该将效应时间缩短得越短越好，但实际上由于槽内总有相当部分碳渣需要通过效应来清理，且炉内局部沉淀等待效应时高温溶化，某些形炉膛也需要通过铲应来规整，所以保证适当的效应持续时间是必须的，现在我们将自动熄灭效应的时间平均控制在4分30秒左右，比可能达到的最短时间3分40秒延长了50秒，满足了生产需要，同时比手动槽熄灭法的平均时间5分20秒降低了50秒。所以我们认为要引入效应的持续时间。目前对于槽况的槽子，我们控制其效应时间在4分钟以内，对于槽况稍差的槽子，我们控制其效庆时间在5分钟以内。同时我们认为自动熄灭效庆时最好能第一个循环里的第一步就熄回去，因为循环次数越多，步骤越多，越可能在阳极降和升的过程中破坏极上的覆盖料的整体性，造成阳极不必要的额外氧化。

五、结论：

1、通过改进工艺技术条件，是可以实现用自动熄灭阳极效应程序(软件包)来熄灭阳极效应的。

2、应该根据实际情况选择合理的参数组合，使自动熄灭有既保证了阳极效应的质量，达到了节能降耗的目的。

3、自动熄灭阳极效庆由于采用下压阳极方式，因此不会像手工木棒法那样会剧烈搅动槽内熔体，因而铝的二次氧化损失较小，同时对电解槽的平稳生产要有利。

4、通过运行自动熄灭阳极效软件包，提高了铝电争自动控制水平，减轻了工人劳动强度，节省电能113×35×50/3600=55wh/5效应，年节能0.33×100×365×55=66万KWH，吨铝降低电解22kwh/tAl同时也降低了木棒消耗为0.33×0.92×100=30根/块，每年为12045根。