吕文斌
(中国铝业青海分公司,青海 西宁 810108)
某公司投产至今已有30年,一直进行电流效率的研究,从理论到实践都有了很大的进展。近年来,200kA预焙槽实施了低电压生产技术。但推行低电压生产不久,发现电解槽电流效率较推行前降低幅度较大,为此,该公司召开了班组长和专业技术人员研讨会,决定攻关200kA预焙槽低电压生产下提高电流效率的措施。
电流效率低主要是电解电流通过了阴极,应该产铝,但实际没有产铝。电流效率低原因有以下几项:
因推行了低电压生产技术前期,电解槽热平衡不好,供料间隔设定不合理等因素,造成槽温较高,阳极效应系数加大,部分槽阳极效应系数达到0.2次/槽·日以上,导致电解槽内CO2(气)浓度增大,同时因阳极效应系数升高,电解槽内下层铝液翻滚到电解质内到达阳极表面机会加大,从而为铝的二次反应提供了良好的反应条件。
钠的析出反应式为:6Na(溶)+3CO2(气)+2AlF3(溶)=6NaF(溶)+Al2O3+3CO(气)。
反应式为:4Al(溶)+3C(固)=Al4C3(固),因推行了低电压生产技术和强化电流降电压技术,电解槽阴极块为201项目阴极块,阴极生产厂家生产该种阴极块时间不久,经验不足,有部分阴极块湿润型不好,质量欠佳,加速了Al4C3的生成。
实践证明电解质中 Fe、P、V、Si、Zn、Ti和 Ga 等杂质的阳离子每增加0.01%,电流效率降低0.1~0.7%。因某公司推行了低电压生产技术和强化电流降电压技术期间,为降低成本,为电解槽购进了高硫焦含量较大的阳极炭块,因高硫焦杂质含量较高,一定程度影响了电流效率。
因操作不慎,阴极和阳极之间的发生瞬时短路,主要是在更换阳极或出铝时,因操作不慎使阳极同铝液接触造成瞬时短路而引起的电流损失。
某公司200kA电解槽设计阳极电流密度0.7215A/cm2,经研究院和工程技术人员详细计算,各母线足够承载强化后电流的容量,为此某公司决定将系列电流从200kA强化至215kA,215kA时阳极电流密度0.7756A/cm2,仍低于国际国内先进电解槽阳极电流密度。
电解槽具有良好的炉膛内形,它可以减少水平磁场,收缩铝液镜面沉积在炉膛内壁上的,提高阴极电流密度,降低铝液波动,同时较厚的炉帮可以减少热损失,从而提高电流效率。在实施低电压初期,形成较厚的炉帮,但部分槽伸腿增长,尤其是角部阳极伸腿过分增长,导致炉膛畸形,使电流效率下降。为此采取措施有:一是,每周处理角部阳极伸腿;二是,充分利用换极机会,打捞好炭渣,并处理电解槽畸形炉膛。
2.3.1 严格执行壳头包、打捞炭渣和大堆料检查制度,及时消除壳头包,保证氧化铝供料的畅通,以降低由于物料的卡堵而造成的阳极效应系数升高;
2.3.2 规范换极作业,操作前必须扒干净残极上的浮料,减少物料的无序进入;
2.3.3 坚持电解槽日评判制度,开展好电解槽横班对标活动;
2.3.4 加强供料管理,净化车间每班深入现场进行检查,及时了解供料及烟气净化情况,防止堵料或下料器故障发生的效应;
2.3.5 加强电解槽下料点的称量和检查,杜绝大堆料造成的电解槽缺料而发生阳极效应;
2.3.6 电解计算机站对异常槽进行电解槽下料异常通报,提醒电解工及时处理异常情况。
图1 低电压推行初期电解槽炉膛
图2 采取措施后标准炉膛
实践证明电解温度每降低10℃,电流效率能提高1.5-1.8%。因此将电解温度控制在920-930℃的范围内,能获得较高的电流效率。
电解槽内铝水平要设定合理,过高可造成炉底偏冷,太低易造成槽温上升,影响电流效率。因此,不同的电解槽应根据实际情况设置相应的铝液高度,不可因为单纯的为了降低电压,减少针振稳定磁场而大幅度提高铝液高度。建议实施低电压技术电解槽可采用19-21cm铝液高度为宜,电解质水平保持24-26.5cm。
表1 电解质体系主要成分及调整目标
图3 200kA电解系列电流效率完成图
3.4.1 狠抓换极操作质量,卡具压降要求控制在5mv以内;
3.4.2 为确保新极16小时电流分布合格率达标,对要换的阳极提前预热,增加换极后阳极的及时导电性;
3.4.3 及时维修端头破损的槽盖板,减少漏电;
3.4.4 利用每次停电机会处理电解槽四周的杂物,减少漏电;
3.4.5 使用高质量的阳极块和阴极块,减少炭渣量,提高阳极、电解质和阴极的电导率。
电流效率从2012年的90.71%提高到2013年上半年91.21%,电流效率较实施前提高了0.5%,图3是电流效率完成图,平均槽电压从2012年3.958V降为2013年上半年3.942V,下降了0.116V。
该系列有278台槽生产槽,电流强度强化至215kA,每度电费0.34元/kWh,实施前吨铝直流电耗13134kWh/t,实施后吨铝直流电耗12954kWh/t,则该系列年节约电耗效益为:
年节约电耗效益=(实施前吨铝直流电耗-实施后吨铝直流电耗)×年产量×电费=(13134kWh/t-12954kWh/t)×158900t/年×0.34 元 /kWh=972万元/年。
系列年增加产量=(实施后效率-实施前效率)×0.3356×24×215KA×278台×365d×10-3=878.5吨。
项目实施后电解系列阳极效应系数由0.15次/槽·日降至0.07次/槽·日以下,效应持续时间由3-4分钟降至2-3分钟。因效应系数和效应持续时间的降低,减少了CO2、CO、CF4、C2F6等温室气体的排放量,同时节约了电能,为节能减排做出了贡献。
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