300 kA电解槽规整炉膛的生产实践

薛峰平

(山西华泽铝电有限公司，山西 河津 043300)



300 kA电解槽规整炉膛的生产实践

薛峰平

(山西华泽铝电有限公司，山西 河津 043300)

规整的炉膛是铝电解槽平稳、高效生产的基础，本文针对电解槽正常生产期间出现的炉帮薄、伸腿肥大、炉底沉淀偏多的畸形炉膛，进行了研究分析，并采取了有效措施进行处理，取得了较好的效果。

铝电解槽； 炉膛规整； 伸腿； 炉帮

铝电解槽在启动后转入正常生产时，需要具备规整且稳定的炉膛内形，炉膛内形是由液体电解质中析出的冰晶石和刚玉凝固成的固体结壳，它围绕在阳极四周形成近似椭圆形的炉膛。它在固态下是热电的绝缘体，从而阻止电流或热量从侧部散失，正常情况下要求炉膛伸腿不能过长，不超过阳极投影位置。

实践表明，规整的炉膛对电解生产有很大好处，它可以大幅度提高电流效率、降低直流电耗，另外规整的炉膛还可以延长槽寿命、杜绝早期

破损。因此，规整的炉膛内形是电解槽稳定生产的基础。

1 炉膛现状及危害

某厂数台电解槽在运行过程中出现炉帮薄、伸腿肥大、炉底沉淀偏多的畸形炉膛，严重影响电解槽的稳定运行。

1.1 炉膛测量数据

以001#电解槽为例，A面、B面各取3个点进行炉膛内形测量，结果见表1。

表1 001#槽炉膛内形测量数据 cm

从测量结果看，此槽炉帮厚度远远低于正常值，且伸腿总长度已经平均伸进阳极正投影下27 cm。

炉膛内形模拟图见图1。

1.2 槽稳定性差

该槽炉膛极不规整，使得针振、摆动值均严重偏

图1 001#槽炉膛形状模拟图

离控制标准，高于正常值，且铝水平严重偏离规范，电解质水平不易保持，主要技术指标见表2。

表2001#槽主要技术指标情况

针振/mV摆动/mV铝水平/cm电解质水平/cm控制标准5-81-224-2619-21001#槽11.62.42917其它槽6.31.12520

该槽运行历史曲线见图2。

1.3 经济指标差

该槽因炉膛畸形，稳定性差，运行电压高于其它正常生产槽，且电流效率偏低，直流电耗高于其他正常槽，主要经济技术指标见表3。

2 原因分析

(1)启动后期未及时建立稳固规整的炉膛。电解槽启动后在炉膛形成过程中，分子比保持偏低，形成的炉膛热稳定性差，很易熔化而使炉膛频繁遭到破坏；电解温度下降速度过快，在此过程中，虽然可以加速电解质结晶，促进炉膛快速形成，但这样形成的炉膛结晶不完善，稳定性差。同时，温度下降过快，很容易进入冷行程，使结晶速度过快，伸腿肥大。

图2 001#槽运行历史曲线

表3 001#槽主要经济指标情况

(2)电解槽生产过程中技术条件保持不合理，导致炉底恶化，加剧炉膛畸形。电解质水平偏低，不利于氧化铝在电解质中的完全溶解，易产生沉淀；因电解质体系中锂盐、钾盐含量偏高，导致温度过低，氧化铝饱和浓度偏低，电解质溶解性弱，容易发生沉淀；铝水平高，炉底保温差温度低，使沉淀不易被溶解消耗。

(3)操作质量及电解槽日常维护质量下滑。换极时炭渣和结壳滑落槽内过多，容易造成炉底沉淀；日常维护时，有壳头包、堵料处理不及时、不合理，容易造成沉淀。

3 采取的措施

3.1 优化技术条件

通过认真分析生产过程中炉膛畸形的原因，首先制定了规整炉膛的技术条件组合，简称“两提两降”。“两提”指提升电解质水平、提升分子比，“两降”指降低铝水平、降低氧化铝浓度。

3.1.1 提升电解质水平

足够的电解质高度和充足的电解质的量是稳定槽况、清洁炉底的前提。电解质如果水平过低，氧化铝在电解质内停留的时间短，生成炉底沉淀的几率增大，造成氧化铝浓度波动，下料状态进入恶性循环，效应系数增加。另外电解质水平过低会造成阳极接触电解质面积减小，导电面积减小，电阻值增大，造成槽电压升高，能耗增加。为此，提升电解质控制标准到19～21 cm，关键在以下三方面：一是加强保温，维持合理的热平衡；二是理顺物料循环流程，确保极上覆盖料进出平衡；三是电解质总量不足的适当补充电解质，保证总量充足。

3.1.2 提升分子比

由于电解槽电解质体系非常复杂，详见表4，各种添加剂含量合计达13.8%，造成槽温偏低(925 ℃)，氧化铝溶解性较差，不利于电解生产的稳定进行。

表4原电解质体系组成

分子比CaF2/%MgF2/%LiF/%KF/%2.455.851.354.81.8

在这种电解质体系中，各种添加剂主要都是富集而来，要改变非常困难，因此，提高分子比成为提升槽温，改善电解质性质的首选方案。在生产中，将分子比调整到2.70，槽温上升到933 ℃，配合其它技术条件的调整，改善电解质对氧化铝的溶解性，抑制氧化铝沉淀的产生，有利于已经产生的沉淀、结壳的处理。

3.1.3 降低铝水平

铝水平高低与炉底、炉帮好坏关系密切，铝水平过高传导槽内热量多，槽内热量损失严重使温度下降，炉底容易发凉产生沉淀，造成炉底恶化。随着侧部散热能力增加，炉帮形成凹状，伸腿发育肥大，形成畸形炉膛。针对以上弊端，降低铝水平势在必行，这是规整炉膛最核心的部分，也是最难把控的部分。在降低铝水平过程中，如何控制出铝量，稳妥的降低铝水平，防止由高铝水平转入低铝水平出现新的问题是规整炉膛、改善槽况的关键。

采取的主要措施：一是增加出铝频次，由每天出铝一次改为每天出铝两次，以避免一次出铝量偏大对槽子热平衡造成的冲击过大；二是每月进行一次盘存，把握槽内产铝调整幅度；三是关注针振、摆动值变化情况，以槽况的稳定为前提。

3.1.4 降低氧化铝浓度

较低的氧化铝浓度有利于处理炉底沉淀，氧化铝浓度控制的过程与电解质的组成、下料方式与下料控制策略密切相关。通过把握NB调整要点、优化计算机控制过程能使氧化铝浓度控制在较窄的范围之内，有效降低氧化铝浓度。

NB间隔调整的要点有：

(1)对电解槽的运行状况要勤观察、勤分析、勤调整，每次调整幅度不宜过大。

(2)严格操作管理，尽量减小各项操作对电解槽运行状况的破坏，如换极、出铝作业造成的针振、摆动等。

(3)要及时掌握各项技术条件的变化，例如两水平、槽温、分子比等。

(4)坚决杜绝人为手动添加物料，如手动NB、手动AEB等。

(5)要杜绝人为对槽控机的干预控制，要通过及时调整控制参数让槽控机自我调整。

3.2 提升操作质量

电解槽的生产是一个连续的生产过程，在正常生产过程中，是没有机会处理炉底沉淀和结壳的，因此，换极就成为处理炉底、规整炉帮的最佳时机。

3.2.1 利用换极处理炉底沉淀、结壳

加强天车开缝、扒浮料作业，控制出极落料，尽可能避免换极过程落料造成新的沉淀；制作专用扁铲处理炉底结壳、沉淀，重点部位是下料口、角部，能够打捞的直接进行打捞，详见图3；严格控制作业时间，高质量完成换极作业，减少作业过程中热量损耗。

图3 炉底打捞的结壳块

3.2.2 利用换极规整炉帮

制作专用工具，在换极时把炉底沉淀顺着伸腿扒到侧部炉帮最薄处，进行维护；在换极后，新极收边前，侧部补充少量氟化钙与氟化镁、氧化铝的混合料，促进形成更好炉帮。

3.3 提高电解槽日常维护质量，消除电解槽炉膛恶化隐患

电解槽的日常维护至关重要，如果日常维护不精细，那么很有可能让前面所有的努力前功尽弃。为了提高日常维护质量，实现精细化作业，主要采取的措施是“定时化生产控制”。

(1)建立打壳下料系统硬件的定时巡视制度。每天上午、下午由槽维人员逐台槽定时巡视一遍，主要检查气控柜、压缩空气管路、打壳气缸、定容下料器等硬件设施的运行情况，有漏气、风压不足、气缸故障等问题及时解决，杜绝硬件设备对下料的影响，特别是杜绝漏料、堵料现象，防止产生沉淀。

(2)设立槽况检查看板，建立电解工定时巡视制度。由作业长或指定专人负责，每2小时巡视一

次电解槽，有壳头包、冒火、塌壳等现象及时督促看槽电解工处理。

通过建立以上两项定时巡视制度，确保了打壳下料系统的稳定运行，电解槽日常维护质量大大提升，为技术条件的调整提供了很好的基础保障。

4 实施效果

通过优化技术条件控制，提升各项作业质量，电解槽炉膛趋于规整，炉底干净，电解槽逐步进入良性循环，各项经济技术提标显著提高。

4.1 炉膛趋于规整

以001#槽为例，从测量数据看，炉帮厚度由7.2 cm增加至16.2 cm，伸腿长度由56.7 cm缩至31.2 cm，整个炉膛内形更加规整、合理，更有利于电解槽的稳定、高效生产。

表5 001#槽优化后炉膛内形测量数据 cm

优化后槽炉膛内形模拟图见图4。

图4 001#槽炉膛优化后形状模拟图

4.2 槽稳定性提高

电解槽各项主要技术指标有较大优化，运行曲线更加规整，槽稳定性明显增强，针振、摆动持续降低，详见表6、图5。

4.3 经济指标显著提高

炉膛规整后，电解槽运行更加平稳，各项经济指标均有较大进步，详见表7。

表6001#槽优化前后主要技术指标对比

针振/mV摆动/mV铝水平/cm电解质水平/cm控制标准5-81-224-2619-21原指标11.62.42917优化后指标7.21.72620

图5 001#电解槽优化后运行曲线

表7 001#槽优化前后主要经济指标对比

5 结语

电解槽炉膛是否规整对电解槽的生产经济指标造成较大的影响。通过对电解生产工艺参数的合理调整，辅以人工辅助，能够将炉帮空凹、伸腿肥大、炉

底不平的畸形炉膛有效规整，取得较好的经济指标。

[1] 梁学民，张松江.现代铝电解生产技术与管理[M].长沙：中南大学出版社，2012.

[2] 田应甫.大型预焙铝电解槽生产实践[M].长沙：中南工业大学出版社，2005.

[3] 李清.大型预焙槽炼铝生产工艺与操作实践[M].长沙：中南大学出版社，2011.

三菱综合材料株式会社开发稀土元素高效回收技术

日本三菱综合材料株式会社称，已开发出了从稀土磁铁中高效回收精制稀土元素的技术。该工艺同时采用了干式处理和湿式处理，更为便捷。为了应对回收稀土磁铁的需求大幅增长，该公司未来将开展中试试验，并研究大规模生产方案。

此次开发的技术可从废家电的发动机内的转子高效回收精制稀土元素。以往从转子中取出磁铁后，必须对转子加热消除磁力，进行消磁操作，但新技术则不需要这样处理。采用干式处理，将硅酸钠作为熔剂，在大气中铁合金也无需氧化，稀土和铁几乎可以完全分离，而且含有稀土的熔渣易溶于水，因此可采用湿式处理将稀土全部浓缩进而回收。

该公司在一家工厂进行了废家电的稀土磁铁回收，并由磁铁合金制造商回收了这些稀土磁铁。采用这项新技术，可向磁铁合金制造商提供高附加值的稀土产品。

Production practice of regular cell hearth of 300 kA electrolysis cell

XUE Feng-ping

Regular cell hearth is the basis of stable and efficient production of aluminum electrolysis cell. This paper analyzed and studied on the abnormalities of the electrolysis cell during normal production, including thin hearth accretion, long ledge and over precipitation at hearth bottom, etc. It also took effective countermeasures to deal with the abnormalities and achieved favorable results.

aluminum electrolysis cell; regular cell hearth; ledge; accretion

薛峰平(1981—)，男，山西运城人，工程师，从事铝冶炼技术研究及管理工作。

2015-09-06

TF821

B

1672-6103(2016)04-0029-05