(中国铝业连城分公司,甘肃 兰州 730335)
(1)在工业电解槽上,阳极效应发生时电压上升(一般为30~50V),在高电压和高电流密度下,电解质和阳极都处于过热状态。大大增加了能源的浪费,W=UIT=30*500*0.05=750kwh/次。( 按 照 目 前 普 遍500KA电解槽每个效应持续3分钟且平均电压为30v计算)(0.3355*500*24*0.92=3704kg,吨铝单耗增加202 kwh电,成本增加81元)同时,破坏了正常电解槽的能量平衡和稳定的炉膛。
(2)阳极效应对相关指标的影响
表1
以上数据为某系列5月份效应总数及工作电压、吨铝直流电单耗的对应关系。
在电解冰晶石-氧化铝熔体的条件下,采用炭阳极时,只有当电解质中氧化铝的浓度降低到某个限度(例如Al2O30.5%)时,才会产生阳极效应,此时阳极的电流密度超过该条件下的临界电流密度。为什么阳极电流密度会增大,主要是阳极的导电面积减小了,导电面积减小的原因归结于电极和电解质的界面性质发生了变化。当氧化铝浓度降低时,电解质同炭阳极之间的湿润性变差,析出的气体容易进入阳极和电解质的界面上,随着阳极气泡的逐渐增多,由小气泡聚合成较大气泡,形成连续的气体膜,由于气体的绝缘性,阻碍了电流的通过。当阳极的导电面积有相当部分被气膜覆盖,其有效面积减少,使其电流密度增大,超过该条件下的临界电流密度,于是阳极效应发生。在阳极电流密度升高的同时,阳极电位也相应增高,达到氟离子放电的电位,可先后生成绝缘的表面化合物CxFy(先后以气体CF4,C2F6排放),它们的存在使阳极的界面性质变差,使气体能够停留在界面上。
①在阳极周围发生明亮的小火花,并带有特别的响声和吱吱声;②阳极周围的电解质有如被气体拨开似的,阳极与电解质界面上的气泡不再大量析出,电解质沸腾停止;③排出的气体除CO和CO2外,还有炭氟化合物气体如CF4和C2F[1]。④在恒电压供电情况下,阳极效应发生时电解槽系列电流急剧降低。
图1 换极引发效应图
①氧化铝浓度较低,吊开阳极,阳极电流密度必然增大,且很容易当其大于此低氧化铝对应的低临界电流密度,由此引发阳极效应。②电解质水平偏低,吊出阳极,电解质回落后,增大阳极电流密度,(电流导电面积小)从而引发阳极效应。见现场图1。
①与计算机联系(按槽控机上的“出铝”键)时机不当,过早或过晚。此时铝液回落,而阳极未同步下降,结果:电解质回落,阳极电流密度增大,当其大于临界电流密度时,便引发阳极效应。②因出铝是过量加工,此时过料量不够,造成阳极效应。③因出铝会带走大量热能,加之有冷料滑入,导致槽温走低,对槽温本就偏低的槽子此时极易发生阳极效应。
图2 出铝引发效应图
①电压摆时,一方面实施欠料加工(减量期),另一方面上抬阳极。如果电压摆时间过长,欠料时间过长,上抬阳极过多,则一方面电解质中氧化铝浓度降低,使临界电流密度降低;另一方面,上抬阳极后,实际电流密度增大。此时,阳极电流密度很容易大于临界电流密度,于是引发阳极效应。②误操作,工作中误按“扎边”等会减量加工的大操作,致使不该减量时减量了,结果电解质中氧化铝浓度不断降低,引发阳极效应。
①下料口过硬、过小,发生堵卡现象:即氧化铝未下到电解质中,尽管程序发出“增量”指令,槽控机也不断“增量”加工,电解质内氧化铝浓度仍然很低,于是产生了阳极效应。②下料器性能不良,且下料量长期偏小,尽管大部分时段都在“增量”加工,仍可能在“增量期”发生阳极效应。③电解质“不干净”(槽内炭渣多、“脏料”多):氧化铝浮在炭渣上,未全部进入到电解质内(电解槽一般会进入“增量期”),使电解质与炭阳极界面张力过大,气泡不易排出,产生阳极效应。④停电(或降负荷)时间过长,槽温下降较严重,仅管此时可能处于“增量加工期”,仍可能发生阳极效应。⑤基础NB设定偏大:当进行了“换极”、“抬母线”等大操作后,控制程序在进行重新“寻迹”时需采用基础NB,如此时基础NB设定偏大太多,之后的“过量加工”很可能是“积重难返”,来不及“补救”,于是在产生了多个AEPB(效应预报加工)后仍发生了阳极效应,尽管此时处于“过量加工期”。参数设定不合理:在进行“抬母线”、“出铝”等需“过量加工”的操作时,由于过量比例不合理,未达防范效应的目的,也就说:“量不够,质难变”。
图3 NB设定大引发增量期效应图
现代铝电解槽的自动控制中已经有阳极效应预报程序,它是根据氧化铝浓度和电解槽电阻的关系曲线进行控制的。与此同时,同点式下料技术配合,可以做到阳极效应的预报,并控制每天的效应次数为最低。由于氧化铝浓度同槽电阻的关系曲线中,槽电阻除氧化铝浓度因素外,还受其它因素的影响,因此该曲线不能精确反映出电解槽中氧化铝浓度的真实变化。因此还需作进一步改进。
现场操作过程中,提高换极精度,减少异常物料落入电解槽,加强炭渣和壳面块打捞,减少换极操作时间,做好电解槽保温。同时加强巡视力度,随时保证打壳下料系统正常,避免因设备等问题造成电解槽氧化铝浓度偏低,引发突发效应。特别是加强夜班巡视力度(设备稳定性)。
下表为某厂房2018年5月三个班次效应统计结果。
表2
现场工程技术人员,勤看监控曲线,并在掌握现场情况的前提下,及时准确的修改下料间隔等参数,减少因参数设定不合理引发效应。
对于铝电解生产而言,稳定良好的供电在生产中可以很好的降低突发阳极效应次数。目前广泛应用的不停电停开槽技术就是其中很成功的范例,另外还有稳定的系列电流,也能保证电解槽整体电流稳定[2]。
①通过对阳极效应类型的分析总结,从根本上来降低阳极效应发生的机会。②通过合理的预防措施可以很好的降低阳极效应系数,直至实现零效应生产。