浅谈500 kA预焙铝电解槽炉膛管理

张保元

(中国铝业股份有限公司连城分公司，甘肃 永登 730335)

0 引 言

近年来，随着我国电解铝技术的迅猛发展，500 kA大型预焙电解槽以其高产、节能、环保等优点逐渐成为我国电解铝生产的主力槽型。500 kA预焙电解槽由于热容量大、电流密度高，电磁场对电解槽内铝液、电解质的流动会产生更剧烈的影响，电解槽的物理场更加复杂，这些因素不但会影响电解槽经济技术指标，而且还会影响电解槽运行寿命。而规整的炉膛可以推动了铝液镜面的收缩，降低铝液波动，减少侧部水平电流的走向，降低电流空耗，同时有效保护电解槽内衬，延长槽寿命。因此建立1个规整的炉膛就尤为重要，电解槽炉膛管理就成为电解槽管理的重要内容。

1 电解槽炉膛管理的意义

电解槽炉膛管理就是通过相关工艺技术条件的控制和操作质量的管理，使电解槽在启动、运行过程中形成规整的炉膛。规整的炉膛对铝电解生产有主要的作用：①调节电解槽温度，能起到电解槽的保温，降低电解槽的热损，减少能量的输出，从而降低电压，能减少侧部水平电流的走向，降低电流空耗；②保护侧部炭块不受熔融的电解质侵蚀，减缓其被氧化和侵蚀的速度，延长电解槽寿命；③阻止电流从侧部通过，迫使电流集中垂直流向槽底，并收缩铝液镜面增大阴极密度，提高电流效率；④覆盖阴极炭块与侧部炭块之间的扎固缝，杜绝铝液或电解质从扎固缝之间渗入造成电解槽破损。

2 电解槽炉膛管理的内容

电解槽炉帮及伸腿是其运行过程中从液体电解质析出的高分子冰晶石和α-Al2O3在其侧块及人造伸腿上结晶形成的坚固结壳，电解槽炉帮及伸腿形成与电解槽启动后非正常期阶段，长期存在于电解槽正常运行阶段。当炉帮处的温度低于电解质初晶温度时，电解质中的高分子冰晶石和α-Al2O3会结晶形成结壳，最终建立炉帮。电解质初晶温度由电解质成分决定，当电解质成分确定后，其初晶温度也就确定了，电解质成分中主要包括了AlF3、LiF、KF、MgF2、CaF2及Al2O3等部分，生产中主要通过分子比及氧化铝成分控制进行管理。电解质温度由电解槽热平衡决定，主要包括电解槽电压、效应系数、两水平、炉底压降等技术条件管理。

2.1 槽电压管理

电压是控制电解槽热平衡的主要技术参数，槽电压调节的实质增减极距，调整电解质压降。在炉膛建立的启动后非正常期阶段，必须节奏的降低电解槽电压，减少电解槽热收入，促使电解质中的高分子冰晶石和α-Al2O3在电解槽侧部析出形成坚固的结壳，见表1。

表1 启动后非正常期电压保持情况Tab.1 Maintenance of abnormal voltage after startup

电解槽进入正常期后，电压管理以稳定为管理原则，控制在能满足电解槽正常工作即可。在电流、分子比等其他关键技术条件未发生变化时，频繁或大幅度调整槽电压会增加电解槽热收入，破碎能量平衡，引起炉帮及伸腿的增减。

2.2 两水平管理

电解质水平高，电解槽热容量大可以为电解槽形成规整炉膛提供有利的技术环境。电解槽启动后非正常期阶段，可保持高电解质、低铝水平参数搭配。但需注意铝水平不易过低，铝水平过低会造成电解槽底部发热，造成形成的伸腿短小，且容易引起阴极、人造伸腿早期裂纹、破损，缩短电解槽寿命。

电解槽进入正常期后，过高或过低的“两水平”都会影响已电解槽已形成的的规整炉膛。在电解槽运行过程中，电解质既要溶解溶解足够的氧化铝，又要传导电解过程中产生的热量，电解质一般保持19～21 cm。适当高度的铝液层可以使电解槽底部及铝液区温度分布保持均匀。降低炉底温度变化，防止阴极块早期破损。同时削弱水平电流，减少铝液波动，铝水平一般保持在24～26 cm，见表2。

表2 启动后非正常期两水平保持情况Tab.2 Maintenance of two levels during abnormal period after startup

2.3 阳极效应管理

效应系数太高，不仅会熔化炉帮且增加电耗，对电解生产不利。阳极效应发生时，槽电压升高至20～30 V，电解质温度随之升高，如果阳极效应持续5～10 min，电解质温度过高，会全部熔化10 cm厚的炉帮，毁掉已建立的炉膛。电解槽启动应采用无效应启动法，启动后非正常期通过下料间隔的控制，较少甚至杜绝效应发生，见表3。

表3 启动后非正常期下料控制保持情况Tab.3 Maintenance of discharge control during abnormal period after startup

电解槽进入正常期后，加强现场检查和运行曲线分析，正确判断电解槽运行趋势，设置合理的下料间隔，加强下料系统巡视，杜绝电解槽堵料、缺料现象发生，控制效应系数低于0.05次/槽日。

2.4 电解质成分管理

电解质初晶温度由电解质成本决定，电解质成分中一般主要包括了AlF3、LiF、KF、MgF2、CaF2及Al2O3等部分，生产中主要通过分子比及氧化铝成分控制进行管理。启动后非正常期阶段需要保持较高的分子比，在高分子比电解质体系下，析出的高分子冰晶石和α-Al2O3固体结壳形成的炉帮坚固持久不易熔化；而在低分子比电解质体系下形成的炉帮在电解槽温度波动时容易被破坏，见表4。因此，分子比的控制是对规程炉膛的形成保持至关重要。

表4 启动后分子比保持情况Tab.4 Molecular ratio after startup

2.5 作业质量管理

铝电解生产过程中，主要作业就是换极和出铝作业，为了防止炉膛被人为破坏和大量氧化铝进入电解槽内形成炉底沉淀甚至结壳，换极作业必须严格遵守操作规程，提高换极作业质量，高质量的换极作业需要具备以下几点：换极时间短、装极精度高、入槽物料少、热量补偿及时合理、封极料粒度均匀。因此对换极作业做出如下要求：

(1)换极作业前充分做好准备工作，换极阳极时间控制在20 min之内；

(2)采用提前及分阶梯式的电压补偿制度，见表5，换极作业前30 min即开始电压补偿；

表5 分阶梯式的电压补偿Tab.5 Stepwise voltage compensation

(3)实行“三步扒料法”，天车打壳开缝前，用扒料铁锹把所换残极上的浮料扒到邻极或电解槽边部上；天车打壳开缝时，用三齿耙把大块扒至电解槽边部；残极出槽时再扒一次料，防止物料过多地进入电解槽内；

(4)天车打壳开缝时必须通透、连续；

(5)使用阳极测高装置，确保装极精度；

(6)新极装好后，立即覆盖保温料，上料时先将槽内扒出的热块打碎，垫至边部大面及新极侧面，再添加破碎料，严格控制保温厚度并保证上部平整。

2.6 电解槽炉面管理

大面整形时，加强对大面老壳、电解槽小槽壳的清理，强化电解槽边部散热，促进侧部炉帮生成；另外还要加强壳面料厚度及均匀性的控制，使电解槽阳极上面的保温热量处于均衡状态。

3 结 语

500 kA预焙电解槽由于热容量大、电流密度高，电磁场影响力强大，规整的炉膛对500 kA预焙电解槽平稳运行尤为重要。实际生产运行中，通过各技术条件的管理，针对的进行电解槽炉膛管理，有助于电解槽形成规整的炉膛，增强电解槽运行的稳定性，提高各项经济技术指标。