500kA大型预焙电解槽电流效率与铝水平相关性探讨

张向珍

（中国铝业股份有限公司连城分公司，甘肃 兰州 730335）

电流效率是铝电解生产过程中重要的经济技术指标，是各项工艺技术条件与电解槽维护操作水平的综合反映，直接影响电解槽的产铝量与电耗。

在铝电解生产运行过程中，影响电流效率的因素有很多，而铝水平作为电解槽重要的工艺技术条件，直接影响电解槽的热平衡和稳定性，进而影响电解槽的电流效率。适宜的铝水平可以使电解槽保持稳定的热平衡状态，有助于维持规整的炉膛；同时，适宜的铝水平也可以平衡电解槽磁场波动，随着铝水平高度增加，铝液层内各方向电磁力会减弱，从而提高电解槽稳定性。

本文通过对500kA电解槽电流效率和铝水平相关性进行分析，并进行相关试验验证，对实际生产管理有一定的指导意义。

1 铝水平高度与电流效率相关性分析

1.1 铝水平对磁流体稳定性的影响

提高铝水平可以减少电解槽内水平电流，减小铝液界面变形，降低电解槽噪声，提高电解槽的稳定性，这些都已被理论研究和工业实践所验证。

从Sele推导的一种稳定性准则[1]，即：

（D+DO）·HM＞A·BZ·IP

其中：D为极距，m；DO为等效“阳极”极距，m；HM为铝液层高度，m ；A=5＊10-6m2＊gauss-1＊kA-1，经验常数；Bz为阳极下方的垂直磁场算术平均值，gauss；IP为槽系列电流，kA。

从上面的公式可以看出，铝水平的提高有助于电解槽稳定性提高，而稳定性提高有利于提高电流效率。

1.2 铝水平与电流效率相关性分析

以下是某公司500kA电解系列铝水平和电流效率关系对比：

从图1中铝水平和电流效率的变化可以看出，该系列电解槽电流效率差异性非常大，同时电流效率与铝水平之间有着强烈的相关性，电流效率对应铝水平升高呈现线性增加的趋势。

图1 铝水平与电流效率关系对比

2 提高铝水平试验

2.1 试验槽选择、铝水平调整

为了进一步验证电解槽铝水平的提高对电流效率的影响，选取两台电解槽进行提高铝水平试验。

试验槽确定的原则：为了使试验槽具有一定的代表性，在选取试验槽时尽量使铝水平靠近系列平均值，同时考虑提高铝水平带来的负面影响，试验槽电解质水平保持在高限，电解槽炉膛相对规整，炉底压降在350mv以内，运行稳定。

基于以上条件，选取2104#、2105#两台电解槽作为试验槽进行提高铝水平试验。铝水平的提高通过适当减少出铝量来实现，其中，2104#槽铝水平从25.5cm提高到27.5cm，2105#槽铝水平从25.5cm提高到26.5cm。

2.2 电流效率测定

6月10日开始逐步调整试验槽出铝量，期间随着铝水平上升，采用奥氏气体分析仪对两台试验槽进行电流效率测定。

奥氏气体分析仪的测定原理是利用不同的溶液来吸收气体试样中的不同组分。在本次测定中，用30%的氢氧化钾吸收试样中的二氧化碳，然后根据吸收前后试样体积的变化来计算二氧化碳的含量。计算公式为：

其中：η为电流效率；ψ为吸收前后试样体积变化量。

测定后，对两台试验槽铝水平上升过程中电流效率的变化进行分析，如下图：

从图2和图3可以看出，随着铝水平的升高，两台测试电解槽电流效率均呈上升趋势；同时，2104#电解槽铝水平较2105#电解槽高1cm，其电流效率也较2105#电解槽高。试验槽铝水平和电流效率的变化验证了电流效率随着铝水平的升高而提高的论断。需要注意的是，提高铝水平，会增加电解槽的热损失，因此，铝水平的升高要与电解槽的整体热平衡和工艺技术条件相匹配。

图2 2104#槽-铝水平和电流效率的关系

图3 2105#槽-铝水平和电流效率的关系

2.3 炉底压降变化

在提高铝水平的过程中，电流效率逐步提高，而炉底压降呈现降低的趋势。铝水平的提高并没有导致炉底压降上升，说明在铝水平提高时电解槽的热平衡是能够支撑的，同时也证明铝水平提高后电解槽水平电流减少、垂直电流增加，对净化炉底沉淀有利。

图4 铝水平-炉底压降变化趋势图

2.4 三钢温度变化

随着铝水平逐步提高，电解质水平会有一定程度的收缩，此时要及时调整电解质水平，防止出现低电解质的情况。同时电解槽侧壁温度、棒头温度和炉底钢板温度均出现降低：

图5 三钢温度变化趋势图

通过试验可看出：铝水平提高有利于电流效率的提高，同时电解槽炉底压降和三钢温度均出现不同程度的下降。

3 结论

提高电解槽铝水平有助于电流效率的提高。在铝水平上升过程中，电解槽水平电流减小，垂直电流增加，有助于形成稳固的炉帮和较为规整的炉膛，提高电解槽运行的稳定性，同时，随着铝水平提高，电解槽电流效率呈线性升高的趋势。

但是，铝水平过高会使电解槽侧下部散热量增大，容易造成电解槽伸腿过长，炉底沉淀增加，严重时会产生炉底结壳，破坏电解槽稳定性，因此，需要结合现场实际选择合适的铝水平高度，在保持电解槽平稳运行的基础上，获得更高的电流效率。