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摘要：

通過應用分段式高導電率陰極鋼棒、電解槽內襯結構優化升級、預焙陽極外觀結構改進，從而使240kA電解槽運行更加穩定運行，實現電解槽節能降耗的目的。

關鍵詞：

鋁電解槽；分段式高導電率陰極鋼棒；優化；節能

目前電解鋁企業基本都是微利或無利。鋁電解研究工作者開發與應用了各種節能新技術，節能效果雖然也較顯著［1－2］，但電能效率仍達不到50％。某公司應用了分段式高導電率陰極鋼棒、優化電解槽內襯保溫結構，同時對預焙陽極外觀結構進行了改進。主要是：降低鋁液水平電流、降低爐底壓降；進一步探究低電壓生產工藝，在低電壓下能量平衡優化電解槽內襯結構；降低陽極毛耗和降低陽極氣膜電阻，延長陽極使用周期，對陽極的外觀結構進行了改進，提高電解槽運行穩定，實現節能降耗的目的。本文主要對某公司240kA鋁電解槽上應用了鋁電解綜合節能技術后取得的各項技術經濟指標進行總結分析。

1新型內襯結構的研究應用

新型陰極內襯結構主要應用了分段式高導電率陰極鋼棒技術、電解槽內保溫技術、冷搗糊技術、30％石墨化陰極炭塊。

1．1分段式高導電率陰極鋼棒

近年來，為提高電解槽穩定性的途徑，國內研究者從改變陰極鋼棒的配置或結構來減小鋁液中的水平電流，開發了多種異型陰極鋼棒［3－11］。某公司應用特種合金鋼棒作為分段式高導電率陰極鋼棒，調整材質導電性能，改善鋁液水平電流，調整電解槽的爐底電阻、電流分布，以及調整材質與陰極的接觸性能，實現低電壓生產，最終實現電解槽直流電耗的降低。分段式高導電率陰極鋼棒為分段式陰極鋼棒（2065mm×70mm×230mm），該陰極鋼棒沿長度方向在靠近出電端開一道長855mm、寬5mm的分割縫，分割段成上厚下薄兩部分，溝槽下高度為90mm。由于陰極鋼棒厚度和高度的增加，在不影響陰極炭塊壽命和組裝質量的情況下，公司與設計研究院共同研究論證后，將陰極炭塊的厚度由原設計的450mm調整到480mm，陰極碳塊燕尾槽寬度進行了調整，在中心線不變的情況下由原設計的90mm調整到95mm。分段式高導電率陰極鋼棒分隔縫用絕緣糊填充滿，鋼棒與陰極炭塊用石墨粉連接，兩段鋼棒之間用冷搗糊連接。鋼棒未分割的一段側面用冷搗糊相連，鋼棒被分割的一段側面上半部分用冷搗糊相連，下半部分用SiC搗打料相連。對兩種陰極鋼棒的鋁液水平電流、爐底壓降、不同溫度下的電阻率進行了仿真計算［12］，結果表明，傳統陰極鋼棒的水平電流平均值、爐底壓降和800℃的電阻率分別為0．638A／cm2、350mV、118μΩ•cm，而分段式高導電率陰極鋼棒對應的指標分別為0．560A／cm2、290mV、52μΩ•cm。可知，分段式高導電率陰極鋼棒比傳統陰極鋼棒的水平電流降低了0．078A／cm2，電阻率降低了66μΩ•cm，陰極壓降降低了60mV，電解槽的穩定性也得到了提高。

1．2電解槽內保溫技術

近幾年公司隨著電解槽低電壓生產工藝的不斷實施，槽電壓逐步降低，電解槽能量平衡逐漸失去平衡，導致氧化鋁溶解度的降低，爐底出現了不同程度的沉淀和結殼，降低了電解槽的穩定運行，阻礙了繼續低電壓生產工藝的探索，為配合低電壓生產工藝的進一步試驗研究，公司應用分段式高導電率陰極鋼棒技術，同時解決以上存在的問題，對電解槽內襯結構進行優化設計。底部內襯結構自下而上依次為，一層65mm的硅酸鈣板；兩層65mm蛭石保溫磚，兩層42mm蛭石防滲隔熱磚，縫隙均用氧化鋁填充，一層69mm干式防滲料，前四層為干砌，最上層的蛭石防滲隔熱磚濕砌（粘接劑為蛭石防滲隔熱磚專用粘接劑）。蛭石保溫磚、蛭石防滲隔熱磚與槽底斜面硅酸鈣板接觸處空隙部位使用蛭石防滲隔熱磚粉碎料填充。側部內襯結構大、小面均采用一層6mm納米板、側部的保溫材料納米板在斜面以上。側下部斜面采用兩種不同的保溫材料，一層20mm陶瓷纖維板和一層80mm硅酸鈣板。普通電解槽和內保溫電解指標對比結果表明，與普通槽相比，內保溫試驗槽鋼棒溫度從普通槽的286℃降低到245℃，爐幫溫度從普通槽的352℃降低到274℃，爐底溫度從普通槽的147℃降低到82℃，說明陰極內襯保溫結構優化后電解槽保溫效果非常顯著。

1．330％石墨陰極炭塊

石墨陰極炭塊的優點是高電導率、較好的抗侵蝕性和抗鈉性［13］。普遍使用的高石墨陰極炭塊主要有30％和50％石墨兩種。根據行業內應用效果來看，后者在初期爐底壓降降低效果明顯，但是對爐底影響較大，爐底偏冷，形成較多的爐底沉淀和結殼，而且會增大水平電流，使得電解槽電壓偏高［14］。所有我們最終選擇30％石墨陰極炭塊。

1．4冷搗糊技術

冷搗糊具有糊料主要特性［15－16］，幾乎無揮發，可以在常溫下施工，而且施工環境整潔，可以大幅降低工人的勞動強度；另外還具有優良的搗實性能，常溫下施工溫度波動較小，焙燒收縮率低，克服了糊料焙燒和陰極炭塊之間產生大的收縮縫的難題。

2預焙陽極外觀結構改進

近幾年國內許多研究人員從陽極結構入手，進行了許多研究［17－21］，主要從幾個方面考慮：1）去掉炭陽極本身在電解過程中不起作用的部分，降低陽極毛耗；2）炭塊底部進行改進，有效排除電解過程的陽極氣體，避免陽極氣體富集于陽極底面形成氣膜，降低槽電壓；3）增加陽極高度，延長換極周期，減少因換極對鋁電解槽生產帶來的影響；4）低電壓工藝生產過程中陽極保溫覆蓋料作用較大，較好的堆積陽極保溫覆蓋料可以對陽極起到覆蓋保護的作用?；谏鲜鰩c考慮，公司先后開展了陽極底部四周倒角、陽極開槽、陽極上部凸臺外觀結構改進、陽極加高等外觀技術改進。1）陽極底部四周倒角，主要減少電解質沖刷生成炭渣，穩定電解槽工藝參數，提高電解槽的穩定性；保持陽極使用周期不變的情況下，減少生產炭塊糊料的單耗。經過研究確定將陽極底部的四個棱角倒角成尺寸為50mm×50mm的等腰三角形。2）陽極底部開槽，開槽后能夠有效排除電解過程的陽極氣體，避免陽極氣體富集于陽極底面形成氣膜，降低槽電壓，減少生產炭塊糊料的單耗。將陽極底掌分為三等分，以靠近陽極外側的兩條等分線為槽中心，沿陽極的長度方向進行開槽，陽極開槽深度在270mm，開槽寬度為18mm。3）陽極上部凸臺改造，主要減少炭塊上部不起作用的部分，減少生產炭塊糊料的單耗，降低陽極的生產成本。根據數學知識，球形的表面積是最大的原理，將上部凸臺改為圓弧狀，保持原陽極凸臺斜邊高度75mm、長度91mm不變，以圓半徑為～93mm，圓心角為79°的圓弧。陽極上部凸臺改造后，生產每塊陽極降低糊料單耗8～12kg［22］。4）加高陽極高度，增加陽極高度主要是延長陽極使用周期，減少換極對電解槽生產帶來的影響，將陽極高度由原來的570mm加高至610mm。

3應用效果

試驗槽啟動3個月后進入考核期，試驗槽與普通槽的各技術經濟指標平均值統計結果。綜合節能技術應用前后相比，平均電壓降低了50mV，電流效率提高了0．78個百分點，噸鋁電解直流電耗降低了270kWh，陽極毛耗降低了10kg，爐底壓降降低了70mV，綜合節能技術應用后節能效果非常顯著。在鋁電解實際生產中陽極使用周期已達到了35d。

4結論

應用鋁電解綜合節能技術減少了槽內鋁液水平電流，降低了電解槽爐底壓降，陽極使用周期已達到35d，在低電壓生產工藝下實現了電解槽的穩定運行，噸鋁電解直流電耗降低了270kWh，電流效率提高了0．78個百分點。

作者：王剛 李賢 單位：青海正益檢測技術有限公司 青海橋頭鋁電股份有限公司

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