300_kA铝电解槽掉电压治理研究及应用_段龙.pdf

张杰，等：膏体充填技术在某矿空区治理当中的应用某公司 300 kA 铝电解槽是在“三度寻优”仿真平台上优化设计出来的，特别是在母线设计方案上采取大面五点进电、阴极母线补偿和母线系统电阻优化等措施，以此尽可能消除垂直磁场梯度对电解槽稳定性的影响1。但是，在生产实践中，部分铝电解槽经常产生不同程度的掉电压现象。为了确保 300 kA 铝电解槽安全、平稳、高效地生产运行，有效分析和快速处理掉电压，以及从根本上治理掉电压就显得尤为特别重要2。因此，本文从生产实际出发认真细致地分析了掉电压的特征及其产生的原因，并提出一些处理掉电压的具体措施，尽量减少掉电压，对电解槽安全、平稳、高效生产具有深远影响。1铝电解槽掉电压的特征所谓铝电解槽掉电压是由于某种原因引起槽内铝液受阻翻滚到电解质液面上与阳极底掌直接接触的局部短路，造成电压瞬间大幅度下滑的现象（如图 1 所示）。掉电压与电压摆，两者有所区别，掉电压主要是在低于 3.8 V 区域下波动，而电压摆主要是在 3.8 V 以上大幅摆动，两者均是衡量电解槽是否稳定的重要标志。其发生掉电压时的现象特征如下：火苗黄而无力，时冒时回；槽电压瞬间大幅下滑，电压低于 3.5 V 以下，且大幅波动；阳极周围的电解质有局部不沸腾的现象；炭渣分离不清；阳极气体排出受阻。*收稿日期：2022-09-16作者简介：段龙（1990-），男，云南弥渡人，工程师，主要从事铝电解工作。Apr.2023Vol.52.No.2（Sum 299）2023 年 4 月第 52 卷第 2 期（总第 299 期）云南冶金YUNNAN METALLURGY300 kA 铝电解槽掉电压治理研究及应用*段龙，陆加强，马炬朋，聂涛，杨省（云南云铝润鑫铝业有限公司，云南 个旧 661017）摘要：分析了 300 kA 铝电解槽掉电压的诸多原因，通过优化工艺技术条件、加强氧化铝浓度控制和提高操作质量等方面，实施了一系列防控治理措施后，掉电压槽台率下降了 9.3%，主要经济技术指标吨铝直流电耗下降了 47 kWh。关键词：铝电解槽；掉电压；工艺技术；治理措施中图分类号：TF821文献标识码：A文章编号：1006-0308（2023）02-0137-05Research and Application on Voltage-down Control of 300 kAAluminum Reduction CellDUAN Long,LU Jia-qiang,MA Ju-peng,NIE Tao,YANG sheng(Yunnan Aluminum Runxin Aluminum Industry Co.,Ltd.,Gejiu,Yunnan 661017,China)ABSTRACT：Various reasons of voltage-down of 300 kA aluminum electrolysis cell were analyzed,then a series prevention andcontrol measures were carried out through optimization of technical conditions,reinforcement of alumina concentration,improvement ofoperation quality and so on,the slot rate of voltage-down was decreased by 9.3%,the main economic and technical indicator,DC powerconsumption of one ton aluminum was decreased by 47 kW/h.KEY WORDS：aluminum electrolysis cell;voltage-down;process technology;treatment measures137Apr.2023Vol.52.No.2（Sum 299）2023 年 4 月第 52 卷第 2 期（总第 299 期）云南冶金YUNNAN METALLURGY图 109#铝电解槽掉电压历史曲线图Fig.1Historical curve chart of voltage-down of 09#aluminum cell2铝电解槽掉电压带来的影响掉电压的频次及时间长短，反映了电解槽运行稳定性的好坏，生产过程中，掉电压的危害是比较大的，严重时能够导致电解槽破损甚至停槽。所以一旦有掉电压迹象或有轻微掉电压现象，管理者就应当及时分析处理。铝电解槽掉电压带来的不利影响主要如下：1）处理不及时，则二次反应严重，铝的溶解损失严重，电流效率下降；2）电阻增大，电压被迫升高，电耗增加；3）产生的过剩热量摧毁了不容易建立起来的炉帮；4）电解温度上升，导致电解质中氟化铝挥发加快，增加了氟化盐的消耗；5）电解质上涨，氟化铝加速消耗，分子比上升，电解工艺被彻底破坏；6）破损槽管理不受控，原铝质量下滑；7）抬电压不当，严重时导致拉槽事故；8）电解槽严重掉电压时，增加了处理时间和工作难度。分散了管理人员的精力，减少了对其它槽的管理，耗费大量人力、物力和设备，潜在着较大间接损失。3铝电解槽掉电压的原因分析掉电压产生的原因从理论上讲是在磁场作用下，由于槽内熔体内、外作用力影响使电解质和铝液界面形状发生改变，造成极距的发生变化，电流分布不均而引起电解槽检测电阻或电压时发生波动的一种槽况不稳定性3-4。对于电解槽熔体来说，电磁力是影响金属铝液运动状态及其界面形状的主要因素，当电解槽内部的水平电流过多时，就会使得铝液受到电磁力而上下波动，表现出掉电压。从该公司 300 kA 铝电解槽生产实践中，分析总结了掉电压的原因主要有以下几个方面。3.1引起掉电压的根本原因炉膛不规整是引起掉电压的根本原因5-7。从炉膛角度分析，该公司 300 kA 系列掉电压槽主要集中于以下四类槽：高龄槽：铝水平高（在产铝多）、下料口位置沉淀结壳多、上口炉帮空；畸形槽：铝水平高（在产铝不足）、中缝底部阴极隆起或局部阴极隆起；角极严重槽：铝水平低（在产铝不足）、角部伸腿肥大；破损槽：铝水平高（在产铝不足）、下料口位置沉淀多，破损点位置沉淀较厚。138张杰，等：膏体充填技术在某矿空区治理当中的应用表 1300 kA 各槽型工艺参数参照标准Tab.1Process parameters reference standard of each 300 kA cell角极严重槽破损槽通过回铝增加总高，提高设定电压增加热量，使发热中心上移，处理肥大伸腿适当高的铝水平、分子比，正常槽温，确保电解槽稳定4.04.0类型正常槽老龄槽畸形槽工艺管控思路稳中求优，力求利益最大化通过撤铝，使发热中心下移，重建炉帮、洁净炉底，重塑炉适当高的铝水平、分子比，槽温，确保电解稳定设定电压/V3.953.973.974.04.02.502.582.542.6分子比2.442.542.502.542.502.56在产铝/t24252526283027282728电解质水平/cm16181517161718201416槽温/9409459449469459489449509449473.2引起掉电压的主要原因工艺技术条件不匹配和参数调整不合理是主要原因。从工艺角度进行分析，这四类槽的工艺技术条件仍按正常槽的工艺技术条件进行匹配，参数调整仍按正常槽的参数调整原则进行调整，是导致该四类槽易掉电压的主要原因。首先掉电压情况主要集中于低温、低分子比的工艺技术技术下，因为在此条件下，炉膛不规整的电解槽抗干扰能力差，稳定性弱，极易引起掉电压。其次在调整工艺技术参数时，下调设定电压过低过快、调低分子比过快、增减出铝量过多时以及电压、分子比、出铝量的调整顺序不合理也极易引起掉电压。3.3引起掉电压的直接原因异常处理方式不当是直接原因。通过历史曲线结合异常处理情况来分析，以下几种不当操作极易引起掉电压。1）退浓度时下调阳极压极距时；2）换极后退附加电压过快压极距时；3）氧化铝浓度异常时（高浓度、过欠不均）；4）电解质粘、喷、晃处理不及时；5）电解质包打壳头时或电解质包未取出掉入槽内时；6）处理堵料下料口氧化铝未铲净落入槽内过多时；7）电解质过高阳极气体排除受阻。3.4引起掉电压的间接原因操作质量差是间接原因。结合现场操作质量来分析，以下几种情况极易引起掉电压。1）换极时拔残极速度过快或幅度大；2）换极时大块落入槽内；3）换极开口时炉帮被压塌；4）阳极装入槽内过深；5）收边质量差烧通烧塌严重；6）换极后进行出铝作业；7）一次出铝任务量过多；8）出铝前电压过高。4铝电解槽掉电压防治措施该公司从实际出发，提出了“以规整炉膛为根本、工艺技术调整为主、操作质量为辅”防治相结合的掉电压治理思路，特制定了相关的治理措施。4.1优化工艺技术条件4.1.1合理匹配工艺技术条件工艺管控人员每月都要对本班组各电解槽的炉膛情况亲自进行探摸，结合现场操作人员的测量数据，模拟建立单槽炉膛形状数据图库。根据各槽的实际炉膛情况，合理制定各槽单月工艺技术条件参数（主要是电压）。对炉膛不规整的铝电解槽，前期采取适当高的设定电压、电解温度、铝水平和分子比的工艺技术条件，以确保电解槽稳定，待稳定后，后期再优化各项控制参数8。以下是针对 300 kA 不同炉膛类型槽制定的相应工艺技术条件参数（如表 1）。段龙，等：300 kA 铝电解槽掉电压治理研究及应用139Apr.2023Vol.52.No.2（Sum 299）2023 年 4 月第 52 卷第 2 期（总第 299 期）云南冶金YUNNAN METALLURGY4.1.2合理调整工艺技术参数在工艺技术参数调整方面遵行的原则是：工艺调整要“稳、准、柔、细”，电压设定优先以稳定为原则。电解槽走冷行程，优先上提电压和减少氟化铝，使电解槽快速恢复到正常状态，稳定后再缓慢优化各项工艺参数。电解槽走热行程，优先减少出铝量，在增加氟化铝添加量，尽量保持电压稳定。4.2加强氧化铝浓度控制通过改善电解质状况和规范退氧化铝浓度工作，使电解质有很好的溶解能力，确保电解质中氧化铝浓度稳定控制在 1.5%3.5%的低浓度区，从而控制炉底沉淀，规整炉膛，减少掉电压9。4.2.1改善电解质状况通过以下管控措施，确保电解质有很好的流动性和溶解性。1）每班对易掉电压槽电解质水平进行跟踪测量，确保电解质溶液高度在可控范围内；2）每班对易掉电压槽进行氧化铝称量，确保设备下料正常；3）每班对易掉电压槽前后端两口进行开口排气打捞炭渣，确保电解质洁净电阻减小；4）每班对易掉电压槽现场巡视两次电解质状况，出现粘喷晃情况，及时上抬电压，拉大极距，增加热量收入，输入换极键，重新矫正氧化铝浓度寻迹点，确保电解质对氧化铝具有良好的溶解性和流动性。4.2.2规范退氧化铝浓度工作通过以下要求进行人机协调退氧化铝浓度，使氧化铝浓度很好控制在低浓度区。1）在过加工过程中，若槽电压运行至目标电压以下，进入到下窄死区内，便可通过人为上抬电压或利用计算机的方式进行退浓度，让其进入欠加工控制；2）在过加工过程中，槽电压运行了 25 min后，若运行槽电压与目标电压平行且在上窄死区内，必须到现场检查下料，保证下料正常的情况，到现场点抬阳极退浓度的方式使电压缓慢降回到目标电压（槽温 944 以下和异常的不能直接降，可通过断 RC 点抬阳极控料或勤打壳或适当补料的方式使其回到目标区），若运行槽电压超出上窄死区的，在保证下料没有问题的情况下可进行手动控料；3）在过加工过程中，槽电压运行了 25 min 后，电压超出上窄死区进入上宽死区且电压往上走，必须查称料，检查是否包卡堵或者漏料漏氟化铝或打壳系统故障，判断清楚是缺料还是高浓度?缺料的必须处理好不能发生效应，高浓度的必须手动控料，让浓度回到正常范围，电压回到窄死区内；4）退浓度时禁止降电压的同时进行补料；5）有附加电压时，运行正常，不必人为干扰退浓度，让其自动退附加。