（冶金工程专业论文）东海铝业300ka预焙阳极电解槽综合研究.pdf

工程硕士学位论文摘要 摘要 作者针对东海铝业公司电解二厂s y - 3 0 0 大型预焙槽的运行现 状，结合自身多年积累的铝电解专业理论和实践知识，分析了制约该 类电解槽正常运行的几点关键影响因素，并在此基础上提出了改进该 类电解槽的结构和运行参数的建议和思路，获得了如下的结论： 1 、采用生命周期分析思想找出影响3 0 0 k a 预焙阳极电解槽正常 运转的关键因素，理论分析和生产实践表明，较低的工作电压、适当 的槽保温料厚度以及合理调整系列电流能对生产的稳定起到积极作 用。 2 、通过对电解质体系( 特别是对含镁电解质体系) 进行理论分 析，并结合生产运行的实际情况，消除了以往只凭经验对电解槽内部 运行状况判断所造成的不足，这种理论与实践的有机结合能纠正过去 在生产中的一些错误认识，对科学地调整生产工艺具有积极的指导作 用。 3 、通过对现行3 0 0 k a 槽结构的剖析，发现了其结构上存在的不 足，对炉底保温材料，浇注料浇注方式，钢棒组装方式等均进行了一 定的调整，有效地改善了电解槽的安全性。 此外，作者还对3 0 0 k a 预焙槽焙烧启动进行了探讨。提出了影 响焙烧启动的关键因素，为更好地完成焙烧启动工作提供了理论指 导。 生产运行效果表明，改进后的电解槽在生产中能够长期保持稳定 高效，经济效益明显改善。 关键词3 0 0 k a 预焙槽，影响因素，电解槽结构，焙烧启动 工程硕士学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t a c c o r d i n gt ot h eo p e r a t i o ns t a t o so fs y - 3 0 0l a r g e - t y p ep r e - b a k e d e l e c t r o l y s i sc e l l so ft h es e c o n de l e c t r o l y s i sp l a n ti nd o n g h a im u m i n u m c o m p a n y , c o m b i n i n gw i t hs o m ei n d i v i d u a lp r o f e s s i o n a lt h e o r y a n d p r a c t i c ek n o w l e d g ea c c u m u l a t e di nm a n yy e a r s ，t h e a u t h o ra n a l y z e s s e v e r a lc r i t i c a lf a c t o r sw h i c hr e s t r i c tt h en o r m a lo p e r a t i o nf o rt h i sk i n do f e l e c t r o l y s i sc e l l ，a n db a s e do nt h ea n a l y s i s ，p r e s e n t ss o m es u g g e s t i o n s a n dc l u e sw h i c hi m p r o v et h es t r u c t u r ea n dw o r k i n gp a r a m e t e rf o rt h i s k i n do fe l e c t r o l y s i sc e l l t h ec o n c l u s i o no b t a i n e di sa sf o l l o w s ： 1 a d o p t i n gt h ea n a l y s i sc o n c e p to fl i f e - c y c l e ，f m d i n go u tt h ec r i t i c a l f a c t o r sw h i c hr e s t r i c tt h en o r m a lo p e r a t i o nf o r3 0 0 k ap r e - b a k e da n o d e e l e c t r o l y s i sc e l l s ，b yt h e o r ya n a l y s i sa n dp r o d u c t i o np r a c t i c e ，i ti n d i c a t e s t h a tt h el o w e rw o r k i n gv o l t a g e ，p r o p e rt h i c k n e s so fh e a ti n s u l a t i o n m a t e r i a lf o rt h ec e l l ，a n dr e a s o n a b l ea d j u s t m e n to ft h ep o t l i n ec u r r e n t h a v ep o s i t i v ef t m e t i o n sf o rt h es t a b i l i z a t i o no fp r o d u c t i o n 2 b yt h e o r ya n a l y s i s o ne l e c t r o l y t e s y s t e m ( e s p e c i a l l y i sf o r t h e e l e c t r o l y t es y s t e mc o n t a i n i n gm 曲，c o m b i n i n gw i t ht h ea c t u a ls t a t u so f p r o d u c t i o no p e r a t i o n ，a v o i dt h ee x i s t i n gd e f i c i e n c yt h a tj u d g et h ei n n e r o p e r a t i o ns t a t u so fe l e c t r o l y s i sc e l lo r g yd e p e n d i n go nt h ei n d i v i d u a l e x p e r i e n c ei nt h ep a s tt i m e t h ec o m b i n a t i o nb e t w e e nt h e o r ya n dp r a c t i c e c a nc o r r e c ts o m ew r o n gu n d e r s t a n d i n g si nt h ep a s tp r o d u c t i o n i tg i v e s i i 工程硕士学位论文 a b s t r a c t t h ep o s i t i v ei n s t r u c t i o no nh o wt oa d j u s tt h ep r o d u c t i o np r o c e s si na s c i e n t i f i cw a y 3 b yt h ea n a l y s i so nt h es t r u c t u r eo fe x i s t i n g3 0 0 k ae l e c t r o l y s i sc e l l ， t h ed e f i c i e n c yi nt h es t r u c t u r ew a sf o u n d ，b yac e r t a i na d j u s t m e n to nt h e h e a ti n s u l a t i o nm a t e r i a li nt h eh e a r t hb o r o mo ff u l n a c e ，t h ec a s t i n g m e t h o do fc a s t a b l ea n dt h ea s s e m b l i n gm e t h o do fs t e e lb a r , t h er e l i a b i l i t y & s a f e t yo f e l e c t r o l y s i sc e l la r ei m p r o v e de f f i c i e n t l y f u r t h e r m o r e ，t h eb a k i n gs t a r t u po f3 0 0 k ap r e - b a k e dc e l lw a s d i s c u s s e db yt h ea u t h o ra n dt h ec r i t i c a lf a c t o r sw h i c ha f f e c tt h eb a k i n g s t a r t u pw e r ep r e s e n t e d ；t h e ys u p p l yt h e o r y i n s t r u c t i o nf o rf i n i s h i n g b a k i n gs t a r t u pw o r kb e t t e r t h er e s u l to f p r o d u c t i o no p e r a t i o n i n d i c a t e s ：t h e i m p r o v e d e l e c t r o l y s i sc e l lc a nk e 印s t a b i l i z a t i o na n dh i 。g he f f i c i e n c yf o rl o n gt i m e i nt h ep r o d u c t i o n k e yw o r d s ：3 0 0 k ap r e b a k e dc e l l ，a f f e e t i l l gf a c t o r , s t r u c t u r eo f e l e c t r o l y s i sc e l l ，b a k i n gs t a r t u p i i i 工程硕士学位论文第一章绪论 1 1 文献综述 第一章绪论 1 1 1 铝电解工业发展简史 铝冶金的发展过程大致可以分为三个阶段：化学法炼铝阶段，电解法炼铝 阶段以及冰晶石一氧化铝熔盐电解法炼铝，详见表卜1 1 】。 表i - i 铝冶金发展过程 当前，世界各国正在向长大型中间下料预焙阳极电解槽，此种预焙槽并不 是简单的重复，而是向大型化、大电流、自动下料、自动处理阳极效应、电子 计算机控制生产的具有当前先进科学技术水平的现代化新槽型方向发展，而且 近几十年来电解工艺指标不断提高，如表卜2 所示“1 ： 表1 - 2 铝电解工艺5 0 年来所取得的进展 工程硕士学位论文 第一章绪论 1 1 2 国内外铝工业概况“0 1 我国电解铝工业滞后于西方国家，8 0 年代国家提出了“优先发展铝”的方 针，极大地促进了电解铝工业的发展。一方面预焙槽电解铝技术取得了显著的进 展，通过对引进日本中间下料预焙槽技术的消化，逐步掌握了现代预焙阳极铝电 解槽的理论和设计技术，成功地开发了我国自己的现代大容量、高效能、环保效 果好的预焙阳极铝电解槽，使我国电解铝技术得到了空前的发展，大大缩短了与 国际水平的差距。但另一方面，在计划经济向市场经济转轨时期，实施“拨改贷” 政策，铝工业建设规模受到资金限制，转而促使地方中、小型电解铝厂蓬勃发展。 据国家统计局投资司统计数字显示，由于近年我国电解铝生产能力增长迅速， 到2 0 0 3 年年底，国内电解铝的供给已趋于饱和，基本可以满足今后一段时间国 内电解铝市场的需求。根据城镇5 0 0 万元以上投资项目统计资料，2 0 0 3 年铝业投 资在建项目3 2 9 个、计划总投资8 8 g 亿元、完成投资2 5 0 亿元，分别比去年同期 减少1 2 、增长9 29 和9 2 3 。从市场需求情况看，国内近年来电解铝需求快速 增长，2 0 0 t 年我国电解铝需求量为3 9 7 万t ，2 0 0 2 年5 0 0 万t ，2 0 0 3 年6 0 0 万t ， 预计2 0 1 0 年将达到1 0 0 0 万t 。从供给情况看，到2 0 0 2 年底，全国熏点工业企业 电解铝生产能力5 3 9 万t ，在建规模7 4 万t ，其中当年投产3 2 万t 。据统计，目 前在建的电解铝生产能力大约2 2 0 万t 左右，2 0 0 3 年底我国电解铝生产能力已经 接近6 0 0 万t ，估计到2 0 0 5 年末达到7 0 0 万t 以上。从总量上看，由于近年我国 电解铝生产能力增长迅速，国内生产基本可以满足今后一段时间国内电解铝市 场的需求。而2 0 0 4 至2 0 0 5 年，铝业的年度走势受国家控制铝业投资过热政策 的影响，新开工项目大大减少。而如果没有新开工项目的支撑，今年铝业的投资 将出现负增长。表卜3 显示了全球原铝产量的分布情况。 表1 - 3 全球原铝产量分布( ) 工程硕士学位论文 第一章绪论 1 1 3 铝电解原料及产品 1 1 3 1 铝电解的原料氧化铝 炼铝的原料是氧化铝。氧化铝是一种白色粉末，熔点为2 0 5 0 。c ，真比重 3 5 3 6 9 c m 3 ，容积比重为l g c m 3 工业氧化铝中通常含有a 1 。0 。9 9 左右。 工业氧化铝中通常有少量的s i o 。、f e 2 0 。、t i0 2 、n a 2 0 、c a o 和h 2 0 。在电解过 程中，那些电位正于铝元素的氧化物杂质，如s i 如和f e ：0 3 ，都会被铝还原，还 原出来的s i 和f e 进入铝内，从而使铝的品位降低；而那些电位负于铝元素的 氧化物杂质，如n a ：0 和c a o ，会分解冰晶石，使电解质成分发生改变并增加氟 盐消耗量。水分会分解冰晶石，还会增加铝液中的氢含量。p ：0 5 则会降低电流效 率。所以铝工业对于氧化铝的纯度提出了严格的要求。 工业氧化铝的物理性能，对于保证电解过程正常进行和提高气体净化的效 率，关系很大。一般要求它具有较小的吸水性，能够较多较快的溶解在熔融冰 晶石中，使加料时的飞扬损失少，并且能够严密的覆盖在阳极碳块上，防止它 在空气中的氧化。当氧化铝覆盖在电解质结壳上时，可起良好的保温作用。在 气体净化中，要求它具有较好的活性和足够的比表面积，从而能够有效的吸收 h f 气体。这些物理性能取决于氧化铝晶体的晶型、形状和粒度。 按照氧化铝的物理特性，可将其分成砂型、中间型和粉型三种。见表卜4 ： 袁1 - 4 工业氧化铝的分类和特性 砂状中间状粉状 通过4 5 p i n 筛网的粉科 4 0 比表面积，v g 3 5 3 52 1 0 密度，g c v o 8 5 0 8 5( o 7 5 a - 1 舡含量， 2 5 3 54 0 5 08 0 9 5 物料的安息角取决于它的一部分颗粒在另一部分颗粒上滑动或滚动的阻 力。 砂型氧化铝呈球状，颗粒较粗，安息角小，只有3 0 。5 0 。，其中a a 1 ：0 。 含量少于5 0 ，y a 1 ：0 3 含量较高，具有较大的活性，适于在干法气体净化中用 来吸附h f 气体，以及在半连续下料的电解槽上用作原料，故目前得到广泛应用。 粉型氧化铝呈片状和羽毛状，颗粒较细，安息角大，达4 5 4 ，其中a a 1 ：0 。含量 工程硕士学位论文第一章绪论 达到8 0 。中间型氧化铝介乎二者之间。 生产每吨铝所需的a l2 0 3 量，从理论上计算等于1 8 8 9 k g 。实际上由于工业氧 化铝大约含有a 1 2 0 3 9 8 5 左右，以及在运输和加料过程中有尘散损失，所以生 产每吨铝所需的工业氧化铝量大约是1 9 2 0 1 9 4 0 k g 。 现代铝电解生产对于氧化铝的化学组成提出一些新的要求。例如，氧化铝 中各项杂质的含量应符合下列条件： n a = o 0 0 4 u 0 5 o 0 0 3 s i 如 0 0 4 p ：0 s 0 0 0 3 f e z 0 3 o 0 4 z n o 初晶温度的经验公式验证 邱竹贤和张明杰等对初晶温度和电解质成分研究统计出如下经验公式 【3 ： t = 1 0 0 7 6 2 5 2 6 7 5 * a i f ， 一4 8 3 a i 。0 3 一3 2 9 2 m g f ： 2 9 0 6 c a f ： 一0 2 5 a i f ， 木 a 1 ：0 。3 - o 0 3 3 a i f 。 木 m g f 2 一0 0 2 5 a i f 。 半 c a f 。 - 0 5 2 8 a 1 5 0 。 m g f 2 + 0 2 2 9 a i ：0 3 c a f 2 - o 1 6 6 m g f ： c a f ： 该式考虑了单一添加剂对初晶温度的影响，同时注意到了添加剂的协同效 应。故它的拟合性是相当好的。但不足之处是研究( 适用) 范围较窄。要求c a f 。 为o 6 、a l ro 8 、m g r 为0 6 。该式当电解质中氟化镁降到6 时， 电解生产转入高效期时用于确定初晶温度用在确定工业电解温度时。氟化镁在较 工程硕士学位论文第四章大型预焙槽电解质体系研究 高浓度时，但电解质分子比也较高时，可适当将公式中氟化镁的浓度范围外推到 8 ，但必须保证分子比在2 4 以上。此时，该公式还比没有考虑添加剂协同效 应的经验公式准确度高。 另外，对于目前较高分子比时，氟化镁含量在1 2 以下可用下列经验公式对 初晶温度进行计算： t = 1 0 1 0 6 - 0 1 9 9 a lf 3 2 _ 0 0 0 0 5 a i f 。 4 6 6 4 5 a i 。0 3 + o 1 6 8 a 1 。嘲2 _ 2 8 5 3 c a f 。卜4 6 m g f ：卜9 2 l i f 电导率 对含镁电解质体系导电度有许多经验公式可供计算。当然也可通过实验室 测定曲线判断类似电解质体系的导电率趋势。我们通常认为由于氟化镁可利于 电解质与炭渣分离，可抵消一部分压降。但镁含量过高时，总体上仍会降低电 导率。当然，如果此时保持较高分子比的话，电导率会和正常低分子比电解质 电导率接近。故保持较高分子比有利于增加含镁电解质体系导电率。且槽电压 保持参同“四低一高”技术条件中槽电压保持。 溶解度和溶解速度等总问题 氟化镁降低氧化铝的溶解度和溶解速度。在现有下料方式下，极易使下料 点附近电解质中氧化铝浓度过饱和而在槽底造成大量沉淀。低分子比也会使电 解质初晶温度降低。故当氟化镁含量很高时，决不允许采用低分子比。当氟化 镁含量逐步下降时，可适当调低分子比。另外，氟化镁会增大a i - e 界面的张力， 使铝的溶解损失降低：增大电解质与炭素材料界面张力，有利炭渣排出。特别 值得一提的是氟化镁是一种矿化剂，可加速y a l ：o 。向d a l ：0 。转变，形成含 8 0 n - a i ：魄的侧部炉帮，对提高电流效率，保持侧部筑块，人造伸腿和局部阴 极炭块是有利的。但问题的反面是，过高的氟化镁也会促进炉底沉淀迅速转化 成炉底结壳，这是对我们的生产有害的。除继续降过高的氟化镁含量外，目前 可采取适当降低铝水平，使槽指热源中心向槽底靠拢，保持较高过热度，适当 效应系数，减少沉淀生成等综合措施逐步进行调整。 4 2 3 含镁系电解质生产对策m 1 工业电解质中氟化镁含量大于6 时，对于实现稳定连续生产的难度很大， 在国内外工业化生产中是没有先例的。只有在电解质性质的实验性研究中才可 做到。主要的原因是由于含镁电解质体系易造成沉淀，且沉淀易转化成很难化 的硬结壳及电解质和铝液密度差等问题。目前，仍采用含镁电解质体系的生产 工程硕士学位论文第四章大型预焙槽电解质体系研究 厂家有包头铝厂和抚铝等厂家，他们都将氟化镁控制在5 以下，且对分子比的 要求也有一定针对性的控制。 4 2 3 1 两种可供参考的电解质体系 邱竹贤先生在9 0 年时曾提出几种供电解生产中使用的含镁电解质体系。其 中两种含镁较高的在这时提出，供参考。 n a 。a 1 f 。+ a 1f 3 1 0 + a 1 。0 3 3 + m g f 2 6 + o a f 2 4 体系 该电解质体系的熔点为9 1 0 ，可在9 1 5 9 3 5 下电解生产，这种电解质 体系由于沉淀和结壳问题，目前仍常没有一个厂家应用于实际生产。 o n a n i f 6 + a i f 。8 + a 1 2 0 。3 + m g f ：5 5 + c a f 2 4 体系 初晶温度为9 2 0 c ，能够在9 3 5 左右进行生产。包头铝和抚铝采用接近此 成份电解质体系生产。从邱竹贤先生给出的这两个推荐生产使用的电解质体系 可得出，工业上采用较含镁含量和低分子比是可能的，特别需指出的是，包铝 1 3 5 k a 电解系列使用含氟化镁5 以下电解质体系，可取得9 2 的电流效率，说 明该含量镁电解质体系是可行的，但他们的铝水平保持在2 6 3 2 c m 。而南山 3 0 0 k h 电解槽铝水平在1 8 2 0 c m ，对消除槽底沉淀和减少结壳的产生是十分有 利的，故从这一角度出发，南山电解铝在较含镁含量下是能够取得好的经济技 术指标的。但实际生产中操作中困难很大。这和我们对电解质体系的性质的了 解程度、控制水平的高低、管理意识是否到位有直接关系。我们采用和镁含量 相对应的分子比应对策略，且随着含镁电解质体系管理经验的积累与成熟、思 想方法的改进及下料系统的改进等，完全可以克服当前的困难，并且可能在一 定时间后产生好的效果。 4 2 3 2 氧化铝溶解度和溶解速度问题、密度问题、导电度问题 高氟化镁电解质主要的问题。生产中对于氟化镁大于l o 的应予倒换电解质， 以使镁含量尽快降下来，对氟化镁含量高的槽应制定分子比控制对应策略，以 使其对氧化铝的溶解度和溶解速度及电解质的密度方面不出现大的偏差。对于 导电度问题，生产中可适当保持较高槽电压。由于高氟化镁造成的导电度下降 问题可由碳渣的排出及较高分子比来抵消，故正常参考槽电压保持4 1 5 4 1 9 伏为宜。 4 2 3 3 对于分子比控制问题 由于槽内氟化镁和氟化钙浓度除在浓度特别高时需倒电解质外，平时仅能 靠自然消耗而逐渐下降，生产中较方便调整的仅是分子比。氧化铝浓度调整虽 可通过调整加料间隔而人为施加影响，但出于沉淀问题和阳极效应系数的影响， 一般不建议人为保持上下限。只需按生产需要调整后由计算机自动控制。由此， 分子比调整是调整电解质的主要手段。首先，通过对整体对策中各控制阶段成 工程硕士学位论文第四章大型预焙槽电解质体系研究 分含量的上下限进行计算发现：最高和最低温度差约4 0 。这对我们的生产是 不利的，温度波动过大，不利于统一管理。故建议实际生产中，应通过调整相 应控制阶段内的分子比来使温度趋于较窄范围内。即当镁钙含量高时，可按上 限保持分子比，镁钙含量低时，可按下限保持分子比，这样可将电解温度范围 缩小。这时需要注意的是，在第一阶段注意分子比对电解质密度的影响。 4 2 3 4 电解质水平和铝液水平控制问题 铝水平应适当下降，以铝液层稳定，不引起过度波动，且权衡低铝水平对电 解槽伸腿的破坏为宜。目前参考值1 7 1 9 厘米，可视情况向下限靠近，有利于 利用槽热源中心的过热度消除槽底沉淀和结壳。电解质水平保持可参考2 0 2 2 c m ，注意总高过高时化上口的问题及电解质水平过高化钢爪的问题，可适当 保持较高电解质水平，以利于氧化铝的溶解。特别是氟化镁含量高时，更应注 意此问题。 4 2 3 5 整体应对原则 平稳。从电解温度、电解质密度等都是逐步调整的，不应出现过大变化。 这样有利于人员总结经验，保持平稳正常生产。 主要以氟化镁自然消耗后，槽内氟化镁含量的降低为调整主线。 易于生产中实施，在没有大的出入时，尊重现有生产习惯。 仅定出大的框架和执行中注意的问题，因槽况不一，具体技术条件由熟 悉槽况的区长在框架内进行调整。 4 2 3 6 总体对策 铝水平保持1 8 2 0 厘米，槽工作电压保持4 1 5 4 1 9 伏，电解质水平保 持2 0 2 2 厘米。 对于氟化镁浓度在8 以上的电解槽 此阶段分子比保持2 6 2 8 ，槽换极时间一定要短，严禁过度搅动电解质， 换极后及时加保温料，盖好槽罩、注意适当高的过热度、铝水平应适当下降， 可适当保持较高电解质水平，以利于氧化铝的溶解。 当氟化镁含量在1 0 以上时，应安排倒电解质。将含量尽快降下来。因 此时电解质不仅对氧化铝溶解度和溶解速度很能差，而且电解质的密度 和铝液密度差不足0 1 9 c m 3 ，远比要求的0 2 9 c m 3 小，导致铝液易和电 解质相混合，电流效率低。且由此引出许多电解槽病态。倒出的电解质 可做为以后阶段调整镁含量时使用。化冰晶石时对消除槽底结壳及沉淀 有好处的。但注意一次效应不应过长，以防对炉膛内型造成破坏。 当氟化镁含量降到8 1 0 时，电解温度可保持在9 3 5 9 6 0 ，此时 电解质密度仍过大，分子比争取控制在2 6 2 7 间( 分子比大时，密 工程硕士学位论文第四章大型预焙槽电解质体系研究 度增加) 。这个时期争取能初步形成规整炉膛。( 9 2 4 9 5 2 9 5 5 ( c r = 2 8 ) ) 经计算，当氟化镁含量为1 0 、温度为9 5 0 度、氧化铝浓 度为2 、氟化钙浓度为4 、分子比为2 8 时，电解质密度为2 2 1 6 克厘米3 。 对氟化镁含量在6 8 电解槽 保持分子比在2 5 - - - 2 7 ，电解温度保持9 4 0 9 6 0 ( 初晶温度略上升，考 虑到槽膛的形成，温度并未上调) 。( 9 1 6 9 5 6 ) 注：此阶段分子比不应下降过 急 氟化镁含量在4 6 时 保持分子比在2 4 2 6 ，电解温度保持9 3 0 9 5 5 ( 9 2 5 9 5 8 ) 氟化镁含量在3 - - 5 时 分子比控制在2 3 - - 2 5 ，氟化钙2 4 ( 自然累积) 。9 3 0 9 5 5 c 专案问题对策 换极等槽上作业时，槽电压下滑； 这种类型电压下滑主要是由于电解质密度过大，电解质和铝液密度差过小， 槽上作业时，对电解质和铝液的过度搅动和局部电解质散热过多，将导致铝液 和电解质出现混溶现象( 铝液上漂) 。此现象主要出现在第一个阶段，由于电解 质中氟化镁浓度高，导致电解质密度大，但为了增加电解质对氧化铝的溶解度 和溶解速度，分子比也保持过大，这使电解质的密度进一步增加。当电解质和 铝液受到搅动时或槽温出现波动下降时，电解质下沉、铝液上漂。 出现此问题时，最好尽快停止引起铝液和电解质波动的操作。如：停止扒 沉淀及处理结壳、不要抬电压、暂时停止打壳下料。应及时加冰晶石保温，避 免加入槽内氧化铝( 特别是新换极附近) 。这种情况下产生的问题大多不很严重， 一般能很快恢复。但若情况严重时，可能引起阳极脱落等问题。 解决此问题的根本方法是调整电解质成份，使电解质密度下降。l f 螽时解决 方案是：减小或停止对电解质和铝液的扰动、保持较高过热度、加快换极速度， 减小热损失、防止局部温度下降过多，造成电解质和铝液密度差减小。 电解槽极距过高 生产中，有时会出现某槽电压无明显变化时，而电解槽极距明显高于正常 范围的现象。这也往往是电解质的密度的原因。过高的氟化镁使电解质密度增 加，到一定各度后，铝液和电解质出现相混现象，电导率下降，计算机对采样 数据解析后视为极距过低，提升电压，导致槽极距增加。解决的原则和方法同 槽电压下滑的应对。 槽底易生成沉淀和结壳难化 4 1 工程硕士学位论文第四章大型预焙槽电解质体系研究 槽底沉淀是由于含镁电解质体系对氧化铝溶解度和溶解速度的不良影响 造成的，再加上槽侧部结壳和伸腿的破坏，槽底保温性能不好，槽底温度下降； 还有氟化镁的矿化作用，使炉底的沉淀较快转化为硬结块和难熔的槽底结壳。 生产中，在第一阶段，如果进行倒换电解质的工作，加冰晶石和较高槽 电压、较长时间的效应对消除槽底沉淀和结壳是有益的。但应注意槽温过高对 炉膛、槽寿命、电耗、电流效率都有不良影响。 正常生产时，在稳定槽况的前提下，保持较低铝水平，可使槽热源中心 停近槽底沉淀和结壳，有利于减少沉淀和结壳。 保持较高的分子比，减小氟化镁对氧化铝溶解度和溶解速度的影响； 及时据报表调整加料间隔时间，不出现过短加料间隔，保持适当高效应 系数； 争取能够尽早将四点同时下料改为两两交错下料； 尽早形成规整炉膛内型，这对提高槽底温度，减慢沉淀转化为结块或结 壳的速度，加速沉淀向电解质中转移是有好处的。 对过多的沉淀和结壳进行适当处理，但仍应以技术条件调整为主( 对氟 化镁大于8 含镁、高分子比槽处理时应注意密度问题引起的非正常现象) 。 炉膛过空问题 炉膛过空是由于：过热度长期保持较高，使炉帮渐渐熔化；槽底沉淀及结 壳增多，使压降增大，使电流易于从侧部流过；侧部结壳化后，通过的电流增 大，加速了炉帮的熔化；水平电流使槽内熔体加速运动，加剧了对炉帮的冲刷； 大量炭渣聚集到炉帮上口，也会在一定程度上影响到炉帮的形成；生产中怕形 成沉淀，不敢进行辅助加工以修补过空炉膛，加剧了炉膛过空现象。第一阶段 槽，很多槽槽膛化的很空，这对槽寿命及以后的生产危害是相当大的。有人认 为，此时电解质含氟化镁很高，对氧化铝的溶解度和溶解速度都不利，不应进 行辅助加工，以防形成沉淀，应让电解槽自然形成，这种看法是偏颇的。首先， 我们看一下生产实际情况：大多处于第一阶段的含镁电解质槽由于生产的不稳 定性及过热度问题，根本不会自然形成较好的炉膛；再则，炉膛长期过空，没 有侧部结壳和伸腿保护，侧部炭块和人造伸腿受电解质和铝液化学和物理侵蚀 破坏是严重的。另外，在电解质上液面处，空气氧化高温侧部炭块也是很严重 的，有的启动仅一年多的槽侧部及人造伸腿破损严重。 故在第一阶段，加大电解质分子比，可抵一部分氟化镁对氧化铝溶解度和 速度的影响。对炉膛过空处要进行局部加工，加工时要扒掉易落入槽中的氧化 铝，一次加工面不要过长，可分次加工。另外，还应注意加工前后要有足够的 控料时间 工程硕士学位论文 第四章大型预焙槽电解质体系研究 4 3 含镁电解质体系的特征及其在生产中的应用对策研究 z 2 1 一种电解质体系的温度、密度、导电度利用经验公式进行了论证。论证方 法更适合生产实际，通过论证得出如能通过技术手段和管理手段对电解质中各 成份含量进行精细控制，电解生产可以在较低温度下高效运行：该电解质体系 和铝液的密度差在一些情况下较小，生产中注意提前调控；该电解质体系和低 分子比高氟化钙电解质体系的导电度相当。 含镁电解质体系的性质探讨和生产对策中依生产运行状况提出五类含 镁电解质体系，本文针对其中一种可低温运行的电解质体系进行论证。该电解 质体系为：c a f 。为2 4 、a 1 ：0 。为2 4 、m g f 。为4 6 、c r 为2 4 2 6 4 3 1 电解温度的理论计算 邱竹贤和张明杰等对初晶温度和电解质成分研究统计出如下经验公式：t c = 1 0 0 7 6 2 5 - 2 6 7 5 * a i f 3 一4 8 3 a i ：0 3 - 3 2 9 2 嘣g f 2 一2 9 0 6 y a f 2 - 0 2 5 a i f 3 9 6 a i ：0 ， - 0 0 3 3 a 1 f 3 m g f ： 一0 0 2 51 a i f 。 木 c a f 。 - 0 5 2 8 a 1 ：0 3 ：i c m g f 。 + o 2 2 9 a 1 ：0 a c a f 。 一0 1 6 6 m g f 。 十 c a f 。 要求c a f 。为0 6 、a 1 f 。为0 8 、m g f ：为o 6 。在较高分子比和较低 氟化镁电解质体系中，初晶温度和电解质成份曲线无突变，必要时可将过剩氟 化铝量适当外推，不会明显影响公式精度。公式中各成份对初晶温度求偏导： 4 3 1 _ 1 基准电解初晶温度的计算 取c a f 。为3 、a 1 ：0 33 、m g f 2 为5 、c r 为2 5 ( a l r 可近似取7 ) 将各值代入公式中，得t c = 9 3 0 7 2 9 。 4 3 1 2 上下限温度计算 a i f 3 一2 6 7 5 0 2 5 a 1 2 0 3 一0 0 3 3 m g f 2 一0 0 2 5 1 c a f 2 】 a a 1 2 0 3 4 8 3 0 2 5 a i f 3 一0 5 2 8 6 m g f 2 + 0 2 2 9 1 c a f 2 o t 5 m g f 2 。一3 2 9 2 一o 0 3 3 a i f 3 1 一o 5 2 81 a 1 2 0 3 一0 - 1 6 6 1 c 8 f 2 】 a 饼2 】一2 9 0 6 - 0 0 2 5 1 a i f 3 + 0 2 2 9 j 6 a 1 2 0 3 一0 1 6 6 1 9 删i g f 2 故下限初晶温度为： 将浓度上限均值9 6 c a f ：为3 5 、a 1 ：0 。为3 5 、f ：为5 5 、a 1 f 。为7 8 代 入公式、得： 4 3 工程硕士学位论文第四章大型预焙槽电解质体系研究 4 删一3 8 1 9 m g f 3 一5 9 7 8 4 c a f 2 一3 2 1 2 5 瞄a 1 2 0 3 一8 8 8 2 5 故下限温度为：t - 3 8 1 9 1 6 - 8 8 8 2 5 5 9 7 8 4 3 2 1 2 5 = 9 0 6 上限温度为： 将浓度下限均值9 6 c a f ：为2 5 、a 1 。0 3 为2 5 、d l g f ：为4 5 、a i f 3 为6 3 代 入、得： a t f 3 一3 5 1 1 m g f 3 一5 - 2 3 4 9 伽2 】一3 2 3 8 舭d 3 】- _ 8 2 0 8 5 故上限温度为：t + 3 5 11 1 4 + 8 2 0 8 5 + 5 2 3 4 9 + 3 2 3 8 , 9 5 0 9 4 3 1 3 电解温度的确定 上下限温度各加1 5 1 2 过热度，则电解温度近似为9 2 0 9 6 5 1 2 。结合我们的 生产实际，此电解质体系下我们取电解温度为9 3 0 9 5 5 ( 2 4 3 1 4 计算引出的几个值得思考的问题 本文对上下限温度的计算不同于传统计算方法。本文方法更切合生产实际。 通过本计算方法，我们可得出如下几点： l 、实际生产中，由于电解质各成份含量不同，可能引起初晶温度发生较大 变化。例如有些槽槽温虽较低，但仍可正常高效生产：有些槽槽温可能在正常 范围内，但可能出现冷槽的一些特征。这要求我们电解质成份要合理保持，改 变以前粗放管理方式，进行精细控制。生产中，若能将电解质成份控制在合理 的窄的变动范围内，则我们的生产易于管理且可能保持低温高效生产，这是我 们以后生产中应注意改进的。 2 、实际生产中，许多电解槽过热度往往远大于1 5 c 。这正是值得我们注意 改进的地方。据实际电解质成份来决定电解温度也许是我们今后保持低温电解 的重要途径。 4 4 工程硕士学位论文 第四章大型预焙槽电解质体系研究 4 3 2 电解质和铝液密度差的计算 工业纯铝一般可用如下线性方程对其密度进行计算： d 。= 2 3 8 2 0 0 0 0 2 7 3 ( t - 6 5 9 ) 电解质密度可按下式进行计算： p ( g c m 3 ) = 2 6 4 0 0 0 0 8 t + o ，1 8 w r 一0 0 0 80 触1 ：0 3 + 0 0 0 5 c a f ： + 0 0 0 8 m g f 。 一0 0 0 4 l i f 由于两公式中密度和温度均呈线性关系，可取温度上下限 d o = 2 3 8 2 0 0 0 0 2 7 3 ( 9 3 0 6 5 9 ) = 2 3 0 8 ( g c 一) d 9 s s = 2 3 8 2 0 0 0 0 2 7 3 ( 9 5 5 6 5 9 ) = 2 3 0 1 2 ( g c m 3 ) 电解质密度取低温时，电解质中使密度增大，添加剂含量上限时。密度 p = 2 6 4 0 0 0 0 8 x 9 3 0 + 0 1 8 x 1 3 - 0 0 0 8 x 2 + 0 0 5 x 4 + 0 0 0 8 x 6 = 2 1 8 2 ( g e r a 3 ) 高温时，使电解质密度增加的添加剂含量取下限时，电解质密度密度 p = 2 6 4 0 0 0 0 8 x 9 5 5 + 0 1 8 x 1 2 0 0 0 8 x 4 + 0 0 0 5 x 2 + 0 0 0 8 x 4 = 2 1 0 2 ( g c m 3 ) 从计面计算可得出：此电解质体系中，密度差最小时可能出现： ap = 2 1 8 2 2 3 0 8 = 0 1 2 6 差值为电解质密度的5 8 此电解质体系：p - - 2 3 0 1 2 2 1 0 2 = 0 1 9 9 2 为最大密度差。 差值为电解质密度的9 4 7 得出结论： 1 、当较低温度时，且电解质成份中某些添加剂含量较高时，铝液和电解质 问密度差减少，若加上槽况不良时，水平电流引起不良电磁力，槽上作业，阳 极气体作用力等，使铝液波动幅度增加，且从电解质中停留时间长等，易引起 电压下滑，电压摆等现象。 2 、生产管理中，要进行合理调控，使电解温度和电解质中各成份含量相互 配合，避免出现密度差过小的极端情况。制定调控参考表是易于生产中执行的 一种方式。 工程硕士学位论文第四章大型预焙槽电解质体系研究 4 3 3 电解质电导率计算 冰晶石熔液的电导率与电解质成份和分子比间有如下关系：此公式呻1 适用 于我们通常电解质成份的计算 i nx = 1 9 1 0 5 + 0 1 6 2 0 c r 一1 7 3 8 1 0 1 * a l 2 0 。 一3 9 5 5 1 0 c a ：f 。3 - 9 2 2 7 * m g f ： 1 0 1 + 2 1 5 5 1 0 。 l i f 一1 7 4 5 7 1 0 3 t 。1 c r - 2 5 a l ：仉= 3c a f s = 3 m g f ：5 t = 9 4 5 + 2 7 3 i n x = 1 9 1 0 5 + 0 1 6 2 0 2 5 - 1 7 3 8 1 0 - 3 , 3 3 9 5 5 1 0 1 3 9 2 2 7 5 1 0 1 1 7 4 5 7 x 1 0 3 1 2 l 8 得x = 2 1 6 4 ( q 。c m - 1 ) 试比较c r = 2 3a ：0 3 = 3c a f 2 - 5m g f ：= 0 t = 9 4 5 + 2 7 3 i n x = 1 9 1 0 5 + 0 1 6 2 0 c r - 1 7 3 8 1 0 1 a i2 0 3 3 - 3 9 5 5 x i 03 5 一1 7 4 5 7 x i 0 3 1 2 1 8 得x = 2 1 7 6 9 6 ( 0 1 c m - 1 ) 值得提出的是，氟化镁虽可降低电导率，但实际生产电解质中其使炭素分离的 性，又可增加电导率，具有相互抵消的作用；生产中搅动槽底铝液及电解质中 其它杂质易使电导率下降