电解生产中各工艺参数的关系PPT课件

.,1,电解生产中各工艺参数的关系及提升电流效率的措施,培训讲师:周利智2016年9月12日,.,2,一、电解生产中的主要工艺参数,电流强度电解温度（过热度+初晶温度）槽电压（极距）两水平电解质成分分子比添加剂氧化铝浓度效应系数槽膛内型,.,3,二、各项工艺参数与电流效率的关系,1）.电流强度：强化电流对电解生产的影响好处：增加产量、降低单耗、降低成本。坏处：增加阴极电流密度，炉底热量增加，易发生阴极破损。从理论上来说，强化电流增加了电解槽的产铝量，降低了成本，却降低了电流效率，影响槽寿命。但是通过技术条件的调整及精细的操作管理，能够将影响降到很低。（比如：在产铝量、保温料、分子比、槽电压）,.,4,2）.电解温度：电解温度是影响电流效率的重要因素之一，它的高低主要由电解质的初晶温度与过热度的高低所决定。电解温度对电流效率的影响如下：电解温度高增加铝在电解质中的饱和浓度。电解温度高增加铝在电解质中的扩散速度，加大铝的二次反应。电解温度高，使炉帮熔化、分子比升高、氧化铝浓度和电解质水平上升、铝水平下降、阴极电流密度降低、铝的溶解损失增加。有研究表明，当电解温度在930-945时，电流效率也随温度的降低而降低，但幅度不明显。如果电解温度过低，氧化铝的溶解速度减慢，槽底易产生沉淀，电解槽的稳定性变差，同时，电解质的导电性变差，极距降低，铝损失增大，电流效率也随之降低。,.,5,过热度：控制较低窄的过热度（8-15），是获得较高电流效率的必要条件。如果过热度较高，铝液与电解质液面的表面张力减小，铝在电解质中的溶解度增大，铝的二次损失就会增加，电流效率降低；但如果过热度过低，则会导致电解质发粘，电解质导电率下降，极距缩小，另一方面，氧化铝的溶解性能变差，电解槽发冷，槽况变差，电流效率也会降低。,.,6,3）.槽电压在一定条件下，槽电压即可以反映极距的大小。一般认为，电解槽在较高的工作电压下运行，容易获得较高的电流效率，主要原因是,工作电压较高，电解槽的有效极距增大，减少了铝的二次反应，有利于提高电流效率。但并非电压越高，效率越高，因为槽电压增高，极距增大，热收入增加，电耗增加，槽子转热甚至出现病槽。有研究表明，当极距增大到7cm左右时，电流效率与极距的变化率接近于零，意味着此时再提高极距，电流效率也不再提高。一般情况下极距在4-5.5vm,同样极距降低1cm,电流效率降低4%。,.,7,4）.两水平铝水的作用：作为阴极，防止铝在碳阴极表面上析出传导阳极中心热量，调节热平衡削弱电磁力稳定磁场通常我们认为，适当提高铝液高度，可有效降低水平电流，同时电解槽热容存储能力增强，可提高电解槽热稳定性，从而提高电解槽电流效率。但是，过高的铝液水平可能会造成槽侧部通过铝液层散热增加，易导致槽底沉淀产生，增加槽帮结壳伸腿的厚度。电解质的作用：阴、阳极之间的导体电化学反应的区域电解槽热稳定的基础,.,8,5）.电解质成分分子比分子比是电解质酸碱度的重要标志，是影响电解质温度的主要因素，也是影响电流效率的主要因素之一。传统电解质条件下，分子比降低，有利于电流效率的提高，主要原因是分子比降低时，电解质中的初晶温度随之下降，铝液-电解质的界面张力增大，铝的溶解度下降，Na离子的活度降低，放电的可能性减少，因而提高电流效率。但分子比过低，电解质粘度增加，氧化铝溶解性降低，电解质的导电性减弱，电阻增大，降低电流效率。添加剂的影响电解质的主要成分NaF和AlF3对电流效率有较大影响，除此之外，如KF、LiF、MgF2、CaF2等，对电流效率也有一定影响。,.,9,KF、LiF是碱性杂质。KF含量升高能降低电解质的初晶温度，增加氧化铝的溶解性，但是它中和了电解质中的过剩AlF3，从而降低电流效率。LiF的添加，有利于降低电解质的初晶温度，提高电解质的导电性能，从而释放极距，提高电流效率。但是传统认为，当电解质中LiF含量超过2%时，不仅中和了过剩AlF3，还会使电解质的初晶温度过低，氧化铝的溶解性变差，从而降低电流效率。MgF2、CaF2均能降低电解质的熔点，也能使电解质温度降低，同时还能增大铝液-电解质之间的界面张力，减少铝在电解质中的溶解，有利于提高电流效率。总之，添加剂对电流效率的影响实际上是对电解过程的综合影响，一切能降低铝损失量的添加剂都有利于提高电流效率。,.,10,添加剂对电解质的影响如下表：,.,11,氧化铝浓度氧化铝浓度也是影响电流效率的主要因素。通常情况下，当氧化铝浓度在1.5%-3.5%时，既可使生产稳定，又可获得较高的电流效率。我厂目前控制氧化铝浓度范围为2.5%，主要优点是：氧化铝很快溶解，熔体中无悬浮的氧化铝固体颗粒，对熔体的黏度、导电以及防止在槽底产生沉淀都有良好的作用，有利于稳定生产，提高电流效率。氧化铝浓度与电流效率的关系如下表：,.,12,6）.效应系数科学合理地利用阳极效应是保证电解槽正常生产的重要手段，同时也能提高电流效率。利用效应可以校正氧化铝浓度，清洁电解质，清理炉底沉淀，均衡电解槽各部位温度的，规整炉膛的作用。但效应也对稳定生产破坏很大，效应发生时，电解温度迅速上升，炉帮熔化变薄，增加了侧部硅砖被浸蚀的可能性，而且温度和炉帮要1小时左右才能恢复正常值。有实验表明：当效应系数为1.0时，电流效率降低0.6-0.8%，直接增加能耗200KWH,考虑到电流效率的同时降低，一个阳极效应（3分钟）会增加吨铝电耗300KWH。,.,13,7）.槽膛内型电解槽达到正常生产阶段，一个重要标志是槽膛内壁上已经牢固地长着一层电解质结壳（炉帮），这层结壳均匀地分布在电解槽的侧壁上，形成一个椭圆形槽膛内型。当槽膛内形使铝液镜面收缩在阳极正投影下，且在阳极边部以下比较陡峭时，电流效率最高；当阳极下的槽帮比较平坦或槽膛内形不能使铝液镜面收缩在阳极投影下时，电流效率最低。规整的炉膛内型还能减小铝液的波动，有利于磁场平衡。,.,14,三、提高电流效率的措施,1.原材料质量氧化铝（溶解性、流动性、化学活性、吸附性、杂质含量）阳极炭块（电阻率、抗氧化性、耐压强度、杂质含量）2.规整的炉膛内型3.合理匹配工艺参数（四低一高）4.精细化操作换极（质量控制点）出铝（均衡出铝）电解槽巡视综上所述，提高电流效率应遵循以下几点：以电解槽的整体稳定为基础，以规整的炉膛为根本，以温度控制为中心，以精细化的操作为手段，匹配合理的技术条件，做好预测和控制，实现长期平稳运行，才能达到高效低耗的目的,.,15,四、降低电耗的途径,铝锭综合电耗=电解综合电耗+动力电耗我厂经济指标要求：铝锭综合电耗13500kwh/T.Al,其中动力电耗约为240-250kwh/T.Al，电解综合电耗即经过整流后的电解直流电耗+母线损耗（黑电压）+电解动力电耗（天车、照明等）。我们控制的重点是吨铝直流电耗，它只与电解槽的平均电压和电流效率两个因素有关，若要降低吨铝直流电耗，必须降低电解槽工作电压或者提高电解槽电流效率，在两者之间取个平衡点，在尽量不降低电流效率的情况下，电压最低，能耗最小。铝电解槽电压、电流效率和直流电耗具有以下关系：,.,16,.,17,电解槽的平均电压由工作电压、效应均摊电压和母线均摊电压组成，工作电压由分解电压、电解质电压、气泡电压、阳极组电压、阴极电压和母线电压组成。如何降低工作电压？1.电解槽分解电压。电解槽的分解电压由电解反应的反电动势、阳极浓差过电压、阴极浓差过电压、阳极表面过电压组成。电解槽分解电压一般在1.65V1.7V之间。前三者主要和极距、电解温度、氧化铝浓度、电解质成分、阳极电流密度等相关，一般变化不大，几乎无人为可操作的下降空间。阳极表面过电压受气泡、阳极形状、阳极电流密度影响较大，阳极电流密度增大，阳极表面过电压会增大；在特定的阳极电流密度下，阳极开槽会有效降低阳极表面过电压。,.,18,2.电解槽电解质电压。电解槽的电解质电压，即极距电压，一般在1.3V1.8V之间，主要受电流强度、电解质温度、电解质成分、极距高低影响。3.电解槽气泡电压。一般来说，阳极下的气泡压降约为150mV250mV。4.