降低效应系数生产实践

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1、降低效应系数的生产实践江苏大屯铝业公司 李俊 王永春摘要：本文全面论述了阳极效应优缺点，指出零效应管理是铝电解生产发展的方向。通过某铝厂零效应生产的管理工作，指出采取相应措施措施可以转变传统观念对阳极效应的依赖。在230KA预焙铝电解槽生产中保证电解生产平稳和实行人机结合，零效应管理是可以实现的。 关键词：阳极效应 预焙铝电解槽 零效应管理 传统观念 氧化铝浓度阳极效应是金属熔盐电解生产特有的现象，生产中当阳极效应发生时，电解质停止沸腾，电解槽电压急剧升高，达到2040V，有时甚至更高，电解正常生产停止，生产过程受到严重干扰。到目前为止关于阳极效应发生的机理有很多，以故的邱竹贤院士关于阳极效应

2、发生机理是临界电流密度发生变化较好地解释了这一过程。临界电流密度是指在一定条件下电解槽上发生阳极效应的阳极电流密度，临界电流密度主要与电解质性质、温度、阳极性能和电解质成分有关，在生产中，一般情况下明显变化的主要是氧化铝浓度，当临界电流密度数值越低时，阳极效应越易发生。临界电流密度随着氧化铝浓度的降低而降低，随着氧化铝浓度的降低，临界电流密度随之降低，阳极上产生了气泡，致使电解质表面张力增加，阳极被钝化，使阳极的过电压升高，导致阳极效应发生。（1）生产中发生阳极效应的发生对整个电解系列产生很大影响。阳极效应发生时，导致电解系列电流波动，破坏平稳供电；电解质的温度急剧升高，由正常值的940955

3、急速升高到960970，炉帮熔化变薄，增加了侧部炭块被侵蚀的可能性；电压升高，导致电耗增加；电解过程停止，产量降低；阳极效应还伴随着对大气臭氧层有破坏性的CF4和C2F6气体的产生，破坏环境。阳极效应控制水平不仅对电解铝的工艺控制和经济指标有贡献，而且对电解铝行业环保水平有着重大影响，当前越来越受到铝行业界的重视。在国家发改委2007年发布的铝行业准入条件中已经明确要求效应系数必须控制在0.08以内。某铝厂230KA预焙电解槽系列是国内比较现代化的大型预焙槽生产系列，在生产中工程技术人员不断探索求知降低阳极效应系数的工作，截止目前为止230KA预焙槽阳极效应系数由原来的0.3以上降到了0.03

4、左右。现将有关情况总结供同行参考。一、树立“零效应”的工作思想，是降低阳极效应系数的前提。传统的理念认为：利用阳极效应可以分离炭渣，清洁电解质，补充电解槽热量的不足，消耗沉淀，并通过阳极效应发生来检查电解槽的生产状况。传统的观念加上目前国内阳极质量的参差不齐和电解槽计算机系统不完善等导致国内电解铝生产阳极效应系数在0.10.3之间徘徊。要发展进步必须有创新，该厂工程技术人员结合生产实际情况，打破传统思想的束缚，提出“零效应管理”的工作思路，只要电解槽槽况正常，就不必来效应。从指导思想上改变对阳极效应的依赖，为降低阳极效应工作指明目标，确定方向。二、电解槽平稳运行是降低阳极效应系数的基础。电解槽

5、有良好的热平衡和物料平衡，以及合理的电解质成分是电解平稳生产的前提，电解平稳生产则杜绝用阳极效应的发生来判断电解槽生产是否平稳的现象发生，从而实现降低效应系数的目标。1、减少变数，合理搭配技术条件，提高驾御电解槽生产的能力电解生产中众多的技术条件对生产或多或少都有不同程度的影响，对电解生产技术条件采用“多稳少动”的控制模式，从而达到生产控制简单化。既对电压、电流、氧化铝质量、抽风量、保温料厚度等技术条件相对保持不变，主要通过出铝量和氟化铝下料量的变化来对电解槽热平衡进行调整，简化了电解生产控制条件，减少了对电解生产的不稳定干扰条件，提高了控制电解槽的热平衡的能力。2、保持合适的铝水平，预防电解

6、槽向冷行程发展，减少效应的发生。较高的铝水平能稳定磁场，提高电解槽稳定性，尤其对生产时间超过1500天的较长槽龄的电解槽更加有益。但铝是热良好的导体，能迅速将阳极中心温度均匀的散发出去，铝水平能偏高会造成电解槽散热过快，使电解槽向冷行程发展，电解质发粘，溶解氧化铝能力降低，造成电解质中氧化铝的浓度太低，引起突发效应。某厂230KA电解槽大部分平均槽龄已超过1500天，我们在生产实践中将三点测铝水平摆放到2529cm，既能稳定磁场又能减少效应的发生。月份2006年9月2006年10月2006年11月2006年12月2007年1月2007年2月2007年3月2007年4月铝水平26. 127. 0

7、28.028.527.326.425.626.4效应系数0.050.80.10.110.060.050.030.04表一：铝水平与阳极效应系数统计3、改善电解质性质，促进碳渣分离，保证电解质流动性。国产阳极因为石油焦质量的不稳定而重量参差不齐，造成电解质中碳渣量较大，由于碳渣量过大造成碳渣与电解质分离不好，传统的做法一般是通过效应才能使碳渣与电解质分离良好。我们采取向电解质中添加氟化镁，使镁含量稳定在1.5%左右，利用氟化镁使电解质对炭的湿润性的改变，（2）促进电解质中的碳渣分离，减少效应的发生。4、确保氧化铝质量，保证物料平衡。从2006年7月开始大批量使用国产氧化铝，国产氧化铝颗粒多为粉状

8、，流动性差，物理性质波动较大，对对净化和供料系统产生了很大的影响，故障频发，氧化铝向电解槽的输送不畅，使阳极效应系数上升，从表二可以看出 2006年有一阶段阳极效应系数较高。针对以上情况，我们采取以下措施来保证国产氧化铝的流动性。（1）适当降低供料风压，减少国产氧化铝在管道中磨损破碎。（2）加强氧化铝料样监控力度，在料仓中适当加入部分进口氧化铝，确保氧化铝流动性措施实施后，阳极效应系数降低到0.05左右，恢复到使用进口氧化铝的状态。日期2006年5月2006年6月2006年7月2006年8月2006年9月效应系数0.050.050.10.050.03表二：使用国产氧化铝前后阳极效应系数统计5、

9、延长阳极效应间隔时间（AE间隔）阳极效应间隔时间是传统的高阳极效应生产思想的产物，其目的是在电解生产中定时发生阳极效应来判断电解槽生产是否正常，重视阳极效应对生产的有利一面，加重生产者对效应的依赖。我们在电解槽生产平稳的前提下，从思想上杜绝效应的发生，阳极效应间隔时间从原先的96小时不断延长至槽控机系统设置的最大时间1000小时，降低阳极效应的发生几率。时间2005年2006年2007年2008年AE间隔（小时）963605001000表三：AE间隔设置的变化三、人机结合，确定合理的下料间隔，保证电解质内氧化铝浓度是降低阳极效应的重要手段。人们通过槽电阻与氧化铝浓度的“U”型曲线，编制了电解槽

10、自适应下料程序，程序根据槽电阻斜率的变化，自动变动下料间隔，实现了按需下料，使氧化铝浓度控制在13%。但预焙铝电解槽的工艺控制系统是一个复杂非线性时变系统。具有模型的不确定性，氧化铝浓度以及质量、阳极质量、电流波动、电解槽槽况等因素，都在一定程度上增加了电解槽控制的复杂性和难度，自适应的闭环控制出现偏差，导致氧化铝浓度出现偏差而小于1%，从而造成阳极效应的发生。针对控制系统的复杂性和控制软件的程序化，我们采取人机结合的方式，在每个工区建立控制终端，安排专人实时监控电压曲线的变化，通过电压曲线的变化和人工排除工作现场对电压的曲线的干扰，及时修改下料（NB）间隔，确保电解质中氧化铝浓度稳定在13%

11、，提高自适应控制的闭环水平，减少效应的发生。 图一：人机结合的电压曲线图二：程序控制的电压曲线从图一可以看出操作者及时发现电压曲线的上升，并排除现场干扰，并及时缩短下料间隔，避免了效应的发生。图二是典型的程序控制的电压曲线，程序通过电压曲线的上升以判断出电解质中氧化铝浓度降低，并自动缩短了下料间隔，但因操作现场的干扰导致氧化铝没有没有进入电解质中，引起电解质内氧化铝浓度持续减小，最终效应发生。实践证明只要电解操作人员具备相应的技术素质，控制程序在适当的人工监控下，基本都能够通过将氧化铝浓度长期控制在合理的范围内，来达到控制效应的目的。效果分析以上措施的实施，阳极效应系数从0.30左右下降至0.03左右，下降幅度高达10倍，取得效果明显。结论1、改变旧的观念，消除管理人员对效应的依赖心理是降低效应系数的前提条件。2、降低效应系数是铝电解生产中节能减排工作的重要手段之一。3、电解槽平稳运行是实现低效应系数的基础。4、人机结合，确定合理的下料间隔，是实现低效应系数的重要手段。参考文献：（1）、（2）：铝电解中界面现象及界面反应 邱竹贤 东北工学院出版社1986