浅析210KA电解槽电流效率的影响因素
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摘要：电流效率的提高与控制水平、工艺制度、操作技术等紧密相关，更重要的是各技术条件及操作水平要相互配合，相互适应。本文对影响210ka大型预焙电解槽电流效率的因素进行研究，在此基础上探讨了提高电流效率的途径。
关键词：210K电解槽电流效率；变量参数：影响因素；
1引言
电流效率是铝电解生产过程中非常重要的一项技术指标，它在一定程度上反映着铝电解生产的技术和管理水平。本文选用210 kA大型预焙阳极电解槽，经过多年实践研究，重点对影响电流效率的主要因素进行了全面总结，优化了工艺参数，并显著提高了铝电解生产的稳定性。
2生产实践中各参数对电流效率的影响
2.1炉膛对电流效率的影响作用
为了更准确的测试炉膛对电流效率的影响，选择电解技术条件相同仅炉膛有差异的电解槽进行测试，具体条件列表1。
结果分析：
（1）从上表中可以看出四种炉膛的电流效率偏差2.1-4.3%。a炉膛规整，电流垂直通过炉底，没有任何水平电流产生，既减少电流的空耗又不会产生水平磁力，从而使铝液保持平稳状态，减少了铝液因溶解而二次氧化的机会，因而电流效率较高。b炉膛因侧部不完整有水平电流的产生，增加了电流的空耗，同时伸腿较小，阴极铝液面积较大，增加了铝离子向电解质扩散的机会，也因此增加二次氧化的机会，因而电流效率下降。c炉膛伸腿较大已深入阳极投影下面，使铝液能够产生水平电流，增加铝液的波动，使电流效率降低。但c炉膛缩小了阴极铝液表面，减少了铝液的蒸发和溶解损失有利于电流效率的提高，但总体上电流效率还是下降了。d炉膛在具有c炉膛的特征同时又增加了底部沉淀，这样又在沉淀处出现了水平电流，再次加剧了铝液的波动，从而再次加快了铝液的溶解而增大二次氧化机会，因而电流效率最低。（2）不规整炉膛增加了水平电流矢量，产生水平磁力，加剧铝液的波动，增大了铝向电解质溶解的速度，亩增加铝液的二次反应机会，造成电流效率下降。同时说明规整炉膛能构成电解槽优良的电流场和电磁场，使铝液保持平稳，电流效率提高，210KA预焙槽在其它技术条件相同的情况下，炉膛不规整比规整炉膛的电流效率可降低2.1-4.3%。
2.2温度对电流效率的影响及控制策略
电解温度是铝电解生产中一个十分重要的技术条件，一般认为，电解温度高则电流效率下降，反之则上升，因此，低温生产是铝电解行业共同追求的目标。随着温度的降低，电解质中熔铝量降低，相当于减小了铝电解熔解度，电流效率得以提高；电解质中熔铝量降低，电解反应生成的气体量减少，对电解质的搅拌强度减弱，相当于增加了扩散层厚度提高了电流效率；扩散系数减小，可以提高电流效率。
相同电流效率的槽炉膛、两水平、极距等技术条件相同，惟独槽温和分子比不同，不同的槽温取得相同的电流效率的差异是分子比不同。因分子比相对于槽温的表现主要是初晶温度，槽温=初晶温度+过热度，一般分子比高初晶温度就高，分子比低初晶温度就低。由于极距相同，表明电解槽的热收入相同。从以上几点可以得出：
（1）温度对电流效率的影响主要是对电解槽过热度的影响，低槽温生产在保持适当的过热度条件下，通过降低初晶温度，即分子比，能达到高电流效率。
（2）电解槽在其它条件相同的情况下，虽槽温不同，但具有相同的过热度时，能达到相同的电流效率。
2.3分子比对电流效率的影响
电解质分子比对铝电解生产影响很大，是影响电流效率的重要因素之一。分子比对电流效率的影响，大多数的研究结果都倾向于分子比升高，电流效率降低，主要是分子比太高，增大钠析出的机会，这会使电流效率下降。
在低分子比的铝电解生产中，分子比对电流效率的影响主要体现它能否及时补充保持电解质成分，通过对电解质初晶温度的影响和物料平衡体系的影响，间接影响到电流效率。实践证明，随着分子比的降低电流效率有升高趋势，但当分子比低于2.4时，电流效率反而下降。这主要是由于分子比太低对操作和技术条件体系提出了更高要求，而现有计算机控制水平和操作水平不能与此相适应，分子比偏低的负面作用便表现的比较明显，电流效率因此而下降。
2.4电流密度对电流效率的影响
铝电解槽电流密度有阳极电流密度和阴极电流密度之分，其对电流效率的影响机理并不相同。在工业生产中，阳极电流密度是在设计电解槽时就确立下来，投入生产后一般没法改变，只有阴极的电流密度因炉膛的变化可以改变，所以在实际生产中一般通过改变阴极的电流密度来提高电流效率。对于阴极电流密度来说，从工业生产实践证明，总的趋势是电流效率随着阴极电流密度的增大而提高。这是因为在其它条件不变的情况下，阴极电流密度增大，表示铝液镜面面积的相对缩小，铝的溶解总量减少，电流效率提高。
所综上所述，在阳极电流密度一定的情况下，缩小阴极面积，建立规整稳定的槽膛内型，提高阴极电流密度，可以提高电流效率。
2.5铝水平和电解质水平对电流效率的影响
铝水平对电流效率的影响：铝水平的提高，有利于电流效率的提高。但是，铝水平过高会使槽侧部通过铝液层的散热量增大，容易造成槽底生产沉淀，严重时产生炉底结壳，不利于提高电流效率。因此，各种槽型根据其热平衡应有一个最佳铝水平高度，只有这样才能保持电解槽运行稳定，获得最高的电流效率。经工业实践210KA电解槽内的铝水平一般保持在20-22 cm之间，能够获得最为理想的电流效率。电解质水平素有电解槽“血液”之称。电解质水平高，则可以保证氧化铝在沉降过程中的较好溶解，防止炉底造成沉淀，同时热稳定性好，可使电解槽在较低温度下稳定运行，提高电流效率。但是，电解质水平过高，一方面不利于阳极气体的排出，容易化上口，造成氧化铝升高，影响电流效率；另一方面不利于节能降耗。目前，210KA大型预焙槽的电解质水平在18-20 cm之间为宜。
2.6氧化铝浓度对电流效率的影响
氧化铝浓度对电流效率呈“U”形曲线的影响已被业界人士认同。增加A1203含量，电解质温度会降低，电流效率会提高；减小A1203含量，会使槽电阻减小，使极距提高，电流效率亦提高，实际生产中后一种在中心自动下料的智能模糊控制下，通过欠量与过量下料交叉进行，电解质内的AL203浓度和槽电阻均趋于稳定，在生产实践中我们特别重视氧化铝浓度的控制，我们倾向于减小氧化铝浓度提高电流效率的见解，低氧化铝浓度有利于炉底的控制，电解质流动性好，氧化铝能迅速溶解，分离碳渣较好，电解质清亮干净，氧化铝浓度均匀，电阻稳定，异常电压小，槽电压不高利于控制的优点，对实际生产很有利，通常可以通过历史曲线、日报表上的“过量下料”与“欠量下料”、效应等待时间长短和化验分析结果来掌握氧化铝浓度。某铝厂210KA的氧化铝浓度控制在1.5%-2.5%之间。
3铝电解过程中操作管理对电流效率的影响
电解槽的各项技术条件选定后，运行中必须一次建立起稳定的热平衡和物料平衡，使技术条件保持平稳，这是确保电解槽运行的基本条件。具有良好技术条件的槽子，往往自平衡能力强，抗病能力强。这样的电解槽能忍耐短时间一定程度的干扰因素。技术条件搭配不合理的槽子，自平衡能力弱，槽子变得非常敏感，小的干扰也会使槽子发病。铝电解生产中，如果各项技术l件保持不稳，电解槽运行在波动之中，自然会降低电流效率，这就要求人们必须加强管理，及时排除各项干扰因素，使电解槽始终在最佳技术条件下运行，才能获得较高的电流效率。
电解槽的各项作业质量，不仅影响槽子的运行状况，而且直接涉及到电流效率。比如换阳极，若更换质量不好，新极设置偏低，会造成局部过热，增大铝的溶解损失，同时引起电压摆，造成电流空耗，严重降低电流效率；若阳极设置偏高，新极长时间不导电，一方面增大其它阳极的电流负荷，减少阳极的有效工作面，降低电流效率，另一方面引起局部过冷，影响热平衡，破坏炉膛，可能导致病槽，降低电流效率。出铝量不准确，会直接破坏电解槽的技术条件，引起运行不稳，降低电流效率。其他各项作业质量不好，都会使电解槽产生波动，降低电流效率。因此，各项操作必须严格按基准执行，确保操作质量，保证电解槽平稳运行，方可获得较高的电流效率。
4结语
从实践结果可知，提高铝电解电流效率最有效方法是合理配置和控制技术参数，选择最佳电解质组成、电解温度和氧化铝浓度、保持合理的铝液水平和电解质水平。同时，平稳生产是电解槽取得较好电流效率的基本条件，即建立较好的热平衡和物料平衡，从而提高电流效率、降低能耗。在已经设计好的电解槽上，除了合理的配置和优化技术条件以外，加强操作管理，建立良好的制度，提高员工综合技术水平，对提高电流效率有显著效果的。