1、doi：10.3969/j.issn.1007-7545.2015.02.005高導電雙鋼棒鋁電解槽生產實踐李賢（青海橋頭鋁電股份有限公司，西寧 810100）摘要：高導電雙鋼棒鋁電解槽可有效降低鋁液水平電流、爐底壓降和電解槽的工作極距，同時使電解槽由原來的散熱型改為保溫型來維持電解槽的熱平衡，提高了電解槽低電壓運行的穩定性，實現了平均槽電壓3.78 V和噸鋁直流電耗12 270 kWh的技術經濟指標。關鍵詞：高導電雙鋼棒；鋁電解槽；保溫；低電壓；節能中圖分類號：TF821文獻標志碼：A文章編號：1007-7545（2015）02-0000-00Plant Practice of High C

2、onductivity Double Steel Bar Aluminum Electrolysis CellLI Xian（Qinghai Qiaotou Aluminium & Power Co., Ltd, Xining 810100, China）Abstract：High conductive double steel bars aluminum electrolysis cell can effectively reduce level of horizontal current of liquid aluminum, pressure drop of furnace bo

3、ttom and working pollar distance of electrolyzer. Heat dissipation is substituted by heat preservation to keep heat balance in cell and improve operation stability under low cell voltage. The average cell voltage is 3.78 V and power consumption is 12 270 kWh for one ton aluminum.Key words：high condu

4、ctivity double steel bar; aluminum electrolyzer; heat preservation; low voltage; energy saving鋁電解企業是屬于高能耗、高污染、低能效、依賴于資源的行業，是目前國家宏觀調控的重點，國家提出了更高要求的節能目標政策，電解鋁行業面臨著新的挑戰。雖然國內外學者開發與應用了各種節能新技術，并取得了非常顯著的節能效果1-2，其能量效率卻達不到50%。為了實現更好的經濟指標，我們開發出了高導電雙鋼棒電解槽。高導電雙鋼棒電解槽改變了鋼棒自身的材質和結構，提高鋼棒自身的導電率，降低鋁液水平電流，降低工作電壓，實現節能降

5、耗目的；將電解槽由原來的散熱型改為保溫型，以維持電解槽在低電壓下的能量平衡，提高電解槽的運行穩定。本文簡要介紹了30臺高導電雙鋼棒電解槽投入生產后取得的各項技術經濟指標，并進行了總結分析。1 高導電雙鋼棒電解槽高導電雙鋼棒電解槽是公司利用槽大修的機會改變了陰極內襯結構后的一種新型節能保溫型電解槽。目前國內有好多種異型陰極鋼棒3-11。我公司的高導電雙鋼棒是由傳統的通長型陰極鋼棒優化為分段式陰極鋼棒；陰極鋼棒尺寸由4 330 mm×65 mm×180 mm優化為2 065 mm×70 mm×198 mm，并且陰極鋼棒沿長度方向在靠近出電端的一段開一道分割縫

6、（長度795 mm，溝槽寬度6 mm），將這一段分割成上下兩部分，從而改變陰極鋼棒的導電結構。由于陰極鋼棒厚度的增加影響著陰極組裝質量和操作，故公司與貴陽鋁鎂設計研究院研究論證后加大了陰極碳塊燕尾槽的尺寸，將陰極碳塊燕尾槽寬度原設計90 mm調整到95 mm，陰極碳塊燕尾槽中心線不變，這樣便于陰極炭塊組裝。側部增加導熱系數低、抗拉強度較好的陶瓷纖維板，增加陶瓷纖維板的厚度大面20 mm、小面30 mm、底部15 mm。傳統陰極鋼棒和高導電雙鋼棒的陰極剖面示意圖見圖1。高導電雙鋼棒的具體實施情況：分隔縫用絕緣糊填充滿，開槽最近端鋼棒端頭涂納米絕緣材料，絕緣涂層長度約405 mm，鋼棒上表面采用石

7、墨粉與陰極炭塊連接，兩段鋼棒中間200 mm的間距采用碳糊連接，對鋼棒未分割的一段，其側面采用碳糊與陰極炭塊相連，對鋼棒被分割的一段，其側面上半部分用碳糊與陰極炭塊相連，下半部分用電絕緣材料與陰極炭塊相連。對兩種陰極鋼棒的鋁液電流分布進行了仿真計算12，結果見圖2圖3。收稿日期：2014-09-28基金項目：青海省重大科技專項計劃項目（2011-G-A3A）；青海省高新技術研究與發展計劃項目（2013-J-206）作者簡介：李賢（1980-），男，青海民和人，工程師.（a）傳統陰極鋼棒；（b）高導電雙鋼棒圖1 陰極結構示意圖Fig.1 Schematic diagrams of cathode

8、 structure圖2 傳統陰極鋼棒對鋁液電流分布仿真情況Fig.2 Simulation result of current distribution of liquid aluminum of traditional cathode steel bar圖3 高導電雙鋼棒陰極對鋁液電流分布仿真情況Fig.3 Simulation result of current distribution of liquid aluminum of high conductive double steel bar根據圖2和圖3可以得到二者水平電流、陰極壓降及電阻率的對比結果如下。普通陰極鋼棒：水平電流平均

9、值0.638 A/cm2、爐底壓降325 mV、800 電阻率118 µ·cm，普通陰極鋼棒：水平電流平均值0.592 A/cm2、爐底壓降280 mV、800 電阻率57 µ·cm。2 電解槽焙燒啟動及后期生產工藝技術管理2.1 焙燒高導電雙鋼棒電解槽焙燒方法與普通電解槽一樣，均采用了行業內技術最成熟、安全可靠、操作熟練的焦粒焙燒方法，為了減少電解槽通電時的熱沖擊，采用了不停電開槽及雙分流技術。高導電雙鋼棒電解槽為了增大分流量，降低熱沖擊對陰極內襯的損害程度，減少陰極和陽極電流分布不均，避免局部過熱的現象，增加了2組分流片，分流量控制在50%左右。根據

10、碳素材料的特性確定焙燒升溫設定曲線，最初升溫速度控制在20 /h，當溫度達到200 后升溫速度控制在1015 /h，焙燒期間最大升溫速度控制在30 /h，保證電解槽均勻升溫。通電焙燒時沖擊電壓控制在了4.5 V以下，陽極電流分布非常均勻。從實際焙燒升溫曲線看，升溫速度與設定升溫速度存在一定的差異，但焙燒期間陽極電流分布非常均勻，保證了焙燒溫度均勻，從根本上排除了電流分布不均和焙燒溫度不均而引起的局部過熱，避免了陰極熱應力集中造成陰極早期破損。焙燒升溫曲線見圖4。圖4 焙燒升溫曲線Fig.4 Heating curves of roasting2.2 啟動采用濕法無效應啟動，焙燒溫度達到930

11、后，向電解槽內灌入12 t電解質，邊抬陽極邊灌入電解質，同時測量并保證陽極電流分布正常，這樣有利于保證電解質在全槽貫通，陽極電流分布均勻，電解質灌完后電壓保持56 V。啟動后請注意幾點事項：1）必須加強對電解槽的巡檢力度，重點測量爐底溫度、爐幫溫度、陰極鋼棒溫度、陰極電流分布等關鍵數據，所測量數據必須及時、真實、準確。2)當啟動后爐幫溫度和端部散熱孔溫度350 時，要及時用風管吹風冷卻，并加大巡檢頻次。3)當啟動后爐底溫度150 時，要及時用風管吹風冷卻，并加大巡檢頻次。4)啟動后嚴格控制電解質水平，保持在2830 cm，在側部炭塊上沿2 cm以下，灌鋁后液體總高嚴禁超過50 cm。5)啟動后

12、電解質溫度最高不得超過1 010 ，當電解質溫度達到1 000 時，應考慮提前灌鋁。2.3 啟動后期及正常生產工藝技術管理電解槽啟動后期管理核心目的就是快速建立穩定的爐幫，形成規整的爐膛內形，使電解槽進入正常穩定生產階段。啟動后期管理是建立爐幫的關鍵時期，嚴格控制各項工藝技術參數，確保建立堅固規整的爐膛。電解槽啟動后期各項工藝技術參數控制見表1。表1 啟動后期各項技術參數Table 1 Various technology parameters of starting in the late項目設定電壓/V分子比槽溫/電解質水平/cm鋁水平/cm陽極效應系數/(次·槽-1·

13、日-1)第1周4.053.983以上980970273017190.50第2周3.953.903以上975965252819210.30第1個月3.883.853以上965955182024260.10第2個月3.823.802.52.7955945182026280.05第3個月3.753.772.352.55935945182027290.05高導電雙鋼棒電解槽在啟動初期、啟動后期均采取快速降電壓，快速建立爐膛的工藝管理理念。啟動后期實施“高槽溫、高分子比、高電解質水平、高陽極效應系數”的技術條件、保證電解質的流動性、爐底干凈，避免形成沉淀、結殼，有利于促進建立堅固、厚實、規整爐膛的形成。

14、該類電解槽屬于保溫型結構，啟動后嚴格控制電解質溫度、陽極效應系數和時間，避免陽極效應在短時間內給電解槽輸入巨大的能量，減少對內襯的熱沖擊，有利于提高槽壽命，保持良好的爐膛內形，有利于提高電解槽各項經濟指標。3 實施效果分析3.1 保溫效果對比在系列電解槽中抽取30臺普通電解槽測量了爐幫和爐底溫度，并與高導電雙鋼棒電解槽的爐幫和爐底溫度進行對比，測定結果為：普通電解槽和高導電雙鋼棒電解槽的爐幫平均溫度分別為280 和255 ；普通電解槽和高導電雙鋼棒電解槽的爐底平均溫度分別為125 和75 。可以看出，電解槽內襯結構優化后爐幫溫度降低了25 ，爐底溫度降低了50 ，電解槽保溫效果較為顯著。3.2

15、 爐膛內形對比在系列電解槽中抽取30臺普通電解槽測量了爐幫厚度，并與高導電雙鋼棒電解槽的爐幫厚度進行對比，測量位置在A面A2-A3，A4-A5，A6-A7處、出鋁端（TA端）、B面B2-B3，B4-B5，B6-B7處、煙道端（DE端）進行了測量，各類電解槽的平均爐幫厚度測定結果如下。普通槽：A面爐幫156 mm、TA端205 mm、B面爐幫160 mm、DE端211 mm；高導電雙鋼棒槽：A面爐幫154 mm、TA端187 mm、B面爐幫158 mm、DE端190 mm。結果表明，高導電雙鋼棒電解槽與普通槽相比，平均側部爐幫厚度和端部爐幫厚度稍薄，雖然電解槽增加了內保溫材料，但是在同樣的工藝技

16、術條件下，進一步降低槽電壓，爐幫形成得仍然較為理想，在電解槽啟動初期爐幫形成得較慢，啟動一個月后爐幫厚度與普通槽無明顯區別。3.3 技術經濟指標對比高導電雙鋼棒電解槽啟動3個月后進入考核期，在考核期近一年的技術經濟指標與普通電解槽進行了統計對比，各技術經濟指標平均值統計結果如下。普通槽：電流效率91.35%、平均電壓3.92 V、噸鋁直流電耗12 787 kWh、爐底壓降346 mV；高導電雙鋼棒槽：電流效率91.80%、平均電壓3.78 V、噸鋁直流電耗12 270 kWh、爐底壓降268 mV。可以看出，高導電雙鋼棒電解槽與普通電解槽相比，平均電壓降低了140 mV、平均電流效率提高了0.

17、45個百分點、噸鋁直流電耗降低了517 kWh，爐底壓降降低了78 mV，節能效果非常顯著。4 結論高導電雙鋼棒電解槽減少了槽內鋁液水平電流，降低了電解槽爐底壓降，在低電壓生產條件下大幅提高了電解槽的運行穩定性，并且電流效率提高了0.45個百分點，噸鋁直流電耗達到了12 270 kWh。參考文獻1 鄒智勇. 新式陰極鋼棒結構在SY300電解槽上的應用J. 輕金屬，2014（1)：24-27.2 王富強，張國斌，趙冰祥，等. 數值模擬技術在電解槽節能減排中的應用J. 輕金屬，2013（7)：30-32.3 楊帥，李劼，徐宇杰，等. 鋁電解槽鋼棒加高型陰極對鋁液中水平電流的優化J. 中國有色金屬學

18、報，2012，22(10)：2951-2959.4 沈陽鋁鎂設計研究院有限公司. 一種大幅降低鋁電解槽鋁液中水平電流的結構：中國，2.2P. 2011-06-15.5 中南大學. 一種可控調節鋁液中水平電流的鋁電解槽陰極結構：中國，2.9P. 2011-09-14.4 中國鋁業股份有限公司. 一種分開引出鋁電解單面電流的方法：中國，2.3P. 2011-11-02.6 湖南中大業翔科技有限公司. 一種非均勻導電的鋁電解槽陰極結構：中國，23.2P. 2011-11-23.7 中國鋁業股份有限公司. 一種減少鋁電解水平電流的方法：中國，2.4P. 2011-11-09.8 尹誠剛，李劼，徐宇杰，等. 新型陰極鋼棒對鋁電解電熱場的影響J. 中國