电解铝电流效率影响因素及电流强化应对思考

电解铝电流效率影响因素及电流强化应对思考

 石浩,侯峰 

 内蒙古包头铝业华云新材料电解二厂  内蒙古包头市  邮编：014000

摘要：目前，大容量电解槽在中国铝工业发展中逐步形成主导地位。电流强度的增大，会显著增加电解铝的产量，保障生产任务目标的完成;但与此同时也带来一些不利影响。如何权衡利弊，需要各企业结合自身实际情况，在依法合规和确保安全的前提下，有选择地取舍，以期达到预计生产经营目标，发挥和提升企业自身价值。

关键词：

在进行电解的过程中实际形成的铝的产量与同样环境下铝的理论产量之间形成的比值被称为电流效率，在特定的生产环境下，电流的效率在一定程度上将直接决定了铝的实际产量。电解铝在生产的过程中，电流效率属于其中一项非常重要的参考指标，并且在一定程度上直接体现出了电解铝生产的效率以及水平。主要是因为在进行电解的过程中，金属铝需要在阴极条件下才能形成，同时其金属铝的完整性可能还会受到很多外界因素的影响，这就导致电流效率很难实现较高的比值，通常情况下，实际的生产总量一直要低于理论产量。

1影响电流效率的主要因素

1.1电解温度对电流效率产生的影响

    电解铝在生产的过程中，除了直流电在经过回路的过程中会对电能造成一定的影响之外，还存在一部分补充电解在成产的过程中因为散热而造成一定的损失。剩余的部分可以使熔体中的离子产生一定的还原反应。在实际的电解铝成产过程中，在相同的电解环境中，除了氧化还原反应之外，在同一时间进行一些其他化学反应。正是因为发生的这些反应，导致电流效率一直得不到有效的提升，并且在温度比较高的环境下，这些反应会变得更加的剧烈，这就说明高温不利于电流效率的有效提升。另外，当温度比较高时，已经电解完成的原铝可能又会重新进入到电解质状态然后在形成第二次氧化反应，当电解出来的原铝开始在相反的方向发生反应时，就会导致电力效率开始降低。

1.2分子比对电流效率的影响

    分子比与电解质的温度之间有着一定的联系，当电解槽的温度呈现稳定状态的时候，初晶的温度就会呈现下降的趋势，这就代表反应的过热度开始上升，这样就可以为氧化还原反应的顺利进行提供良好的保障。当分子比开始降低的时候，与电解质的密度之间会呈现正比例关系，这就会使得电解质与铝液之间的差距开始不断的加大，可以为铝液的分离提供出有利的条件。

    当电解质的分数超出3时，不但会加强铝自氟化钠中取代钠的反应，同时还会因为氟化钠过多而加剧了钠离子放电的可能性，另外，当电解质的初晶温度达到了一定的数值之后，电流效率就会出现降低的现象。

1.3铝水平对电流效率的影响

    铝水平与分子比之间实现有效的结合，在一定程度上可以为电解槽热的平衡性提供一定的保障。在这个时候较高的铝水平就可以对磁场实现一定的稳定作用，对电解槽内部的不平整问题进行有效的解决，通过这种方式可以使电流以一种稳定的状态通过电解槽，有效减少对阴极的侵蚀性。因为铝的特性属于一种特性的导体，只有对铝的水平进行合理的控制，才能为电解槽底部热量的平衡性提供一定的保障，同时也有利于底部热量的有效发挥，从而使电力效率可以实现进一步的提升。

    因为铝具有非常好的导热性能，所以在具有良好铝液水平的基础上，可以将阳极底部的热量有效的发挥出来，这对于降低电解槽的温度可以起到一定的促进作用，同时也能对周围起到一定的固定作用，从而使电力密度可以实现有效的提升，通过这两个方面的实现都可以有效提高电流效率。但是如果要一直保持比较高的铝液水平，不但在操作方面存在一定的难度，同时也对因为热量散发的较快会导致槽底结壳的厚度相应增加，这时炉底电压的温度就会升高，因此，一定要对铝液水平进行有效的控制。电解质的水平在一定程度上将直接体现出了电解质量以及电解质水平的高低，当电解质增加的时候，热稳定性也会保持良好的状态。

1.4极距对电流效率的影响

    极距指的是阳极底掌与铝液镜面之间存在的距离，在极距比较下的状态下，溶解铝散布到氧化区的距离也会相应的减少，一般情况下阳极气体会直接将铝液表面上的铝进行氧化。在极距比较大状态下。熔体的对流搅拌作用就会呈现出下降的趋势，同时散布过程中的厚度会开始增加，在一定程度上减少铝的受损程度。但是，当极距超出了一定的范围之后，压降会呈现出非常明显的上升现象，这时候就会产生比较大的电能消耗，所以通过提高极距来提高电流效率的方式会受到一定条件的限制。

假如在其他条件不变的情况下，槽电压的大小在一定程度上将直接体现出了极距的高低，当温度处于平稳状态时，电流会随着极距的增加而升高，当极距达到了一定范围之后，极距在增加时，电流效率基本上也是一直处于一种平稳的状态，正是因为极距的增加，导致电解质的电压降也随之增加，这样会对电流效率造成非常严重的影响。

2消除电流强化不利影响的措施建议

    从设计上做好基因优化。针对新建项目，在设计阶段就要提前考虑强化电流强度条件下的可能影响因素，从供电条件、原辅材料、工艺技术条件(能量平衡、热平衡、磁场平衡、物料平衡)、设备性能等各个方面周密考虑，努力消除电流强化后可能带来的各种缺陷。

    验证工艺技术条件变化。针对已建成的电解系列，电流强化前，要预先确保电量供给，验证整流机组的负荷，确保系列供电安全;通过征求设计单位对强化电流的意见，验证磁场幅度变化情况，避免磁场变化引起工艺技术条件恶化。

    提高阳极炭块质量标准。电流强度强化的同时，阳极炭块的强度、表观密度等指标必须提高，以适应更强的电流密度条件，具体标准要根据电流强度的大小和生产实际情况来确定，但肯定要高于国家或行业标准。

    合理匹配极距和槽电压。极距与槽电压成正比关系，为避免形成大量沉淀，同时降低铝(液)二次反应的几率，和电流强化前相比，极距应适当提升，以保证较高的电流效率，但为避免出现槽温升高熔化炉膛，应适当提高铝水平来抑制磁场对铝液的影响、增加部分散热量或适当调整保温料厚度。

    降低各环节的电阻率。铝母线在其它指标不降低的前提下，电阻要更低，接地保护也要合理匹配调整;生产操作水平要提高，尤其是提升换极质量，保持合理极距，降低阳极导杆与水平母线的接触电阻;电解质的成分管理要更加严格，分子比、粘度等指标控制更加严格和标准化。

    合理调整NB加料间隔。强化电流后，单槽日产原铝量有所增加，所以氧化铝消耗量也应该提高。生产中可以利用氧化铝电流效率和出铝电流效率的差值判断槽况的方法，来确定物料是否匹配，理想状态下，加人电解槽内的氧化铝全部溶解，既不在槽内积存，也不因投料不足而发生效应或熔化槽帮，这时氧化铝电流效率应等于出铝电流效率，可据此根据槽运行状态适时调整NB加料间隔。    合理调整阳极更换周期。由于强化电流，阳极电流密度

得到增强，造成阳极炭块掉渣、掉块率高，当阳极质量无法满足时，需要适当缩短阳极更换周期，并勤捞碳渣，避免电解质含碳升温。

    积极引进智能设备。通过部署智能装备，提高生产过程机械化、自动化水平，基于大数据分析、人工智能等技术，构建智能业务模型，推进公司业务和作业流程持续优化，严格开展生产管控标准化技术管理，确保电解槽强化电流后，过程质量严格受控，强化后期平稳运行，实现长周期生产，达到“长寿命、低成本、高质量”电解生产管理目标。

加强对“三钢”等温度变化情况的跟踪力度。强化电流后，因电流密度增加，造成阴极炭块破损的机率风险升高，所以在强化电流后，要加强跟踪“三钢”等温度的监测，及时发现处理异常情况，并在破损、隐患槽的穿槽母线上安装耐火砖、耐火沙、石棉板等材料进行防护，槽底摆放小袋装破碎料，用于阻挡漏炉液体流向大、小面，槽周提前准备好应急物料和工器具。

参考文献：

[1]赵成.电解铝生产工艺的优化研究[J].现代盐化工,2022,49(06):46-48.

[2]朱博,万文.关于槽电压与电流效率的思考[J].中国金属通报,2022(02):165-167.

[3]冯冰.电解铝生产工艺的优化分析[J].世界有色金属,2021(15):124-125.