电解槽生产指标的好坏,完全取决于炉膛的规整与否。炉帮空、炉底不平的电解槽相对而言,电压的稳定性要差,槽内铝液的镜面波动较大,加剧了铝的二次反应,降低了电流效率,要维持正常运行,需保持较高的电压,加大了生产成本。较好的炉帮,能起到电解槽的保温,降低电解槽的热损,减少能量的输入,从而降低电压,能减少侧部水平电流的走向,降低电流空耗,电解槽的生产应紧紧围绕炉帮的变化进行参数调整,确保指标的稳定和电解槽的平稳运行。
电解质的初晶温度特性表明:当炉帮处的温度低于初晶温度时,电解质中的冰晶石就会在此处结晶形成侧部结壳,形成炉帮,当炉帮处的温度高于初晶温度时,电解质中的冰晶石很难在侧部形成结壳,并且在磁场的作用下,持续地对侧部炭块进行冲涮致使电解槽壳散热钢窗温度逐步升高,危及安全生产。
在同一系列电流、电压不变的情况下,电解质分子比低的时候,它的初晶温度低,过热度变大,形成的炉帮薄,以利于散热,维持电解槽的热平衡;而当分子比高的时候,它的初晶温度高,过热度变小,在电压产生热量不变的情况下,薄炉帮的散热明显过大,打破了电解槽原有的热平衡,电解质中的高分子物质持续不断的向炉帮处偏析,从而形成较厚的炉帮,减少散热量,重新建立了一个新的热平衡。这种分子比、初晶温度、过热度、炉帮薄厚、炉帮散热、形成了电解槽一个微妙的热平衡关系。从这点可以得出一个结论:电解槽炉帮形成的厚薄与分子比的高低有一定关系。在同系列电流内,相同的电压,分子比低的时候,形成的炉帮薄,分子比高的时候,形成的炉帮厚。但是过低的分子比形成的炉帮薄,容易形成侧部导电,溶解氧化铝的能力降低,在定容下料状况下,一部分料溶入电解质,一部分料沉入炉底成为稀沉淀,变硬后形成结壳,增加炉底压降,形成更多的侧部电流,影响电效。过高的分子比形成的炉帮厚,既绝热,又绝缘,垂直电流集中,升高炉底温度,熔化结壳,降低炉底压降,提高电效。
通常情况下,一个系列内电解槽都是串联的,每台电解槽的电流相等的,控制电解槽热收入的主要参数就是电压。根据公式W=IVT可知,槽电压越高,热收入越多;槽电压偏低,热收入就偏低。在电流、分子比基本稳定的情况下,要想形成理想的炉帮,必须逐步降低槽电压,减少电解槽的热收入,促使电解质的高分子物质在侧部结晶析出。因为电解槽的温度越高,电解质的过热度越大,而炉帮的形成是在温度接近电解质的初晶温度时,才会在侧壁析出形成结晶,逐步形成炉帮。如果炉帮过厚时,容易熔化伸腿,化瘫铝水平,而使电流效率降低,遇到这种情况时,应适当的抬高电压,增加热收入,融化过厚的炉帮,增加侧部散热,降低炉底温度,促使伸发育形成。
在系列生产的电解槽中,除了电流所有的电解槽是一样的外,其余的参数,如槽电压、分子比、铝水平、电解质水平、效应系数、炉底压降、保温料等,因人为操作的原因和机械挥发,以及微机控制的设计误差等因素,使各槽互不相同,就需要生产操作管理人员对每台电解槽的参数进行细致对比分析。降低槽电压可以减少电解槽热收入,但降低槽电压是以压缩极距为代价的。极距是阳极底掌到铝液镜面的距离,它既是电解槽的热源产生的中心,又是电解生产电化学反应的区域。从表面上看电解槽的热收入是减少了,但是降低极距后,电解槽的铝液层二次反应会增加,生成的氧化铝在高温下进行燃烧,释放出大量的能量,形成热槽。但这和新启动的电解槽相比不一样,新启槽电压偏高,极距偏高,虽然它的槽温高,但铝液二次反应少。那么我们既想降低电压,又不想影响极距,最有效的办法就是改变电解质的成份,提高电解质的导电率。在出铝的时候,我们观察大母线的下降3㎜,电压下降0.1V,由此可以得出,极距降低1㎜,电压降低0.03V;如保持相同电压做试验,分子比为2.2时,测量其极距为41㎜,调整分子比为2.4时,再测量其极距为45㎜,由此可以得出,极距提高1㎜,分子比提高0.05;根据我们的试验结果和日常测量数据,就可以对参数做出正确的调整,保证电解槽的平稳运行。
电解槽的保温和散热是一个对立而矛盾的关系,它既需要侧部散热,又需要极上保温,还需要在侧部形成既保温又绝缘的炉帮。有资料报道,极上保温料每增减1㎝,相当于影响60mV电压产生的热量。在电压不变的情况下,增加极上保温料,相当于增加了电解槽的极距,降低了铝的二次反应。同样调整铝水平也可改变电解槽的热收入,调整1㎝铝水平影响70mV电压产生的热量,并且铝水平越高,槽内铝液镜面的波动越小,流动越平稳,析出的铝液参与二次反应的机会减少,在降低槽温及电解质的过热度方面都有很大的好处,这些都是形成炉帮的先决条件。通过降低槽电压,调整电解质的成份,减少热收入,提高初晶温度,降低过热度,促使炉帮形成。相应提高电解质的电导率及极距,减少铝的二次反应,随着炉帮的增厚,电解槽的炉膛进一步得到了规整,节能降耗成绩显著。
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