大型铝电解预焙槽生产实践.docx
- 文档编号:23696999
- 上传时间:2023-05-20
- 格式:DOCX
- 页数:8
- 大小:166.49KB
大型铝电解预焙槽生产实践.docx
《大型铝电解预焙槽生产实践.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《大型铝电解预焙槽生产实践.docx(8页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
大型铝电解预焙槽生产实践
大型铝电解预焙槽生产实践
摘要:
目前,国内各大铝厂都在挖潜增效。
通过科学设定电解槽控制策略,优化工艺技术条件,对发挥电解槽,提高企业的经济效益将起到事于功倍的效果。
关键词:
过热度炉底炉膛过程参数控制平衡
铝电解槽生产是一个复杂的物理过程,由于其内身的过程是多变量藕合,非线性时变系统以及受各种外界干扰,电解槽内的物料平衡和能量平衡,将不断发生变化,而且两者互相影响和互相制约,并造成槽况不断变化和不稳定。
加之反映电解槽过程特征的主要参数,如氧化铝浓度、电解质温度、分子比等难以在线测量,如果根据和生产管理不当,就会出现冷槽、热槽、红炉帮针振电压摆等情况,如何根据电解槽的各项参数对槽况进行准确判断,并及时给出相应的处理措施,实现技术条件优化,从而稳定生产、提高效率是多年来人们一直想解决的问题。
一、大型铝电解预焙槽应以控制过热度为核心,围绕规整炉膛,保炉底干净而来开展各项工作。
1.电解质过热度
电解质过热度即电解质温度与初晶温度的差值。
当电解质成份确定后,其初晶温度也就确定,此时影响电解温度的就是过热度,因此Tabereaux认为温度不一定对电解效率有决定性的影响,而是过过热度比电解温度要重要,在有此文献中报道,过热度每增加10℃,电流效率降低2-3%。
见图:
国际著名的铝冶炼专家(Haupin)对大量的电流效率数据统计分析表明,电解槽的电流效率更多依赖于过热度,而不是电解质温度,其原因尚未搞清楚。
最初人们把较低的过热度对电流效率的提高所取得效应归结于:
适当的过热度会使电解槽形成较好的炉帮结壳。
而最近Solheim研究指出,较低的过热度还可以在铝液表面沉积一层冰晶石膜,因而可以阻止铝的反向溶解损失,从而提高电流效率,Haupin也同意这种观点。
山东铝厂过热度基本控制在5℃以内,取得了良好的技术经济指标。
2.电解槽炉帮
规整的炉膛内型是电解槽安全平稳生产,获得良好的技术指标的关键。
炉膛的规整性不仅提高了电流效率,还影响到电解槽的使用寿命,为分析各参数对炉帮的影响,我们将过热度和炉帮之间的关系做如下分析,见图:
在稳定状态下,通过电解质与炉帮间边界层的传热量与槽壳对大气的散热量应相等。
这里我们设边界层厚度为&,电解质本体温度为Tb,电解质初晶温度为Ts,导热系数为n,通过边界层的散热量为Q,由于边界层内不存在对流,理论上可以看成近视固态传热,因而通过边界层的传热可用一下公式表示:
Q=A×(Tb-Ts)×n/&其中A为边界层面积
从式中可见,电解质过热度越大(Tb-Ts),电解槽侧部散热量越大。
过热度从5℃变到10℃,侧部散热将增加一倍。
这说明保持电解质过热度的稳定性,对电解槽炉膛内型的稳定,电解槽技术经济指标的提高十分重要。
边界层厚度&受电解槽内熔体流速的影响,流速越大,边界层厚度就越小;过热度越大,侧部散热越大,而这又是牺牲熔化边界层厚度为代价,这样才能使侧部散热增大,为了形成良好的炉帮,这两点十分关键,即较低的电解质过热和较低熔体流速是获得良好炉帮的先决条件。
在生产熔验中通过调整电解质过热度,调整阳极电流分布来稳定电解质流速,红炉帮逐步减小,电解质上涨得到有效遏制,这表明采取的措施是对路的。
3.电解槽的炉底
现代电解槽的病变很大一部分是由于炉底差造成的,有经验的管理者通过换极过程中对炉底的触摸,测炉底压降等工作来判断电解槽的发展趋势,并及时采取措施,防止炉底恶化或变差。
炉底结壳或沉淀严重,不但使水平电流增多,引起熔体流速增大,炉帮形成不了,还使部分阳极压在结壳沉淀上,严重影响电流效率。
平果铝厂320KA电解槽“三保两降一同级”控制策略也是将保炉底干净列在首位,槽型越大的电解槽其惯性越大,越要重视和控制好炉底,这是大型铝电解预焙槽平稳运行的基础。
表一列出某厂一月份部分炉底与几项指标的对比:
槽号
炉底
月平均电压v
平均日产量
铝水平cm
炉帮
1#
干净
4.090
1650
21
好
2#
较差
4.139
1580
19
偶然发红
3#
结壳厚
4.192
1200
21
经常发红
4#
少量沉淀
4.110
1630
20
好
5#
少量沉淀
4.093
1630
20
好
注:
1、3#由于结壳厚,烟道端和出铝端铝水平相差11cm,当月大闹三次,并导致侧部漏炉,给生产造成很大影响。
2、1#和4#5#炉底较好,炉膛规定,当月效率在94.5%以上。
3、2#炉底较差,换极后经常针摆、效率偏低。
对比表中数据可知,在生产实践中,炉底状况越差的电解槽,槽况越不稳定,工作电压偏高,针摆多,炉膛易红,效率低。
二、大型铝电解预焙槽须注意的几个重要工艺参数。
能量和物料平衡是电解槽稳定运行的重要因素,他们将直接影响着电解质温度和氧化铝的溶解。
低温电解可获得高的电流效率,但会降低氧化铝溶解度,过量的氧化铝沉积到炉底形成沉淀。
大量的沉淀会导致铝液内较大的水平电流,并进一步导致铝液的不稳定,铝液的不稳定反过来又会降低电流效率,同时,由于多种扰动因素的存在(如加料、换极、出铝、效应等)、要实现上述目标、在控制过程中,必须充分考虑几个重要的参数,才能实现对电解槽状况的准确估计,进而实现电解槽的稳定控制。
1、氧化铝浓度
关于氧化铝浓度控制的原理,国内外许多学者都进行了深入的研究,并已取得了令人满意的成果。
氧化铝浓度与槽电阻之间的对应关系如图3所示,研究表明,在1.5-3.5%的范围内,氧化铝浓度每降低1%,电流效率可提高2%,并且槽电阻随浓度的变化较为灵敏。
现代大型铝电解槽对氧化铝浓度的控制都实现了计算机控制,即根据槽电阻和氧化铝浓度的对应关系,采用“激动-反馈”机制,按需供料,将氧化铝浓度控制在低浓度,控制氧化铝浓度在槽控系统控制合理的基础上,工艺上要注意槽温和分子比,图4、图5是我厂5753#电解槽在不同分子比和槽温下的曲线走势,由次图可见,分子比和槽温的走高,曲线运行开始进入状态。
2.分子比
谁都明白电解质中ALF3过剩量在12-13%的条件下可以取得95-96%的电流效率。
但是分子比过低的电解质,其导电率急剧降低,炉底恶化,槽型越大、造成的影响越大。
实践表明,由于我国有近140座铝厂,氧化铝的供应渠道十分复杂,多渠道来源的氧化铝其物理性能不同,溶解性必然有较大的变化,在电解铝的高速发展中,工人素质受到限制的情况下,大型铝电解槽分子比不宜低,应该保持在2.45以上,可以避免生成沉淀,也可以提高一些极距,还可以更有效的控制氧化铝浓度,如表2从而稳定生产。
表2不同时期分子比和氧化铝浓度的变化
注:
A/B:
A表示分子比B表示氧化铝浓度
3.电解质温度
在电解槽的两个平衡中,能量平衡较之物料平衡更重要,失去能量平衡的电解槽,物料平衡无从谈起,由于能量平衡最直接体现就是电解质温度,加拿大FA.utigad认为电解槽的最佳温度,在955-970℃之间,含锂盐的电解质熔体温度会低一些,只要过热控制合适,高槽温不但可以保证炉底干,而且可以增加电解质导电率,国内外有许多铝厂高电流效率是在“令人吃惊”的电解质温度下取得的。
结合我厂电解质成分,槽温应该保持在945~955℃之间。
4.铝水平
大型铝电解预焙槽应该在炉底干净的情况下保持20-22的铝水很必要,表1中5691#铝水平当月一直维持21cm,月平均单槽出铝量1610Kg、效率96.2%,高铝水有如下优点;
1.保护炉底炭块,避免Na+直接在炭块上放电析出而破炭块。
2.便AL3+不在阴极炭块上放电析出。
以防止生成大量炭化铝,增大炉底压降。
3.阳极中央部分多余的热量可通过这层热的良导体到阳极四周外,从而使槽内各部分的温度趋于均匀。
4.适当厚度的铝液层可以使炉底温度及温度梯度趋于均匀,从而保证炉底不同呼冷呼热早期破损。
5.适当厚度的铝液层能够起到削弱磁场的作用。
6.铝液层可填平炉底上的高低不平处,这有利于均匀炉底电流分布。
7.保持较高的铝液水平,可削弱磁场中的水平电流,不至于使铝液滚动和强烈流动。
8.大型预焙槽大面导致阳极易压在伸腿上,高铝水可避免压槽现象的发生。
5.炉底压降
大型铝电解炉底压降应该引起过多关注和控制,炉底压降和下列因素有关系
1炉底结壳的大小
2氧化铝沉淀多少及分布状态
3炉底上炭化铝生成的情况
4铝液水平的高低
5碳素阳极吸收氟化钠的多少
6Na+放电析出并侵入碳素品格的多少
炉底压降的变化趋势是判断能量和物料是否平衡的有效方法,炉底压降大、炉底差、沉淀或结壳、铝液温度升高,水平电流多,铝溶时损失增大,在保持相同槽电压下,使极距有一定的收缩,降低了电流效率。
三、结束语
铝电解生产的目标是追求高效率和低消耗,这个目标的实现是靠电解槽良好平稳的运行状态来取得,即保持合适的过热度、保炉底干净、炉膛规整、讲究高分子比、高槽温、高铝水和低氧化铝浓度和低炉底压降。
生产管理者要对这些参数的变化及时进行调整,使能量物料尽最大可能维持动态平衡,以保证电解生产永远处于平稳高效的运行状态之中。
根据氧化铝的U型曲线,计算机控制程序,根据槽电阻和氧化铝浓度对应关系,见图3,采用激励一反馈机制,将氧化铝浓度控制在低浓度区.笔者认为,决定氧化铝浓度工艺上关键在于分子比,中国各大铝厂在电解质成分的控制上各有特点,但在氧化铝浓度控制上,差别很大,如下表如示(按初晶温度计算公式算出)
分子比
2.4
氧化铝浓度
初晶温度
CaF2
7%
2.50%
946℃
MgF2
1.20%
3.50%
940℃
LiF
0.50%
4.50%
935℃
5.50%
930℃
这个表上的电解质成分不变,氧化铝浓度每升高1%,电解质初晶温度则下降5℃,这也证明个别铝厂为什么分子比提高起来槽温反而很低的原因。
同时氧化铝浓度过饱和,过热度也成倍递增,侧部散热增大,炉帮很难形成,故解决氧化铝浓度问题势在必行。
下表是某厂提高分子比,修改调整控制参数过程中氧化铝浓度的变化趋势,可见随着分子比的提高,氧化铝浓度控制明显好转。
2.5低炉底压降
炉底压降和如下因素有关
1.炉底结壳的大小
2.氧化铝沉淀多少及分布状态
3.炉底上炭化铝的生成情况
4.铝液水平的高低
5.炭素阴极吸收氧化钠量的多少
6.Na+放电析出并侵入炭素品格的多少
炉底压降大,炉底过热,铝液温度升高,水平中流量,铝损失增大,在保持相同槽电压下,炉底压降大的电解槽极距一定要收高,因此降低了效率。
参考资料
1.大型预焙槽工艺技术条件动态管理张家增
第四界铝电解专家委员会2003年著学术交流论文集
2.宋恒文,干益人影响中间下料预焙槽炉帮生成因素分析
3.青铝人,现在大型预焙槽生产技术东北大学出版社1994.12
4.邱仕麟通过操作提高铝电解技术经济指标,第四届2003年铝电解论文集
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 大型 电解 预焙槽 生产 实践