1、张 杰，等：膏体充填技术在某矿空区治理当中的应用 某 公 司 300 kA 铝 电 解 槽 是 在“三 度 寻 优”仿 真 平 台 上 优 化 设 计 出 来 的，特 别 是 在 母 线 设 计 方 案 上 采 取 大面 五 点进电、阴 极 母 线 补 偿 和 母 线 系 统 电 阻 优 化 等 措施，以 此 尽 可能 消 除 垂 直 磁场 梯 度对电 解 槽 稳 定 性 的 影响 1。但 是，在 生 产 实 践 中，部分 铝 电 解 槽 经 常 产 生不 同 程 度 的 掉 电 压 现 象。为 了 确 保 300 kA 铝 电 解 槽 安 全、平 稳、高 效 地 生 产 运 行，有 效 分析
2、 和 快 速 处理 掉 电 压，以 及 从 根 本上 治理 掉 电 压 就 显 得 尤 为 特 别 重 要 2。因 此，本 文 从 生 产 实 际 出 发 认 真 细 致 地 分析 了 掉 电 压 的特征及 其 产 生 的 原 因，并提 出 一 些 处理 掉 电 压 的 具 体 措施，尽 量 减少 掉 电 压，对电 解 槽 安 全、平稳、高效 生产具有深 远影响。1 铝电解槽掉电压的特征 所 谓 铝 电 解 槽 掉 电 压 是 由 于 某 种 原 因 引 起 槽 内 铝 液 受 阻 翻滚 到 电 解 质 液 面上 与 阳 极 底 掌直 接 接触 的 局 部 短 路，造成 电 压 瞬 间 大 幅
3、 度 下滑 的 现 象（如 图 1所 示）。掉 电 压与 电 压 摆，两 者 有 所 区 别，掉 电 压 主要 是 在 低于 3.8 V区 域 下 波 动，而 电 压 摆 主要 是 在 3.8 V以 上大 幅 摆 动，两 者 均 是 衡 量 电 解 槽 是 否 稳 定 的 重 要 标志。其 发 生 掉 电 压时 的 现 象 特征 如下：火 苗 黄而 无 力，时 冒 时 回；槽 电 压 瞬 间 大 幅 下滑，电 压 低于 3.5 V以 下，且大 幅 波 动；阳 极 周 围 的 电 解 质有 局 部 不 沸 腾 的 现 象；炭渣分离 不清；阳 极气体排出受阻。*收稿日期：2 022-09-16作者
4、简介：段 龙（1990-），男，云南弥渡人，工程师，主要从事铝电解工作。Apr.2023Vol.52.No.2（Sum 299）2023 年 4月 第 52卷第 2期（总第 299期）云南冶金 YUNNAN METALLURGY300 kA 铝 电解槽掉电压治理 研究及应用*段 龙，陆 加强，马炬 朋，聂 涛，杨 省（云南云 铝润 鑫铝业有限公司，云南 个 旧 661017）摘 要：分析 了 300 kA 铝 电 解 槽 掉 电 压 的 诸 多 原 因，通过 优 化 工 艺 技术 条 件、加 强 氧 化 铝 浓 度 控制 和 提 高 操 作质 量 等 方 面，实 施 了一系 列 防 控 治理
5、措施 后，掉 电 压 槽台 率 下 降 了 9.3%，主要 经 济 技术 指 标 吨 铝 直 流 电 耗 下降 了 47 kWh。关键词：铝电 解 槽；掉电 压；工 艺技术；治理 措施 中图分类号：TF821 文献标识码：A 文章编号：1006-0308（2023）02-0137-05Researc h and Application on Voltage-down Control of 300 kAAluminum Reduction CellDUAN Long,LU Jia-qiang,MA Ju-peng,NIE Tao,YANG sheng(Yunna n Aluminum Runxi
6、n Aluminum Industry Co.,Ltd.,Gejiu,Yunnan 661017,China)ABSTR ACT：Various reasons of voltage-down of 300 kA aluminum electrolysis cell were analyzed,then a series prevention and control measures were carried out through optimization of technical conditions,reinforcement of alumina concentration,impro
7、vement of operation quality and so on,the slot rate of voltage-down was decreased by 9.3%,the main economic and technical indicator,DC power consumption of one ton aluminum was decreased by 47 kW/h.KEY WORDS：aluminum electrolysis cell;voltage-down;process technology;treatment measures 137Apr.2023Vol
8、.52.No.2（Sum 299）2023年 4月 第 52卷第 2期（总第 299期）云南冶金 YUNNAN METALLURGY图 1 09#铝 电解 槽 掉 电压 历 史 曲 线图 Fig.1 Historical curve chart of voltage-down of 09#al um inum cell 2 铝电解槽掉电压带来的影响 掉 电 压 的 频 次 及 时 间 长 短，反 映 了电 解 槽 运 行 稳 定 性 的 好 坏，生 产 过 程中，掉 电 压 的 危 害 是 比 较大 的，严 重 时 能 够 导 致电 解 槽 破 损 甚 至 停 槽。所 以 一 旦 有 掉 电
9、压迹 象 或 有 轻 微 掉 电 压 现 象，管 理 者 就 应当及 时 分析 处理。铝 电 解 槽 掉 电 压 带 来 的不利影响 主要如下：1）处理 不 及 时，则 二 次反 应 严 重，铝 的 溶 解 损失严重，电流效率下 降；2）电阻增大，电 压被迫升高，电耗增加；3）产 生 的 过 剩 热量 摧毁 了不 容 易 建 立 起来 的 炉 帮；4）电 解 温 度上 升，导 致电 解 质中 氟 化 铝 挥 发 加快，增 加了氟化盐 的消耗；5）电 解 质 上 涨，氟 化 铝 加 速 消耗，分 子 比 上 升，电解工 艺被彻底破 坏；6）破损槽管理 不受控，原铝 质量下滑；7）抬电压不当，严重
10、时导致 拉槽事故；8）电 解 槽 严 重 掉 电 压时，增 加 了 处理 时 间和 工作 难 度。分 散 了 管 理人 员 的 精 力，减少 了对其 它 槽 的 管 理，耗费 大 量 人 力、物 力 和 设 备，潜 在 着较大间接损失。3 铝电解槽掉电压的原因分析 掉 电 压 产 生 的 原 因 从 理 论 上 讲 是 在 磁 场 作用 下，由 于 槽 内 熔 体 内、外 作用 力 影响 使 电 解 质和 铝 液 界面 形 状发 生 改 变，造成 极 距 的 发 生 变化，电 流 分 布不 均 而 引起 电 解 槽 检 测 电 阻 或 电 压时 发 生 波 动 的 一 种 槽 况不 稳 定 性
11、 3-4。对 于 电 解 槽 熔 体 来 说，电 磁 力 是 影 响 金 属 铝 液 运 动 状 态 及 其界面 形 状 的主要 因 素，当 电 解 槽 内部 的 水平 电 流 过 多 时，就 会 使得 铝 液受 到 电 磁 力而 上 下 波 动，表 现 出掉电 压。从该公司 300 kA 铝 电 解 槽 生 产 实践 中，分析 总结了掉电 压的原因主要有以下 几个方面。3.1 引起掉电 压的根本原 因 炉 膛 不 规整 是 引起 掉 电 压 的 根 本 原 因 5-7。从 炉 膛 角 度 分 析，该公司 300 kA 系 列 掉 电 压 槽 主要 集 中 于以 下 四 类 槽：高 龄 槽：铝
12、 水平 高（在 产 铝 多）、下 料 口 位 置 沉 淀 结 壳 多、上 口 炉 帮 空；畸 形 槽：铝 水平 高（在 产 铝 不 足）、中 缝 底 部 阴 极 隆 起 或 局 部 阴 极 隆 起；角 极严 重 槽：铝 水平 低（在 产 铝 不 足）、角 部 伸 腿 肥 大；破 损 槽：铝 水 平 高（在 产 铝 不 足）、下 料 口 位 置 沉 淀 多，破 损 点 位置沉 淀较厚。138张 杰，等：膏体充填技术在某矿空区治理当中的应用 表 1 300 kA 各 槽型工 艺 参数参 照 标准 Tab.1 Process parameters reference standard of each
13、 300 kA cell 角极 严 重 槽 破损 槽 通过 回铝 增加 总高，提 高设 定电 压增 加热量，使发热中 心上 移，处理肥 大 伸腿 适 当高的 铝 水平、分 子 比，正 常 槽 温，确 保 电 解槽 稳定 4.0 4.0类型 正常 槽 老龄 槽 畸形 槽 工艺 管控 思路 稳中 求优，力求 利益 最大 化 通过 撤铝，使发热 中心 下移，重建 炉帮、洁 净 炉底，重塑 炉 适当高的 铝水平、分子 比，槽 温，确 保电 解稳 定 设定电压/V 3.953.97 3.974.0 4.02.502.58 2.542.6 分子 比 2.442.54 2.502.54 2.502.56在产
14、 铝/t 2425 2526 2830 2728 2728电解 质水平/cm 1618 1517 1617 1820 1416槽温/940945 944946 945948 944950 9449473.2 引起掉电 压的主要原 因 工 艺 技 术 条 件不匹配和 参数调整不 合理是主要 原 因。从工 艺 角度进行 分析，这四类 槽的工艺技术 条 件 仍 按正 常槽的工 艺技术条 件进行匹配，参数调 整 仍按 正 常 槽 的 参数调整原则进行调 整，是导致该 四 类 槽 易 掉电压的主要 原因。首先掉 电压情况 主要 集 中 于低温、低分子 比的工艺技术技术下，因为在 此 条件 下，炉膛不 规
15、整的电解 槽抗干扰能 力差，稳 定 性弱，极 易引起掉电压。其次在调整工 艺技术参 数 时，下 调 设 定电 压 过 低 过 快、调 低分 子 比 过 快、增减 出 铝 量 过多时以及电 压、分子比、出铝量的调 整 顺序 不 合理 也极 易 引起 掉 电 压。3.3 引起掉电 压的直接原 因 异常 处理 方 式 不 当 是 直 接 原 因。通过 历 史 曲 线 结合 异常 处理 情 况 来 分析，以 下 几 种 不 当 操 作 极 易引起掉电 压。1）退浓度时下 调阳极压极 距时；2）换极后退附 加电压过快 压极距时；3）氧化铝浓度异常时（高 浓 度、过欠不均）；4）电解质粘、喷、晃处理不及
16、时；5）电 解 质 包 打 壳 头 时或 电 解 质 包 未 取 出 掉 入 槽内 时；6）处理 堵 料 下 料 口 氧 化 铝 未 铲 净 落 入 槽 内 过 多时；7）电解质过高 阳极气体排 除受阻。3.4 引起掉电 压的间接原 因 操 作质 量 差 是 间 接 原 因。结合现 场 操 作质 量 来分析，以下 几种情况极 易引起掉电 压。1）换极时拔残 极速度过快 或幅度大；2）换极时大块 落入槽内；3）换极开口时 炉帮被压塌；4）阳极装入槽 内过深；5）收边质量差 烧通烧塌严 重；6）换极后进行 出铝作业；7）一次出铝任 务量过多；8）出铝前电压 过高。4 铝电解槽掉电压防治措施 该 公
17、 司从 实 际 出发，提 出 了“以 规整 炉 膛 为 根 本、工 艺 技术 调 整 为 主、操 作质 量为 辅”防 治 相 结合 的 掉 电 压 治理 思路，特 制 定了 相 关 的治理 措施。4.1 优化工艺 技术条件 4.1.1合理匹配 工艺技术条件 工 艺 管 控 人 员 每 月 都 要 对本 班组 各 电 解 槽 的 炉 膛 情 况 亲 自 进 行 探 摸，结合现 场 操 作人 员 的 测 量 数 据，模 拟 建 立 单 槽 炉 膛 形 状 数 据图 库。根 据 各 槽 的 实 际 炉 膛 情 况，合 理 制 定 各 槽 单 月工 艺 技 术 条 件 参数（主要 是 电 压）。对 炉
18、 膛 不 规整 的 铝 电 解 槽，前期 采 取适 当高的 设 定电 压、电 解 温 度、铝 水平 和 分 子 比 的工 艺 技术 条 件，以 确 保 电 解 槽 稳 定，待 稳 定 后，后期 再 优 化 各 项 控制 参数 8。以 下 是 针 对 300 kA 不 同 炉 膛 类 型 槽 制 定 的 相 应工 艺 技术 条件参数（如表 1）。段 龙，等：300 kA 铝电解槽掉电压治理研究及应用 139Apr.2023Vol.52.No.2（Sum 299）2023年 4月 第 52卷第 2期（总第 299期）云南冶金 YUNNAN METALLURGY4.1.2 合理调整 工艺技术参数 在
19、工 艺 技术 参数 调 整 方 面 遵 行 的 原则 是：工 艺 调 整 要“稳、准、柔、细”，电 压 设 定 优 先 以 稳 定 为 原则。电 解 槽 走 冷 行 程，优 先 上提电 压 和 减 少 氟 化 铝，使 电 解 槽 快 速 恢 复 到 正 常 状 态，稳 定 后 再 缓 慢 优 化 各 项 工 艺 参数。电 解 槽 走 热 行 程，优 先 减少 出 铝 量，在 增 加 氟 化 铝 添 加 量，尽 量 保 持 电压稳定。4.2 加强氧化 铝浓度控制 通过 改善 电 解 质 状 况 和 规范 退 氧 化 铝 浓 度 工 作，使 电 解 质有 很好 的 溶 解能 力，确 保 电 解 质
20、中 氧 化铝浓度稳 定控制在 1.5%3.5%的 低浓度区，从 而控制炉底沉淀，规整炉 膛，减少掉电 压 9。4.2.1 改善电解 质状况 通过 以 下 管 控 措施，确 保 电 解 质有 很好 的 流 动性和溶解 性。1）每 班 对 易 掉 电 压 槽 电 解 质 水平 进 行 跟 踪 测 量，确 保电解质溶 液高度在 可控范围内；2）每 班 对 易 掉 电 压 槽 进 行 氧 化 铝 称 量，确 保 设备下 料正常；3）每 班 对 易 掉 电 压 槽 前后 端 两 口 进 行 开 口 排 气打 捞炭渣，确保 电解质洁 净电阻减小；4）每 班 对 易 掉 电 压 槽 现 场 巡 视 两 次电
21、 解 质 状 况，出现 粘 喷 晃 情 况，及 时 上 抬 电 压，拉 大 极 距，增 加 热量 收 入，输 入 换 极 键，重 新 矫 正 氧 化 铝 浓 度 寻 迹 点，确 保 电 解 质 对 氧 化 铝 具 有 良 好 的 溶 解 性和 流动性。4.2.2规范退氧化铝浓度工 作 通过 以 下 要 求 进 行 人 机协调 退 氧 化 铝 浓 度，使氧 化铝浓度很好控制在 低浓度区。1）在 过 加 工 过 程中，若 槽 电 压 运 行至 目 标电 压 以 下，进 入 到 下 窄 死 区 内，便 可 通过 人 为 上 抬 电 压或 利 用 计 算 机 的 方 式 进 行 退 浓 度，让 其进
22、入 欠加 工控制；2）在 过 加 工 过 程中，槽 电 压 运 行 了 25 min 后，若 运 行 槽 电 压与 目 标电 压平行 且 在 上窄 死 区 内，必须 到 现 场 检 查 下 料，保 证 下 料 正 常 的 情 况，到 现 场 点 抬 阳 极 退 浓 度 的 方 式 使 电 压缓 慢 降 回到 目 标电 压（槽 温 944 以 下 和 异常 的 不 能直 接 降，可通过 断 RC 点 抬 阳 极 控料 或 勤 打 壳或 适 当 补 料 的 方 式 使 其 回到 目 标 区），若 运 行 槽 电 压 超 出 上窄 死 区的，在 保 证 下 料 没 有 问题 的 情 况 下 可 进
23、行 手 动 控料；3）在 过 加 工 过 程中，槽 电 压 运 行 了 25 min 后，电 压 超 出 上窄死区进入 上宽死区且电压往上走，必 须 查 称 料，检查是否 包卡堵或者 漏料漏氟化 铝或打 壳 系 统 故障，判 断 清 楚 是 缺 料还是 高 浓 度?缺 料 的 必须 处理 好 不 能 发 生 效 应，高 浓 度 的 必须 手 动 控 料，让 浓 度 回到 正 常 范围，电 压 回到 窄死 区 内；4）退浓度时禁 止降电压的 同时进行补 料；5）有 附 加 电 压时，运 行 正 常，不 必 人 为 干扰 退浓度，让 其自动退附 加。4.3 提高操作质量 该公司 对 易 掉电压槽的
24、 各项作业做 了特殊操作 要 求，让 高 精细 的 操 作为 稳 定 槽 子提供 保 障 条件。4.3.1换极作业 换极作业在 出 铝 作 业 8 h 后 进 行，破 损 槽 的 阳 极 更 换 放 在 早 班 进 行，由 工区 长 亲 自 带 领 更 换，利 用 换 极 时 间处理 炉 底沉 淀，摸 排 破 损 位 置，对 破 损 点位 置 进 行 定 期 修 补，非 破 损 位 置 沉 淀 结 壳 果 断 进 行 撬 出 处理。角 极严 重 槽 的 角 极 由 专 人 早 班 进 行 更 换，利 用 天 车 对 角 部 伸 腿 部 位 加 工处理。换 极 人 员 利 用 换 极 时 机 处
25、理 好 下 料 点 及 炉 底 部 位 的沉淀结 壳。便于炉底 洁净，电流 分布均匀。4.3.2收边作业 收 边 作 业 在 换 极 作 业 6h 后 进 行，在 电 解 质 结 起 壳 面 后，采 用“大 块 堵 缝 破碎 料 围 边 氧 化 铝 打 底 天 车 打 砂 料 整形”的 方 式 进 行 收 边，针 对 炉 帮 较 空的 部 位 可 以 直 接 放满 氧 化 铝 进 行 收 边 作 业，此 种 收 边 作 业 方 式 能 够 解 决 烧 通 烧 塌 涨 电 解 质 化 物 料料 掉 电 压 的 问题。而 针 对 伸 腿 严 重 的 角 部 可直 接 采 用 熔 点 低 的 电 解
26、 质 进 行 添 加，并 利 用 针 织 毯 做 好 外 保 温，便 于 消 除 伸 腿，解 决 顶 阳 极提升机致 使电流不 均掉电压问题。4.3.3出铝作业 出铝作业在 换 极 作 业 8 h 后 进 行，分两 次进 行 出 铝，出 铝 时 断 RC 手 动 降 阳 极 出 铝，第 一次 出 完 铝后当前 电压高于目 标电压 50 mV，第二 次出完铝 后当前 电 压 要高 于 目 标电 压 100 mV，1 h 内分 2次 降 回 至 目 标电 压。调 整 为 此 种 方 式 出 铝 作 业，能 够减少 对电 解 槽 的 干扰，解 决 出 铝 后 压 极 距 掉 电压问题。140张 杰，
27、等：膏体充填技术在某矿空区治理当中的应用 4.3.4收整散热 带 除 前 后 8块 角 极 外，中间 极 散 热带 收 至 18cm，每 8 d 一次，借 大面 整形时 机 进 行 收 散 热带 工作，此 种 操 作 能 够 很好 的 解 决 上 口 炉 帮 空的 问 题，便 于 炉 帮 的 形 成。必 要 时 可 通过 用 压 缩 空 气 吹散热 孔的方式 快速重塑炉 帮。4.3.5规整极上料 A面 前后 四 块角 极极 上 料 厚 度 为 18 cm，B面 四 块角 极极 上 料 厚 度 为 20 cm，中间 极极 上 料 厚 度 为 16 cm，调 整 为 此 种 极 上 料 厚 度 方
28、 式 后，不 仅 能 够 很好 地 解 决 A面 角 极 阳 极 在 更 换 前（1 3）d 易 烧通烧 塌导致掉电 压的问题，还 能 够 很好 地 解 决 B面 角 极 部 位长 角 长 伸 腿 顶 阳 极 提 升 机 致 阳 极 电 流 分布不均掉 电压的问题。5 实施效果 该 公 司 2021年 12月 底，开 始 实 施 上 述 一系 列 防 治 措施 后，至 今 300 kA 系 列 掉 电 压 槽 明显 减 少，各 项 生 产 指 标 得 到 明显 改善，破 损 槽 得 到 有 效管 控，职 工 劳 动 强度 明显 降 低，从 而 确 保 了 铝 电解槽安 全、平稳、高 效生产运行
29、。从 表 2中 可知：2022上 半 年 以 来，300 kA 掉 电 压 槽台 率 下 降 了 9.3%，槽 平 均 电 压下 降 了 2mV，电流 效率提高了 0.3%，直流电电耗 下降了 47kWh，吨铝氧化铝 单耗下降了 3 kg，吨 铝 氟 化 铝 单 耗 下 降 了 0.3 kg，原 铝 质 量 Fe 0.08%槽台 率 提 高 了 4.4%，新 增 破 损 槽 减少 了 9台。上 半 年 为 公司 节约生产成本 2 500余万元。6 结 语 1）针 对 炉 膛 不 规 整 的 铝 电 解 槽，保 持 适 当 高 的 设 定电 压、铝 水平、分 子 比 等，在 一定 程 度上 可
30、以 规整 炉 膛，有 利于 电 流 分 布，减少 水平 电 流，从而减少 掉电压；2）通过 保 持 洁 净 的 电 解 质体 系 及人 机协调 退 氧 化 铝 浓 度，可将 电 解 质中的 氧 化 铝 浓 度 控制 在 1.5%3.5%，在 此 范围 内，能 够 有 效减少 阳 极 效 应 和控制炉底沉淀；3）较 厚 的 炉 帮 可 减少 侧部 漏 电，缩 小 炉 膛，干 净 的 炉 底 可 使 电 流 分 布 均 匀，电 流 集 中 向 下，从 而 减少 水平 电 流，削 弱 垂 直 磁场 力 的 影响，稳 定电解槽，提高电流效 率；4）铝 电 解 工 艺 控制 应 以 炉 膛 管 理 为
31、根 本，合 理 匹 配 铝 水、电 压与 分 子 比 的 关 系，做到 工 艺 与 操 作 相 结合。只 有 达 到 平 稳，才 能 实 现“高 效、高 产、低 消耗、低成 本、长 寿 命”的 生 产 管 理 目 标。参考文献：1 杨 仲 生.300 kA铝 电 解 槽 电 压 摆 产 生 的 原 因 及处理 措施 J.科技与企 业，2012（20）：276-277.2 王平，赖延清，李 勇，等.300 kA 预焙电解 槽电压摆和针 振 的 原 因、处理 与 管 理 J.四 川 有 色 金属，2008（2）：18-24.3 刘海 林.浅 析 400 kA 电 解 槽 电 压下滑 波 动 处理
32、J.中 国 金 属通报，2017（12）：33-34.4 沈 序 章.铝 电 解 槽 电 压 异常 波 动 的 机 理及 其 防 治 J.轻 金 属.2008（9）：31-35.5 宁林忠.铝电解 槽的炉膛管理 J.2010（9）：40-44.6 张 小 宁.电 解 槽破 损 原 因 及 破损 槽 运 行 管 理 J.2017（20）：19-20.7 李邵文，姬凤 武，尹 剑，等.大 型 预 焙 铝 电 解 槽 阴 极 隆 起 的应 对 策略 与 生 产 实践 J.云南冶金，2012，41（3）：39-41.8 杜少华.300 kA 铝电解 槽工艺技术条 件优化及控制 技术探 究J.有色冶金节
33、 能，2012（4）：29-31.9 姬凤 武，刘 利群.300 kA下 料 异常 的 分析 及处理 J.云南 冶金，2010（S1）：20-23.差值-9-9.3指标 名称 单位 2021年 下半 年 2022年 上半 年 新增 破损 槽 台 14 6掉电 压槽台率%13.9 4.6Fe 0.08%槽台率%78.3 82.7+4.4-0.002 平均 电压 V 4.003 4.001电流 效率%93.5 93.8+0.3直流 电耗 kWh/t Al 12 758 12 711-47氧化 铝单 耗 kg/t Al 1 910 1 907-3氟化 铝单 耗 kg/t Al 16.5 16.2-0.3炭块 单耗 kg/t Al 465.3 466.2+0.9表 2 该 公司 治 理 掉电 压 前 后各 项指 标完 成 对 比情 况 Tab.2 Comparison situation on each performance before and after voltage-down control 段 龙，等：300 kA 铝电解槽掉电压治理研究及应用 141
