現(xiàn)代鋁電解技術(shù)發(fā)展淺析

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1、現(xiàn)代鋁電解技術(shù)發(fā)展淺析報(bào)告人：田應(yīng)甫周雪嬌重慶科技學(xué)院冶金與材料工程學(xué)院重慶2015年5月8日1主要內(nèi)容前言1中國(guó)鋁電解目前存在的技術(shù)難題3現(xiàn)代鋁電解技術(shù)發(fā)展淺析4中國(guó)鋁電解技術(shù)現(xiàn)狀2前言從2003年起，我國(guó)已是全球最大原鋁生產(chǎn)國(guó)。2014年中國(guó)原鋁產(chǎn)量達(dá)到2438萬(wàn)噸，約占全球產(chǎn)量的48%。，系列電解槽的容量已達(dá)到500KA，600KA的超大型槽已試驗(yàn)成功,2014年全國(guó)鋁錠交流電耗降為13596Kwh/t-Al[1]，成為世界上鋁電解能耗最低的國(guó)家。但是，中國(guó)鋁電解技術(shù)并不是盡善盡美。隨著電解

2、槽超大型化，仍有許多技術(shù)瓶頸需要突破。1中國(guó)鋁電解技術(shù)現(xiàn)狀1.1中國(guó)鋁電解槽中國(guó)上世紀(jì)70年代末從日本引進(jìn)160KA大型預(yù)焙槽后，經(jīng)過(guò)約15年消化吸收，于上世紀(jì)90年代中期開(kāi)發(fā)成功了具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的200KA、240KA、280KA、300KA大型預(yù)焙槽。近十年中，中國(guó)的鋁電解槽設(shè)計(jì)技術(shù)已有具大發(fā)展，300KA至500KA超大型預(yù)焙槽已成為我國(guó)電解鋁的主產(chǎn)槽型，2013年底，我國(guó)又試驗(yàn)成功了600KA超大型預(yù)焙槽。1.2電解槽的操作管理隨著中國(guó)鋁電解槽的大型化和產(chǎn)量提高。鋁電解槽的操作管理水

3、平也有大幅度提高，集中表現(xiàn)在大型預(yù)焙槽運(yùn)行穩(wěn)定性和勞動(dòng)生產(chǎn)率的大幅度提升。現(xiàn)在無(wú)論多大的電解槽及系列、再未出現(xiàn)過(guò)連續(xù)病槽的狀況，電解槽完全處于設(shè)計(jì)的技術(shù)條件范圍內(nèi)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，勞動(dòng)生產(chǎn)率從上世紀(jì)八十年代不足20噸/人·年，提高到目前的500噸/人·年左右，個(gè)別系列已突破600噸/人·年，達(dá)到世界先進(jìn)水平。1.3電解槽的控制水平鋁電解槽的自動(dòng)化控制，經(jīng)過(guò)近30年研究，已從引進(jìn)的160KA槽的電壓調(diào)整，定時(shí)下料的簡(jiǎn)單控制，開(kāi)發(fā)成功了低氧化鋁濃度自適應(yīng)控制技術(shù)，使大型預(yù)備鋁電解槽實(shí)現(xiàn)了槽溫穩(wěn)定、爐膛穩(wěn)定

4、、爐底干凈、運(yùn)行穩(wěn)定，并有效地將陽(yáng)極效應(yīng)系數(shù)控制到0.1次/槽·日以下。有些槽基本實(shí)現(xiàn)了無(wú)效應(yīng)操作。目前，電解槽控制技術(shù)已在向槽熱量自適應(yīng)方向發(fā)展。1.4鋁電解節(jié)能技術(shù)及能耗近年來(lái)，中國(guó)成功開(kāi)發(fā)出了具有顯著節(jié)能效果的異性陰極、雙陰極鋼板等一系列陰極節(jié)能技術(shù)，開(kāi)槽陽(yáng)極、穿孔陽(yáng)極等陽(yáng)極節(jié)能技術(shù)，使我國(guó)鋁電解能耗達(dá)到了世界先進(jìn)水平，比世界平均鋁電解能耗低1000Kwh/t-Al左右。1.5鋁電解原材物料消耗電解槽的控制水平、操作管理水平的提高，使我國(guó)電解槽能長(zhǎng)期處于較低的槽溫下穩(wěn)定運(yùn)行，長(zhǎng)時(shí)間不出現(xiàn)病槽

5、，生產(chǎn)中物料揮發(fā)、高溫?zé)龘p大大減少，生產(chǎn)每噸鋁的各種物料大大降低。如氧化鋁消耗達(dá)到了1920Kg/t-Al以下，陽(yáng)極毛耗達(dá)到490Kg/t-Al以下，氟化鹽消耗達(dá)到20Kg/t-Al以下。電解槽壽命已從10年前的不足1500天達(dá)到目前平均2300天。既降低了陰板材料消耗，也大大降低了修槽廢料的產(chǎn)生。2中國(guó)鋁電解目前存在的技術(shù)難題從中國(guó)目前已運(yùn)行的大型及超大型預(yù)備槽看，首要問(wèn)題是電解電流效率不高。大部分生產(chǎn)系列電解槽運(yùn)行槽電壓在3.90V到4.0V之間。電流效率在90%到92%之間，與國(guó)外相比，電流

6、效率相差3到5個(gè)百分點(diǎn)；其次是電解槽壽命雖有較大提高，但仍不及國(guó)外同類型槽壽命；第三是電解槽設(shè)計(jì)技術(shù)，尤其在磁場(chǎng)、熱場(chǎng)、力場(chǎng)的模擬計(jì)算方面，與國(guó)外存在較大差距，這也許是電流效率不高的主要原因；第四是電解槽控制技術(shù)不完善，僅僅依靠系列電流和槽電壓兩個(gè)在線參數(shù)，很難準(zhǔn)確反映電解槽運(yùn)行的實(shí)際狀態(tài)；第五是電解槽運(yùn)行狀態(tài)仿真模擬及在線技術(shù)發(fā)展滯后，人們無(wú)法知曉電解槽內(nèi)部實(shí)際狀態(tài)；第六是廢槽襯的無(wú)害化處理，資源的綜合利用技術(shù)跟不上電解鋁工藝的發(fā)展，使得大多槽廢料成了企業(yè)的心??；第七是電解槽大型化的隱憂，無(wú)限大

7、型化的優(yōu)勢(shì)在哪？有沒(méi)有投資、能耗、管理和運(yùn)行優(yōu)勢(shì)？3現(xiàn)代鋁電解技術(shù)發(fā)展淺析中國(guó)鋁電解技術(shù)總體不落后于外國(guó)，但仍有許多技術(shù)問(wèn)題需要大力開(kāi)展科研創(chuàng)新，將中國(guó)鋁電解技術(shù)推向更加高端，為此，下面做些粗淺分析3.1深入物理場(chǎng)研究從現(xiàn)代大型預(yù)焙槽技術(shù)發(fā)展看，電解槽的物理場(chǎng)不再是傳統(tǒng)的“三場(chǎng)”，而是“六場(chǎng)”，即電場(chǎng)、磁場(chǎng)、熱場(chǎng)、力場(chǎng)、流場(chǎng)和濃度場(chǎng)。而且，對(duì)物理場(chǎng)的認(rèn)識(shí)也不再局限于“穩(wěn)態(tài)、均一和固定”的思維中，而是必須以“非穩(wěn)態(tài)、非均一、非固定”的觀點(diǎn)，思考物理場(chǎng)在電解槽運(yùn)行中的狀態(tài)[2]。電場(chǎng)：不僅要考慮陽(yáng)極電

8、流分布、陰極電流分布，必須研究電流在電解質(zhì)層、鋁液層中流向及分布，研究陰極炭塊中的電流流向及陰極鋼棒中電流的分布，更要研究陽(yáng)極電流分布的非均一性、非穩(wěn)定性、非固定性，電解槽爐底沉淀或結(jié)殼對(duì)鋁液層及陰極炭塊中電流走向及分布的影響[3]，從而設(shè)計(jì)出電場(chǎng)更趨于理想分布的電解槽來(lái)，提出更能保證理想電場(chǎng)狀態(tài)的操作、管理方法來(lái)。磁場(chǎng)：磁場(chǎng)由電場(chǎng)產(chǎn)生，但電場(chǎng)理想并不等于磁場(chǎng)理想。不同方向的電流分布將產(chǎn)生不同方向的磁場(chǎng)和磁場(chǎng)強(qiáng)度。所以，磁場(chǎng)的大小不僅取決于電流的大小，而且取決于電流的方向。磁場(chǎng)的研