稳流保温铝电解槽节能技术及工业应用范文
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摘要：论文简单介绍了新型稳流保温铝电解槽节能技术的开发思路和基本内容，着重从电压优化、电解槽散热减少和效率提高方面分析该技术的应用效果和优势。本技术优化了电解槽的阴极结构，对电解槽的内衬结构进行了更加精细的设计。现场的技术人员对筑炉质量严格把关，确保电解槽长期稳定运行，并根据现场具体情况配套了工艺技术参数，实现电解槽的高效率低能耗运行。新型稳流保温电解槽平均槽电压3.853V，电流效率91.9%，铝液直流电耗12493.9kWh/tAl，较同系列普通槽降低959.1kWh/tAl。
关键词：节能；电压；散热；电流效率；稳流
1新型稳流保温铝电解槽节能技术的开发思路
本技术以高导电稳流钢棒为核心，优化了电解槽的阴极结构，大幅降低了水平电流，保证了电解槽可以在更低电压下稳定运行。槽电压的降低减少了电解槽的能量输入，为了保持电解槽的能量平衡，对电解槽的内衬结构进行了更加精细的设计，减少了电解槽的热损。现场的技术人员对筑炉材料、筑炉质量严格把关，确保电解槽长期稳定运行，并根据现场具体情况配套了新型稳流保温铝电解槽节能技术的工艺技术参数，实现电解槽的高效率运行。
2新型稳流保温铝电解槽节能技术基本内容
2.1电压平衡优化和稳流技术
本技术通过开发高导电钢制材料降低电解槽上导体压降，同时根据计算机仿真模拟研究工作[1]，优化阴极结构，水平电流降低了40%左右，炉底压降大幅降低，优化前炉底压降在300mV以上；优化后槽内焊炉底压降240mv，槽外焊220mv。在降低炉底压降的同时，提高电解槽的稳定性，更利于获得高电流效率。稳流技术是新型稳流保温铝电解槽节能技术的核心之一，该技术可以提高铝液面的稳定性。提高阴极铝液面的稳定性，减小阴极铝液面的波动，不仅可以减少阴极铝的溶解损失，提高电解槽的电流效率。而且可以使电解槽的有效极距增加，从而为更深一步地降低槽电压提供一定空间[2]。
2.2能量平衡优化和保温技术
根据槽内衬优化思路，对电解槽的内衬材料（包括侧部和底部）的种类、尺寸就行了重新计算和设计。设计后的槽内衬优化前后电解槽等温线分布（阳极电流密度0.74A/cm2）。槽内衬优化后电解槽等温线分布合理，基本上可使阴极免受电解质冻结破坏作用。与以前的电解槽内衬设计相比，采用新技术设计的电解槽保温效果更好，为电解槽在更低电压下运行打下坚实的基础。
2.3工程质量把关和工艺技术参数配置
在新型稳流保温铝电解槽节能技术推广过程中，根据企业的具体特点（主要指槽型、电解质、辅助装备、环境）结合新技术理论，制定相应的筑炉规程、焙烧启动、工艺参数匹配、标准化操作方案。现场的技术人员对筑炉材料、筑炉质量严格把关，确保电解槽长期稳定运行，并根据现场具体情况配套了新型稳流保温铝电解槽节能技术的工艺技术参数，实现电解槽的高效率运行。
3新型稳流保温铝电解槽节能技术应用效果
为了评估新型稳流保温铝电解槽节能技术的应用效果，对某企业350kA系列新型稳流保温槽和对比槽进行了对比。主要比较了不同技术槽型的电压优化、散热状况、电流效率等方面技术参数[3，4]。
3.1电压优化
从表1可以看出，某企业350kA对比槽平均卡具压降较高，有降低的空间；新型稳流保温槽卡具压降13.3mV，较对比槽低6.5mV。外围母线压降相差不大。新型稳流槽炉底压降与对比槽相比降低91.3mV。新型稳流槽体系压降与对比槽相比降低236.7mV；极间压降与对比槽相比降低145.5mV；新技术平均槽电压与对比槽相比降低226.7mV；体系压降降低幅度与槽电压降低幅度基本吻合。极间压降的减少的可能原因是极距降低，或电解质电阻降低。根据极距测试结果，新型稳流电解槽极距4.20cm，对比槽极距4.56cm，较对比槽平均极距降低3.6mm。采用新技术的电解槽和对比槽所用电解质成分基本相同，说明极间压降的降低主要因为极距降低所致。从电压平衡看，新型稳流保温槽槽电压较对比槽低较多，主要原因是新型稳流电解槽炉底压降和极间压降有大幅度降低。
3.2散热减少
槽壳表面温度是电解槽运行状况的间接体现，本部分通过对新型稳流保温槽和对比槽的电解槽钢窗口温度和炉底温度的测试，来定性比较两种槽型的侧下部保温性能优劣。新型稳流保温槽钢窗口平均温度213℃，对比槽钢窗口温度254℃。新型稳流保温槽钢窗口平均温度较对比槽低41℃。根据传热学原理，相同条件下，表面温度越低散热量越小。新型稳流保温槽炉底板各测试点温度大部分在60℃~100℃，平均90℃，无异常点，说明炉底保温性能较好。对比槽中测试点温度高于100℃的相对多，平均温度也高出10℃，说明炉底保温效果逊于新型稳流保温槽。另外新型稳流保温槽炉底板各测试点温度均一性较好，说明了筑炉、焙烧启动等作业质量高。从槽壳表面温度测试结果来看，新型稳流保温槽钢窗口温度和炉底温度明显低于对比槽，说明新型稳流保温槽在侧下部保温效果优于对比槽，这为新技术节能奠定了基础。根据行业标准方法[5]对电解槽能量平衡进行了测试，结果表明，普通槽总散热689.1kW，折合电压1.942V；新型稳流保温槽总散热588.4kW，折合电压1.658V。新型稳流保温槽总散热较普通槽降低100.7kW，折合电压284mV。新型稳流保温槽总散热较普通槽降低主要因为阴极区散热大幅降低。
3.3能耗降低
本次测量采用阳极气体分析法进行电流效率测试。气体分析法的原理是根据阳极气体中的CO2浓度与电流效率之间的关系，通过采集电解过程中逸出的气体，分析气体浓度来得到某一时刻的电流效率。本次测试新型稳流保温槽平均电流效率为91.9%，对比槽电流效率分别为88.6%。新型稳流保温槽平均铝液直流电耗12493.9kWh/tAl，对比槽平均铝液直流电耗13453.0kWh/tAll，新型稳流保温槽铝液直流电耗较对比槽低959.1kWh/tAl。
4结论
（1）新型稳流保温槽槽电压大幅降低，主要因为极间电压和阴极压降的降低。极间电压的降低主要因为稳流技术的作用，而阴极压降的降低主要因为采用新型高导钢棒和阴极结构。（2）新型稳流保温槽钢窗口温度和炉底温度明显低于对比槽，说明新型稳流保温槽在侧下部保温效果优于对比槽。新型稳流保温槽总散热较普通槽降低100.7kW，折合电压284mV。新型稳流保温槽总散热较普通槽降低主要因为阴极区散热大幅降低。电解槽总散热量的减少为新技术节能奠定了基础。（3）新型稳流保温槽平均电流效率为91.9%，对比槽电流效率分别为88.6%。新型稳流保温槽平均铝液直流电耗12493.9kWh/tAl，对比槽平均铝液直流电耗13453.0kWh/tAll，新型稳流保温槽铝液直流电耗较对比槽低959.1kWh/tAl。
作者：王俊青 李昌林 周云峰 汪艳芳 方斌 侯光辉 柴登鹏 史志荣 单位：中国铝业郑州有色金属研究院有限公司