專利名稱：一種鋁電解槽強化電流的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于有色金屬鋁電解技術領域，具體地說是一種預焙陽極鋁電解槽進行系列電流強化的方法。
背景技術：
目前，國內各鋁用炭素廠所生產的預焙陽極質量指標等與國外同類產品相比有較大差異，國內鋁電解槽陽極電流密度比較低(0.72A/cm2左右)，不能較好地利用資源以增加產能和降低電耗，而國外鋁電解槽陽極電流密度達到0.85A/cm2以上。我國大型預焙陽極電解槽的設計陽極電流密度一般不超過0.73A/cm2。這反映了我國在電解槽設計、陽極質量、內襯質量等多方面的差距，同時也顯示出在提高陽極電流密度方面，我們仍有很多潛力可挖。
國內其它鋁電解槽強化電流的方法，一般是對預焙陽極炭塊的尺寸、生產線或電解槽的結構發(fā)生相應變化，工程量大、施工復雜，投資額較高，一般電流強化和產能增加的幅度在10％以內。
通過加長陽極尺寸進行鋁電解槽的擴容改造，雖然電流強度有所提高，但由于增大了陽極尺寸，其電解槽的陽極電流密度和單位面積產能均未得到有效地提高。
由于高陽極電流密度鋁電解槽是在不降低電流效率和不增加設備的情況下，提高鋁電解反應速度，以提高鋁的產量，大幅度地提高勞動生產率，大幅度降低生產成本，從而產生顯著的經濟效益，所以，它也是當今鋁工業(yè)的高新技術。開發(fā)高陽極電流密度的鋁電解生產方法，是一個系統(tǒng)的技術創(chuàng)新工程。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種利用原設計的電解槽結構，在不停產和保持陽極尺寸不變的情況下，增加電解系列產能和降低能耗的鋁電解槽強化電流的方法。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術方案為一種鋁電解槽強化電流的方法，其特征在于該方法是在原有陽極尺寸、原有鋁電解槽內部整體結構的基礎上，在不停產的情況下，通過在鋁電解槽上附加一個移動式有載直流整流變壓器或利用供電系列富余電功率或增加供電設施，使任意電解槽形成閉合的電流回路，采用電流疊加原理，將預焙鋁電解槽的系列電流提升設計電流強度的10～15％，陽極電流密度達到0.83A/cm2左右，從而使電解槽單位面積產能相應提高10～15％。
上述預焙鋁電解槽的系列電流的提升采用階梯式的升流曲線，分階段性地升高電解系列的電流強度。
本發(fā)明提供的上述鋁電解槽強化電流的方法，是一項鋁電解行業(yè)的綜合技術，可使實際系列電流比原設計電流提高10～15％，產能也可相應增加10～15％，陽極電流密度接近或達到0.83A/cm2左右。該方法與現(xiàn)有其它電流強化方法相比，具有以下特點①本發(fā)明電流強化的程度和產能增加的幅度較高，可提高10％以上。
②本發(fā)明不改變陽極尺寸及電解槽結構，因而不需要對預焙陽極生產線和陽極提升裝置進行改動，易于實施，且大大節(jié)省了投資，產生效益大。
③本發(fā)明是一種高陽極電流密度電解槽，陽極電流密度可達到0.83A/cm2，為國內最高，達到了國際先進水平，縮小了國際領先水平的差距，改變了以往國內鋁電解槽陽極電流密度偏低的狀況。該方法實施后，電解槽單位面積產能可以提高10～15％左右，單槽產鋁量和設備有效利用率大幅提高，提高了勞動生產率，降低生產成本，從而產生顯著的經濟效益。
綜上所述，本發(fā)明在不改變電解槽整體結構和陽極尺寸的條件下，利用鋁電解現(xiàn)有設備及生產線，在保證陽極質量的前提下，通過提高鋁水平、降低槽電壓、使用焙燒新工藝生產的新型開槽陽極、使用側部散熱較好的氮化硅結合炭化硅碳塊和選用高石墨含量或石墨化陰極炭塊新型材料等措施保持合理的電解工藝參數(shù)和電解槽的電熱平衡，對電解槽進行系列電流的強化工作，投資省，見效快，是對現(xiàn)有資源的有效利用，增產降耗效果顯著，符合當前國家建設資源節(jié)約型社會的政策。使用該電流強化技術不需要建新廠，用少量改造投資就可以增加10～15％以上的鋁產量，達到提高陽極電流密度，增加電解系列產能的目的，意義重大，經濟效益顯著，推廣應用的前景是光明的。
具體實施例方式
本發(fā)明在蘭州鋁業(yè)股份有限公司200KA大型預焙鋁電解槽上進行電流強化改造中實施，是在不改變原有結構的鋁電解槽、不改變陰極整體結構和不增加陽極尺寸的情況下，通過在鋁電解槽上附加一個3000KVA的移動式有載直流整流變壓器(或使用其它電源)或利用供電系列富余電功率或增加供電設施，使任意電解槽形成閉合的電流回路，采用電流疊加原理，將預焙鋁電解槽的系列電流強度提升10～15％，從而使鋁電解槽陽極電流密度及生產能力得到大幅提升。鋁電解槽在進行電流強化的同時，需要通過優(yōu)化工藝技術條件和改進陰陽極，建立新的優(yōu)化生產平衡條件，保持合理的電解工藝參數(shù)和電解槽的電熱平衡。具體采取的工藝保證措施如下(一)選用高質量的預焙陽極，特別是提高陽極的體積密度，通過開發(fā)和優(yōu)化陽極的煅燒、焙燒技術，選取優(yōu)化的陽極糊配方等新工藝技術使焙燒陽極的體積密度由1.52g/cm3提高至1.55g/cm3。防止陽極在電解過程中的掉角、掉塊和氧化損失，保持陽極電流密度的均衡，開發(fā)生產出帶有兩條溝線的新型陽極以適應電流強化條件下的生產工藝。同時在鋁用炭素生產系統(tǒng)中原材料預處理、混涅、成型、焙燒、多功能天車等關鍵設備均采用國外先進設備，保證了較高的鋁用炭素產品質量，為強化電流和提高陽極電流密度創(chuàng)造了有利條件。
(二)建立新的電解槽熱平衡，克服電流升高后對物理場和電流分布的影響。將鋁水平由原來的20cm調整為22cm，鋁液水平提高后可以增大爐底散熱、減小磁場的影響。
(三)調整極距，降低電解槽的設定電壓，由原來的4.18V調整至4.15V，這樣可以減少因系列電流升高而帶來的部分多余熱量，減少電解槽熱收入，使電解槽輸入和輸出的熱量達到平衡，降低電耗。
(四)通過對電解槽控制系統(tǒng)的升級和軟硬件的技術改造，優(yōu)化了工藝參數(shù)控制，有效提高了鋁電解系列的的控制水平。對試驗槽單獨進行監(jiān)控和控制；改造了槽壓表，提高槽壓表的精度和穩(wěn)定性；對CAN總線重復器和電流驅動器進行優(yōu)化配置；建設了200KA電解槽監(jiān)控網絡。
(五)使用底部開槽的陽極，可以有效帶走因為系列電流升高而帶入的多余熱量?？梢源龠M陽極氣體向外界的排放，減少氣泡在陽極底部停留的時間和陽極底部氣泡的覆蓋率，有利于減小陽極氣體壓降，降低槽電壓，達到節(jié)能的目的；有利于降低陽極效應系數(shù)，降低能耗；有利于保持電解質流場的均勻與穩(wěn)定，減少鋁液與陽極氣體發(fā)生“二次反應”的幾率，從而有利于電流效率的提高。
(六)設置合理的電解工藝參數(shù)和保持電解槽的穩(wěn)定運行。保持合理的過熱度、分子比及爐膛內型，適當提高鋁水平、降低槽電壓、換極周期由28天調整為26天、降低效應系數(shù)。
(七)電流強化采用階梯式的升流曲線，分階段性地升高電解系列的電流強度，并分段設置電解工藝參數(shù)，保持穩(wěn)定后再進行下一階段的電流升高，保證電解槽的平穩(wěn)運行。
(八)降低陽極效應系數(shù)。將鋁電解槽的陽極效應系數(shù)由設計值的0.3次/日降低至0.10次/日以下，有效降低電解槽的效應系數(shù)，可以減少因電解槽產生陽極效應帶入的熱量。
(九)加強電解槽的上部散熱，調整槽體系各部位的散熱比例。減薄陽極覆蓋料厚度，加大陽極導桿和鋼爪面積，使電解槽陽極導桿、鋼爪、槽上部因電流升高增加的熱量散發(fā)出去。保持電解槽合理的熱平衡，是電流強化試驗成功的關鍵技術。同時，對電解槽電流升高產生的對陰極內襯的影響，采用有效的電解槽中小修方法，延長電解槽陰極的使用壽命。
(十)選用高石墨、高導電陰極炭塊。在陰極上采用高石墨質陰極底部炭塊和氮化硅結合碳化硅側部炭塊，有效解決了電解槽底部和側部散熱的問題，防止了出現(xiàn)化爐幫、槽底部過熱等因電流升高所帶來的問題的出現(xiàn)，降低了爐底電壓降，同時達到了節(jié)能降耗的目的。
權利要求
1.一種鋁電解槽強化電流的方法，其特征在于該方法是在原有陽極尺寸、原有鋁電解槽內部整體結構的基礎上，在不停產的情況下，通過在鋁電解槽上附加一個移動式有載直流整流變壓器或利用供電系列富余電功率或增加供電設施，使任意電解槽形成閉合的電流回路，采用電流疊加原理，將預焙鋁電解槽的系列電流提升設計電流強度的10～15％，陽極電流密度達到0.83A/cm2左右，從而使電解系列產能提高10～15％。
2.根據(jù)權利要求1所述的鋁電解槽強化電流的方法，其特征在于上述預焙鋁電解槽的系列電流的提升采用了階梯式的升流曲線，分階段性地升高電解系列的電流強度。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的鋁電解槽強化電流的方法，其特征在于上述預焙鋁電解槽的系列電流的提升過程中，采取的相應技術措施包括(一)選用底部開槽的高質量預焙陽極，特別是將焙燒陽極的體積密度由1.52g/cm3提高至1.55g/cm3；(二)建立新的電解槽熱平衡，將鋁水平由原來的20cm調整為22cm；(三)調整極距，降低電解槽的設定電壓，由原來的4.18V調整至4.15V；(四)將鋁電解槽的陽極效應系數(shù)由設計值的0.3次/日降低至0.10次/日以下；(五)在陰極上采用高石墨質陰極底部炭塊和氮化硅結合碳化硅側部炭塊；(六)調整換極周期，將電解槽預焙陽極的換極周期由28天縮短為26天。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的鋁電解槽強化電流的方法，其特征在于上述預焙鋁電解槽是指系列電流為200KA左右的電解槽。
全文摘要
一種鋁電解槽強化電流的方法，在不改變電解槽原有內部整體結構的條件下，在不停產和保持陽極尺寸不變的情況下，通過在鋁電解槽上附加一個移動式有載直流整流變壓器或利用供電系列富余電功率或增加供電設施，使任意電解槽形成閉合的電流回路，采用電流疊加原理，將預焙鋁電解槽的系列電流提升設計電流強度的10～15％，使陽極電流密度提升到0.83A/cm
文檔編號C25C3/16GK1924103SQ20061010452
公開日2007年3月7日 申請日期2006年8月30日 優(yōu)先權日2006年8月30日
發(fā)明者馮詩偉, 李寧, 肖偉峰, 馬志成, 肇玉卿, 杜立中, 張得教, 馬建文, 郭蘭江, 谷文明, 包榮斌, 周建寶, 崔亞東, 魏世湖, 劉勝祥, 張陽, 張君 申請人:蘭州鋁業(yè)股份有限公司