240KA预焙铝电解槽针振的分析研究

[摘 要]铝电解槽稳定高效一直是电解铝行业所要追求的，本文分析了电解槽的针振的各种原因及预防，为提高电解槽的平稳运行做了深入的分析研究。

[关键词]针振 电压摆 针振预防 电解槽平稳运行

中图分类号：TM921.51 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）36-0274-01

前言

240KA预焙电解槽采用双阳极，4端母线进电，尽管在设计时优化了磁场，但目前所有电解槽几乎都会发生针振，因此，研究电解槽的针振现象及预防特别重要，对提高电解槽的平稳运行，预防针振的频繁发生，降低电耗、减少二次反应损失，提高铝电槽的电流效率非常有意义。

1.针振的表现形式

铝电解槽控制采取计算机控制槽电压以达到控制电解槽的运行电压，运行电压则决定电解槽的热收入，当电解槽槽电压发生强烈波动时，俗称“电压摆”，这时电解槽稳定性表现异常。控制系统经过计算机分析将电压摆进行分析，通过槽电压和预警系统通报给现场操作人员：电压摆动（低频噪声），电压针振（高频噪声），如果区分不严格两者可称为电压针摆，计算机会自动提升阳极（提高电压）来消除或减弱针振的幅度。

电解槽一旦发生针振，降破坏其稳定性，正常的工艺条件难以得到良好保持，频繁的高幅度针振会加大对炉膛的破坏，使铝的二次反应加大，增加铝离子的损失，降低电流效率，高强度的针振处理起来费事费力，为后期电解槽的运行埋下隐患（图1）。

2.针振产生的原因

2.1 外部原因，磁场干扰

从本质上讲，电解槽的针振时由于槽内水平磁场和水平电流相互产生的电磁力作用于铝液引起波动造成的。现代大型电解槽大都采用大面立柱母线进电方式，利用相邻立柱母线产生的磁场相反，叠加相抵的原理，阴极母线采用非对称性的母线配置以抵消相邻列电解槽磁场的影响，但不可能完全抵消磁场的作用力，当电解槽内部产生变化的时候，磁场的影响就凸显出来，产生电压摆，针振。

2.2 炉膛的内在原因

由于目前电解槽都趋于努力高槽寿命，电解槽一旦运行，长达数年之久，在此运行程中由于技术人员更迭，技术条件的保持，各有不同，从而难以保证电解槽都在同一个技术层保持，就会产生电解槽炉膛不规整，槽内铝水总量不足，槽底沉淀多，结壳严重，槽底沉淀多，电解质温度变化大，阳极电流分布不均衡等等都是诱发电解槽针振的因素。经过我们长期观察，电解槽炉膛不规整是诱发电压针摆的重要因素。

2.3 阳极故障对针振的影响

电解槽的预焙阳极在消耗了一定周期后，要通过换入新阳极以维持电解槽的正常生产，阳极发生的病变在电解槽针振中占70%左右，阳极是电解槽的心脏，对阳极的检查，和对换极操作的管理十分重要。

3.针振的预防

综上所述，我们可以得知电解槽的针振大概由以上因素引起，磁场设计在后期无法改变，所以我们预防针振只能从电解槽的内部场，和阳极故障上做研究。

3.1 电解槽好炉膛的保持

短期稳定靠过热度，长期稳定靠炉膛，电解槽的好炉膛，就像人要有个好脾胃，规整的炉膛，阳极投影正下方，成倒梯形，形成坚固的炉帮，使电流能够垂直通过阳极，电解质，铝液，从阴极导出。当电解槽的热平衡发生变化时，电解槽的自我调节能力减薄或增厚炉帮，使电解槽恢复正常，我们通常使用“高分子建炉膛”，电解槽在启动的非正常期通过高分子建炉膛，形成电解槽的初始炉膛，此时的炉帮不易熔化，不易遭到破坏。生产中保持较好的炉膛和处理畸形炉膛应从以下方面入手。

3.1.1 保持技术条件的平稳

电解槽的调整勿大起大落，以稳定为前提，槽电压和过热度的不能频繁变化，电压，过热度决定着炉帮。电压升高，过热度高容易造成熔化炉帮，这两项技术条件决定炉帮。例，当热收入降低时，炉帮收缩，电解质水平下降，效应系数增加，应考虑提高设定电压，相反，电解槽热，炉帮熔化，电解质水平高，应适当降低电压，减小热收入，在我们调整电解槽时尽量调整1-2个技术参数，以静制动，使用技术手段调整热平衡，使电解槽始终保持良好的过热度。如果技术条件变化过快，电解槽都具有的滞后性，久而久之，电解槽炉膛就有可能变为畸形炉膛。

3.1.2 用铝量在进行炉膛调整

出铝量在规整炉膛方面起着重要作用，用加大出铝或者适当留铝来控制炉底，伸腿，从而实现调整热平衡。伸腿的长短随着铝水平的高低发生变化。伸腿肥大，特别是角部，容易导致阳极支角，或局部消耗不良，而引发电压波动，导致电解槽针振。这时可以通过铝量调节来改善炉底伸腿状况，反复几个周期，消 耗肥大的部分，回填较薄的区域，以出铝为主，配合适当的电压，能保证炉膛的规整。

3.2 阳极发生故障的针振分析

3.2.1 换极过程中压距现象，在换极过程中，电压异常，一般为电压下降，在装入新极后，母线产生位移，装入新极后，换极前与换极后极距产生变化从而发生“压距”，导致电压摆。要避免此类情况，需将该槽运行电压人为抬高，如30MV-50MV，在换极时保持此电压不会下降，可有效降低“压距”现象。

3.2.2 新极的安装精度也是影响针振的主要因素，通过使用精确的阳极定位，测量新极的等距压降的方法来判断新极的安装精度，使阳极调整到合理位置，使阳极的电流分配趋于合理。

换极过程中壳面块，中缝积料大量沉积在炉底，落入电解质中，随着电解质的流动而沿着阳极底掌到处漂移，有时会与铝液和电解质之间形成导电通路，从而引起局部瞬间短路使电压剧烈波动产生针振，所以在换极过程中尽量捞干净壳面块，处理好炉底。

4、结束语

处理针振，重在预防。

我们在处理针振时，必须树立稳定压倒一切，树立技术条件的平稳远比操作质量重要的思路，处理针振调整电解槽的阳极分布，只是权宜之策，重要的是找出针振的影响因素，对症下药，从本质上消除针振。重点是保持保持工艺条件的合理保持，对电解槽的调整求稳，不要急于求成，规范换极操作，重视炉帮的管理，炉底的清洁，是预防电解槽针振的有效办法。

参考文献

[1] 《现代铝电解生产技术与管理》作者：梁学民，张松江，中南大学出版社.

[2] 《现代铝电解》作者：刘业翔.冶金工业出版社.