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愛吃魚的胖鼠新蟲 (初入文壇)
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鋁電解槽在低電壓下的能量平衡研究
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鋁電解槽在低電壓下的能量平衡研究 摘 要：鋁電解生產(chǎn)過程中保持能量平衡是電解槽平穩(wěn)高效運(yùn)行的基本條件，特別是近年來隨著無效應(yīng)低電壓技術(shù)、新型結(jié)構(gòu)電解槽技術(shù)和異型陰極鋼棒技術(shù)的出現(xiàn)，槽電壓不斷降低，在其生產(chǎn)過程中，對(duì)能量平衡的調(diào)整要求越來越高。本文通過分析能量平衡的原理，總結(jié)了四項(xiàng)低電壓技術(shù)運(yùn)行時(shí)能量平衡調(diào)整方向，即將內(nèi)襯結(jié)構(gòu)由散熱型改為保溫型設(shè)計(jì)、適當(dāng)提高陽極電流密度、注重區(qū)域能量調(diào)整和合理匹配技術(shù)條件，并列舉了完善焙燒啟動(dòng)制度、控制突發(fā)陽極效應(yīng)、優(yōu)化陽極更換作業(yè)、增加必要的外保溫、適時(shí)調(diào)整煙氣流量和加強(qiáng)日常生產(chǎn)管理六項(xiàng)能量平衡調(diào)整措施。中國(guó)鋁業(yè)某企業(yè)在采用低電壓技術(shù)過程中，通過合理的能量平衡措施，使普通電解槽的工作電壓從4.15V降至3.90V，新型結(jié)構(gòu)電解槽降低到3.77V，取得了明顯的節(jié)能效果。 關(guān)鍵詞：鋁電解；能量平衡；低電壓；新型結(jié)構(gòu)電解槽 Analysis of aluminum electrolytic cell under low voltage of energy balance Abstract: It is the fundamental requisition of smooth and efficient running for aluminum smelter that energy balance be kept in the process of smelting. This requirement has become more and more serious with the development of new technologies, such as low voltage with no effect, new structural smelter, and cathode steelbar. In this paper theory of energy budget analyzing has been studied, and the adjusting trends of energy balance have been proposed with the application of four low-voltage technologies, which includes transforming the designing of inner lining from heat dissipation to thermal insulation, properly improving anodic current density, adjusting regional energy, and matching technical parameters. Also the measures of adjusting energy balance are pointed out, which are optimizing baking start-up rules, controlling sudden anode effect, bettering replacement of anode, strengthening necessary external thermal insulation, timely adjusting flue gas flux, and intensifying daily production management as well. An Enterprise of Chalco has reduced working voltage from 4.15 to 3.90 for general smelters, while to 3.77 for the smelters with new structure when popularizing the technology, and the apparent energy saving has been achieved. Key words: Aluminum Smelting; Energy Balance; Low-Voltage; Smelter with New Structure; 1 前言 鋁電解生產(chǎn)過程中保持電解槽能量平衡和物料平衡是電解槽平穩(wěn)高效運(yùn)行的基本條件。能量平衡在電解槽大型化、電流強(qiáng)化、降低工作電壓的工藝改進(jìn)中的調(diào)整作用更加突出。特別是近年來無效應(yīng)低電壓技術(shù)、異型陰極鋼棒技術(shù)、新型結(jié)構(gòu)槽技術(shù)和阻流塊技術(shù)等一批低電壓技術(shù)的出現(xiàn)，使得槽電壓不斷降低，對(duì)能量平衡的調(diào)整要求越來越高。 中國(guó)鋁業(yè)某企業(yè)從2006年系列投產(chǎn)開始一直研究開發(fā)無效應(yīng)低電壓節(jié)能技術(shù)，該技術(shù)在保持電流效率不下降且穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，通過各種方法降低電解槽外圍壓降和極間壓降使普通電解槽的完成電壓達(dá)到3.8V以下，取得了明顯的節(jié)能效果。 2 能量平衡原理 根據(jù)鋁電解槽熱平衡理論公式可以看出，對(duì)于不同容量的電解槽來講，當(dāng)槽電壓、電流效率和體外電壓(導(dǎo)體壓降)在同一水平上時(shí)，其單位電流（KA）的熱損失是相等的。 Q=I{V-（1.647η%+0.48）-R體外I} 上式兩側(cè)分別除以電流I，則得到單位安培的熱損失a熱損。 a熱損=V-（1.647η%+0.48）-V體外 式中：Q—熱損失能量，J；I—電流強(qiáng)度，A；η—電流效率，%；V—工作電壓，V。 通過上式可以看出，當(dāng)鋁電解槽采用低電壓技術(shù)時(shí)，V勢(shì)必會(huì)減小，要想保持原有電流效率η%保持不變的情況下，只能通過降低a熱損來實(shí)現(xiàn)較低的V。因此，采用低電壓技術(shù)的關(guān)鍵是降低鋁電解槽的熱損失。 在鋁電解生產(chǎn)過程中，能夠進(jìn)行人為控制和調(diào)整的熱損失主要是電阻型能量損失，它主要經(jīng)電解槽上部、側(cè)部和底部以傳導(dǎo)熱損失、對(duì)流熱損失和輻射熱損失的形式進(jìn)行散熱。而在外部供電系統(tǒng)穩(wěn)定的情況下，影響電解槽熱平衡的因素主要有：氧化鋁加料、保溫料厚度、更換陽極作業(yè)、出鋁作業(yè)、陽極效應(yīng)和電解質(zhì)成份變化和電流效率變化等。因此，需要用有效的手段來控制影響能量平衡的因素，以保證電解槽能量平衡。 典型的預(yù)焙鋁電解槽熱損失分布情況如圖1。 3 能量平衡調(diào)整方向 3.1 轉(zhuǎn)變內(nèi)襯設(shè)計(jì)理念 隨著低電壓工藝技術(shù)的應(yīng)用，原有的散熱型設(shè)計(jì)理念已經(jīng)不能滿足實(shí)際生產(chǎn)的需要，通過對(duì)各企業(yè)應(yīng)用低電壓技術(shù)的研究和分析，電解槽的設(shè)計(jì)理念應(yīng)由散熱型逐步改為保溫型設(shè)計(jì)。 能量平衡首先應(yīng)從電解槽內(nèi)襯設(shè)計(jì)著手，在槽內(nèi)襯設(shè)計(jì)上應(yīng)選擇在槽底部、陰極區(qū)和角部采用導(dǎo)熱系數(shù)低、質(zhì)量輕，經(jīng)濟(jì)并且容易砌筑的保溫材料替代原有保溫材料，如應(yīng)用導(dǎo)熱系數(shù)小的陶瓷纖維板代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硅酸鈣板，保溫型澆注料代替高強(qiáng)澆注料，側(cè)部采用節(jié)能異型側(cè)塊。 圖2為保溫型電解槽內(nèi)襯結(jié)構(gòu)示意圖，目前被全國(guó)各大鋁廠普遍采用。 3.2 提高陽極電流密度。。。。。。 ---文章摘自《世界有色金屬》15年第7期 |
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