大型铝电解槽低电压物料及能量双平衡控制技术

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1、doi：10.3969/j.issn.1007-7545.2013.04.008大型铝电解槽低电压物料与能量双平衡控制技术秦卫中，王有来，李勇，李炜煜，张树东，李孟湘（四川启明星铝业有限责任公司，四川眉山620041）摘要：介绍大型铝电解槽低电压物料与能量双平衡控制的技术和6年的应用实践。通过采用实时天平式氧化铝浓度控制技术，电解槽氧化铝浓度可以平稳均匀控制在1.5%~2.5%。通过对槽电压和自动添加氟化铝进行实时控制、以及对电流效率的评估，从而保证了电解槽能量的平衡稳定。关键词：铝电解槽；槽电压；物料平衡；能量平衡中图分类号：TF821文献标志码：B文章编号

2、：1007-7545（2013）04-0000-00MaterialandEnergyDoubleBalanceControlTechnologyforLarge-ScaleAluminumCellwithLowCellVoltageQINWei-zhong,WANGYou-lai,LIYong,LIWei-yu,ZHANGShu-dong,LIMen-xiang(SichuanAostarAluminumCo.,Ltd.,Meishan620041,Sichuan,China)Abstract:Materialandenergydoublebalanceco

3、ntroltechnologywithlowcellvoltageanditssix-yearplantpracticewereintroduced.TheconcentrationofAl2O3inaluminumcellissmoothlyandsteadilycontrolledat1.5%~2.5%withapplicationofreal-timeAl2O3concentrationcontrollingtechnology.Theenergybalanceofaluminumcellisensuredbyreal-timecontrolofcell

4、voltageandautomaticadditionofAlF3.Keywords：aluminumcell;cellvoltage;materialbalance;energybalance随着计算机控制技术和铝工业的发展，国内先后开发了铝电解槽自适应控制、智能多模式控制等技术，这些控制技术的成功应用使我国的大型铝电解槽的技术经济指标得到明显提高，电流效率从87%~89%提高到91%~93%，吨铝直流电耗从高于14000kWh降到13200～13600kWh。随着我国对节能减排的要求越来越高，以及取消优惠电价，迫使电解铝企业通过优化设计或改善电解槽的电、磁

5、、热、流物理场，或通过提升工艺控制等手段来降低电解槽的运行电压。目前国内部分电解铝企业的槽电压从4.1V以上降到3.8~3.9V，甚至3.80V以下。四川启明星铝业有限责任公司通过在不停电状态下对系列电解槽母线进行改造，优化电解槽的电磁场，降低垂直磁场强度43%，电解槽母线压降降低35mV；通过新型阴极技术运用，改善了流场，铝液流速降低15%；通过使用全保温型电解槽内衬结构技术减少了热损失，槽壳侧部各区域平均温度降低了40℃，槽壳底部温度降低了15~20℃。通过应用预焙阳极深度开槽技术，阳极压降降低60mV以上。在低电压电解工艺中，随着电压降低，电解槽热收入减

6、少（系列电流不变时），过热度呈下降趋势，氧化铝溶解性下降。若控制不当，将破坏电解槽的物料与能量平衡，因此如何控制物料与能量平衡是低电压生产过程的控制核心，直接决定生产的稳定性和指标。我公司与贵阳铝镁设计研究院2005年联合开发了大型铝电解槽物料与能量双平衡控制技术，经过6年的推广应用，已在国内多家电解铝厂20多个系列以及印度BALCO和VENDATA铝厂9个系列上应用，都取得了良好的效果。1低电压控制对象的确定1.1低电压生产物料平衡控制铝电解槽物料平衡是指加入到电解槽的物料总量与电解槽产出总量保持平衡。加入电解槽的物料包括：氧化铝、启动时灌入的铝液、阳极炭、

7、主要添加剂氟化铝、少量添加剂钙盐、镁盐、钠盐等。电解槽产出包括：铝液、CO2、CO、少量阳极炭渣等。其中，纳入能量平衡控制对象的主要由启动时灌入的铝液、主要添加剂氟化铝和产出的铝液。而阳极炭、CO2、CO、少量阳极炭渣以及少量添加剂钙盐、镁盐、钠盐不列为控制对象。由于铝液产出量（即出铝量）是最直接的经济指标，是电流效率的直接体现，过多或过少都将影响电解质温度。因此，物料平衡控制对象主要是投入的氧化铝。加入到电解槽内的氧化铝溶解进入电解质体系并参与电化学反应、形成炉帮、形成沉淀或结壳。在低电压下，热收入减少，电解质中氧化铝易饱和或失真，电解槽容易产生沉淀结壳或伸

8、腿。因此我们将氧化铝浓度控制作为低电压