铝电解培训教材1(初稿)

第1章铝的性质与用途第1节铝的性质铝是自然界中分布极广的元素之一，地壳中铝的含量为7.35%，仅次于氧和硅而居第三位。由于铝是化学性质极为活泼的元素，所以在自然界中未发现单质的金属铝，而是以铝的各种化合物存在。铝土矿是现在的主要炼铝原料，此外还有明矾石等，世界铝土矿总储量320亿吨以上，我国山西、河南、山东和广西等地蕴含着丰富的铝土矿。从铝土矿或其他含铝原料中生产氧化铝，实质上是将矿石中的Al2O3与SiO2、Fe2O3、TiO2等杂质分离的过程。炼铝的历史可分为两个阶段，分别为化学法炼铝阶段与电解法炼铝阶段。尽管在自然界中含有极为丰富的铝，但铝第一次制取出来却是不到二百年前的事。1825年丹麦的厄尔施泰（H·C·Oersted）在实验室中用钾汞齐还原无水氯化铝（AlCl3）,在世界上第一次得到铝。1845年法国人戴维尔（H·S·Deville）用钠还原NaCl·AlCl3混合盐也得到金属铝，并在法国进行小规模生产。到1877年电解法投产以前，世界上仅用化学法生产金属铝，这一阶段，铝产量极低，使铝成为世界上极为昂贵的金属之一。1886年，美国的霍尔和法国的埃鲁特发明了冰晶石—氧化铝熔盐电解法炼铝，很快电解铝取代了化学法，而且产量迅速提高，成本迅速下降，到目前为止的百年间，铝工业发展成为仅次于钢铁工业的第二大金属冶炼工业。铝是一种具有银白色光泽的金属，常温下其比重只有2.7g/cm3,是一种轻有色金属，它的主要特性如1－1。表1-1铝的主要特性 原子序数 13 密度（g/cm3） 2.699(固)、2.3(液) 原子价 ＋3 溶点（℃） 659 沸点（℃） 2467 熔化盐（J/g） 386.6 导热系数（J/cm·S·℃） 2.08（固，20℃）、2.18（固，200℃） 导电系数（10-4Ω-1·cm-1） 36～37（20℃） 电化学当量 （g/A·h） 0.3356 （A·h/g） 2.980第2节铝的用途铝可与许多金属形成合金,某些铝合金的机械强度很高,而且仍保持着质轻的优点,因此铝被广泛用于制造飞机的外壳、火车、汽车的车箱，以及快速转动的零部件等。铝是一种优良的导电材料，仅次于金、银、铜、水银。然而，与单位重量导电性而议，铝比其他任何金属的导电性都好。按照传导等量电流计算，铝的导电截面是铜的1.6倍，而重量只有铜的一半。因此铝广泛用于电气工业和无线电工业。铝具有良好的导热性，反光性。铝的导热性是不锈钢的10倍，它是制造活塞，热交换器，饭锅，电烫斗等传热设备的理想材料。同时利用铝具有良好的反光和热的性能，制造反光镜，隔热板，又可用来制作保温材料。铝极富延展性，很容易进行机械加工，轧制，切削，拉丝，压延，锻造等。铝具有良好的防腐性能。铝在空气中表面生成一层致密、光亮、坚硬、透明的氧化铝薄膜，起到天然保护层作用。所以，铝是经久耐用的建筑材料，在建筑业和装饰业上获得广泛应用。铝没有毒性，用它来包装食品及化学用品不会影响味道和质量，对人体不会带来危害。铝不带磁性，也不会产生附加磁性，故广泛用来制造精密仪器。总之，铝是当今电力、冶金、轻工、化工、航空航天、机械、建筑、食品等许多行业不可缺少的重要原材料，它和钢铁一样，已成为现代经济起飞的基础。铝的优异性能和丰富藏量，将使铝工业成为最有前途的重要产业之一。第二章铝电解基本理论知识铝的工业生产，一直采用冰晶石—氧化铝熔盐电解法。本章以冰晶石—氧化铝熔盐电解为基础，介绍有关铝电解的基本理论知识。第1节铝电解基本原理电解是指借直流电的作用，在阴阳极两极上实现电化学反应的过程。也就是说当直流电通过电解质时，电解质的某种成份在电极上分离出来，这种现象称为电解。更简单地说电解是由化合物经电离放电到变成原子的过程。根据法拉第定律指出,对任何物质,通过96485库仑(即26.8安培·时)应析出一克当量铝(即8.9938克),那么通过1安培·时,应析出0.3356克铝。因此，铝的电化学当量是在电解质通过1安培·时电量时,理论上应析出0.3356克铝。在铝电解生产中用法拉第定律计算理论产量时，其公式如下：M＝K×I×TM-----理论产铝量（克）K-----铝的电化学当量（克/安培·时）I-----通过的电流（安培）T-----通过的时间（小时）铝电解生产的电流效率是指铝电解过程中，原铝实际产量与原铝理论析出量的百分比（%）。用公式表示为：电流效率=×100%=×100%由于铝电解过程中，在两极上发生二次反应、铝的溶解损失、钠离子的析出、炭化铝的生成、电流的损失和电流的空耗、及其它机械损失等因素的影响，实际上在阴极上所得到金属铝的数量远低于理论上应得到的数量，因此电流效率应小于100%，而一般在86～96%之间。铝电解生产所需的大宗原材料大致可分为三大类：a.原料——氧化铝b.熔剂——氟化盐（包括冰晶石、氟化铝、氟化钠、氟化钙、氟化镁、氟化锂等）c.阳极材料——阳极糊或预焙炭块氧化铝是铝电解生产过程的主要原料，其熔点很高（2050℃），不易直接熔化提炼铝。但是，固体氧化铝可以部分地溶解在熔点较低的冰晶石熔融液中，形成均匀熔体，并且此溶体具有良好的导电性，这使得铝的电解冶炼能在低于氧化铝熔点较多的条件得以实现。固体氧化铝溶解在熔融冰晶石熔体中，当通入直流电后，即在两极上发生电化学反应，在阳极上得到气态物质，阴极上得到液态铝，其过程为：溶解的氧化铝液态铝(阴极)+气态物质(阳极)。生产一吨金属铝，理论上需要氧化铝1889kg,但实际上则需1925～1940kg。铝的工业生产全部采用炭阳极，随着电解过程的进行，炭阳极参与电化学反应，生成碳的化合物----二氧化碳（CO2）反应式为：2Al2O3+1.5C2Al＋1.5CO2在阴极上：Al3+(络合物)+6e→2Al（液）在阳极上：O2—（络合状）+－4e→CO2（气）上述反应过程是当今铝生产的基本原理。随着反应不断进行，电解质熔体中的氧化铝和固体炭阳极不断被消耗掉，生产中需不断向电解质熔体中添加氧化铝和补充炭阳极，使生产得以连续进行。冰晶石在理论上不消耗，但在高温熔融状态下会发生挥发损失和其他机械损失，因此，电解过程中也需作一定的补充。除此之外，反应过程中还需供给大量的直流电能（约为13000－15000kwh/t－Al）以推动反应向生成铝的方向进行。第二节铝电解质及其性质1.电解质的组成在铝电解生产过程中，连接阳极和阴极之间的熔盐体叫电解质。更确切地说，熔盐电解质是以冰晶石为熔剂，氧化铝为熔质，组成的冰晶石—氧化铝熔体为主，其它氟化盐为添加剂，这种熔融体叫电解质。2．熔剂的特性在电解过程中，液体电解质是保证电解过程能够进行的重要条件之一。液体电解质即指冰晶石—氧化铝均匀熔融体，其主要成份是冰晶石。（占85%左右）。冰晶石的化学式为Na3AlF6(或3NaF·AlF3)。冰晶石中所含氟化物钠摩尔数与氟化铝摩尔数之比，称为冰晶石的摩尔比（俗称分子比），其表达式为：冰晶石的摩尔比（分子比）＝摩尔比等于3的冰晶石称为中性冰晶石，冰晶石的摩尔比即可大于3，也可小于3，大于3的称为碱性冰晶石，小于3的称为酸性冰晶石。工业上也将冰晶石中氟化钠与氟化铝的组成比用质量比表示，在比值上，摩尔比是质量比的2倍，如摩尔比等于3的冰晶石，其质量比等于1.5。摩尔比等于3的冰晶石形成的电解质称为中性电解质，摩尔比大于3的冰晶石形成的电解质称为碱性电解质，摩尔比小于3的冰晶石形成的电解质称为酸性电解质。目前铝工业上均采用酸性电解质生产。3．初晶温度初晶温度是指液体开始形成固态晶体的温度。固态晶体开始熔化的温度称为该晶体的熔点。初晶温度与熔点的物理意义不同，但在数值上相等。冰晶石—氧化铝均匀熔体电解质其初晶温度随氧化铝含量增多而降低。电解质的摩尔比（分子比）降低，其初晶温度也随之降低，但氧化铝的溶解量也会降低。电解生产中需要电解质的初晶温度越低越好，这样可以降低工作温度（工作温度一般控制在初晶温度以上10～20℃范围）。工作温度越低，减少设备变形，延长设备使用寿命，工人劳动环境改善，电解质挥发损失小。而且，更重要一点，电解过程中电流效率随电解温度降低而提高，即可以降低电能消耗，又可以增加产量。4.密度密度是指单位体积的某物质的质量,其单位为g/cm3。工业铝电解质溶体的密度随温度的升高，氧化铝含量增多而降低。实际生产中需要电解密度较低为好，铝电解生产中，铝与电解质是两种相溶性很小的液体，铝水的密度比电解质大，故沉于电解槽底部，它们之间的分离靠两种溶体的密度差来实现。因铝水的密度一定，只有减小电解质熔体的密度来增大其密度差来实现，从而使两种液体良好分离。5．导电度导电度称为比电导或导电率，它是物体导电能力大小的标志，通常用比电阻的倒数来表示。单位为：Ω-1·cm-1。在电解质熔体中，随着氧化铝浓度的增加，电解质的导电度减少。工业电解质的导电度一般在2.13～2.22Ω-1·cm-1范围内，生产中需要电解质具有大的导电度。电解质导电性越好，其电压降就越小，越有利于降低生产能耗。6.粘度粘度是表示液体中质点之间相对运动的阻力，也称内摩擦力，单位为Pa·S(帕·秒)。熔体内质点间相对运行的阻力越大，熔体的粘度越大。工业铝电解质的粘度一般保持在3×10-3Pa·S左右，过大或过小，对生产不利。电解质粘度过大，会降低氧化铝在其中的溶解速度，会阻碍电解质中碳渣分离和阳极气体的逸出，给生产带来危害。但电解质粘度过小，会加快电解质的循环，加快铝在电解质中的溶解损失，降低电流效率，而且加快氧化铝在电解质中的沉降速度，造成槽沉淀。7．部分添加剂对电解质性质的影响及特点⑴添加剂AlF3、CaF2、MgF2的共同优点：——增大铝液与电解质间的界面张力，降低铝的溶解损失；（按wt%计，AlF3>MgF2>CaF2）——降低初晶温度（MgF2>CaF2>AlF3）。⑵添加AlF3、CaF2、MgF2的共同缺点：——降低电解质的导电率（AlF3>MgF2>CaF2）；——降低氧化铝的溶解度（AlF3>MgF2>CaF2）。⑶添加AlF3（降低分子比）与添加CaF2／MgF2的不同特点：①MgF2、CaF2：——增大电解质与炭间界面张力，能降低电解质在阴极炭块中渗透,有利于炭渣分离,可能不利AE控制（不利气泡排出）；——增大电解质粘度，不利于炭渣分离（与上条特性矛盾）,不利于铝珠与电解质分离（有损电流效率）不利于较大幅度降低温度；——增加电解质的密度（8%以下时,MgF2>CaF2，8%以上时，则反之）；——不仅降低氧化铝溶解度，且还降低氧化铝溶解速度；——促进边部结壳生长。②AlF3：——降低电解质与炭间界面张力（优点、缺点正好与MgF2／CaF2相反）；——降低电解质粘度（正好与MgF2／CaF2相反）；——降低电解质密度（正好与MgF2／CaF2相反）；——虽降低氧化铝溶解度，但对氧化铝溶解速度几乎无直接影响；——增大电解质挥发损失（无烟气净化时，损失大）。⑷添加LiF的作用：优点：降低初晶温度（LiF>MgF2>CaF2>AlF3）；提高导电率；降低电解质密度。利用LiF可降低初晶温度和提高电导率的特点，可强化电流（每增加1%LiF，电流可提高1.25%，同时基本维持过热度不变，电耗可降低）。缺点：降低氧化铝的溶解度和溶解速度；价格较昂贵。总的来讲，含锂的电解质其电流效率不如高AlF3的好，主要是沉淀问。理论和实践表明电解质分子比降低，电流效率提高。80年代以来，国外现代化大型预焙槽上流行使用分子比为2.1～2.3的电解质，不添加其他添加剂。理论及生产实践表明，每加1%AlF3，就增加电流效率0.5%。但如果分子比过低（AlF3含量过高）则：a.减小了电解质导电率；b.减小了氧化铝溶解度；c．增大了电解质的挥发损失；d．增大了Al4C3的溶解损失（阴极和内衬的腐蚀增大）；e.易生成铝的低价氟化物而增加铝损(减低电效);f.操作困难，对控制要求高。因此，不能稳定保持的低分子比并非能得到高电流效率的结果。整体电解质成分对基本性质的影响见下表2－1表2－1电解质成份对其基本性质的影响 电解质性质 电解质熔点（℃） 氧化铝溶解度（%） 比重（g/cm2） 粘度（Pa·s） 挥发性 导电率（欧姆·厘米） 表面张力和湿润性 增加氟化钠含量 降低 提高 降低 降低 提高 降低 增加氟化铝含量 降低 降低 降低 降低 增加 降低 增加 增加氟化钙含量 降低 降低 增加 降低 增加 增加氟化镁含量 降低 降低 增加 降低 增加 增加氧化铝含量 降低 降低 增加 降低 降低 提高电解质温度 提高 降低 降低 增加 提高 降低 炭粒含量增加 增加 降低 降低8.两极副反应在铝电解过程中,除前面讲的两极主反应外,同时在两极上还发生着一些复杂的副反应.这些副反应对生产有害无益,生产中应尽量加以遏制。⑴阴极副反应①铝在电解质中的溶解反应和损失:在铝电解过程中，处于高温状态下的阴极铝液和电解质的接触面上，必然有析出的铝溶解在电解质中，一般认为，阴极铝液在电解质里的溶解有以下几种情况：a.溶解在熔融冰晶石中的铝，生成低价铝离子和双原子的钠离子。2Al+Al3＋＝3Al＋Al+6Na＋＝Al3＋+3Na2＋b.在碱性电解质中，铝与氟化钠发生置换反应。Al＋3NaF＝AlF3＋3Na2＋c.铝以电化学反应形式直接溶解进入电解质熔体中。Al(液)－e＝Al＋②金属钠的析出:在阴极的主反应是析出铝而不是钠,因为钠的析出电位比铝低。但随着温度升高，电解质分子比增大，氧化铝浓度减小，以及阴极电流密度提高，钠与铝的析出电位差越来越小，而有可能使钠离子与铝离子在阴极上一起放电，析出金属钠。Na＋+e＝Na在碱性电解质中，溶解的铝也可能发生下列反应而置换出钠。Al+6NaF＝Na3AlF6+3Na析出的钠少部分溶解在铝中，剩下的一部分被阴极碳素内衬吸收,一部分以蒸汽状态挥发出来,在电解质表面被空气或阳极气体氧化,产生黄色火焰。③碳化铝（Al4C3）的生成:在高温条件下，铝可与碳发生反应生成碳化铝4Al+3C＝Al4C3⑵阳极副反应①阳极效应:阳极效应是铝电解过程中发生在阳极上的一种特殊现象。a.阳极效应发生的机理：阳极效应的发生，是阳极表面性质，电解质的性质和阳极气体性质改变的综合结果。在正常电解时，电解质中的氧化铝含量较高，此时在阳极上总是含O2-离子放电，连续析出CO2和CO气体。由于阳极表面总是新鲜的,电解质有足够的湿润能力,于是析出的气体则以小的气泡逸出。随着氧化铝含量的逐渐减少，F-离子开始放电（与O2-离子一起放电），生成碳氟类络合物，而后分解生成COF2或CF4。因此，改变了阳极气体成分的同时，也改变了阳极的表面性质。电解质对阳极的湿润变坏，由于气体薄膜的作用，和阳极表面性质改变而电阻增大，则电压升高，于是阳极效应发生。b.阳极效应现象：当阳极效应时,在阳极与电解质接触的周边上,出现许多细小的弧光闪烁,电解质像小雨点似的沿阳极上溅,并可听到咝咝的响声。槽电压骤升到数十伏，并联在电压表上的指示信号灯也亮了起来。c.阳极效应产生原因:主要原因是电解质中AL2O3含量降低，使阳极临界电流密度下降，电解质在阳极表面上的湿润性变坏。临界电流密度是指在一定条件下，发生阳极效应时的阳极电流密度。它随氧化铝浓度减少而减小，还与电解质温度、阳极材料、电解质成份等因素有关。d.阳极效应的影响与危害性：发生阳极效应时电压骤升，挥发剧烈，消费大量的电能和各种原材料，又影响铝水品位，增加劳动量，恶化环境等。但偶尔发生阳极效应，可清理电解质中的碳渣，对冷槽可用阳极效应提供热能调整热平衡等。9.铝的二次反应冰晶石—氧化铝熔盐电解阳极一次产物是二氧化碳气体，但是在所有工业电解槽帮上对阳极气体的测量结果均不是100%的二氧化碳，一氧化碳的产生一般认为是电解发生反应的同时，伴随着一系列副反应所致，主要过程为溶解于电解质中的铝被带到阳极区间与二氧化碳接触而被氧化，即铝的二次反应。2Al(溶解的)＋3CO2＝Al2O3＋3CO此外，由于碳阳极散落掉渣，分离后飘浮在电解质表面，当二氧化碳气体与这些碳渣接触时，会发生还原反应而生成一氧化碳。C＋CO2＝2CO在阳极副反应中，铝和二氧化碳的反应是电解过程中降低电流效率的主要原因，生产中应尽量控制这类不利反应的发生。第三章铝电解生产概况第1节铝电解生产流程现代铝工业生产采用冰晶石――氧化铝融盐电解法。熔融冰晶石是溶剂，氧化铝是溶质被溶解，以碳素作为阳极（预焙阳极块），铝液作为阴极，通入直流电流后，在940℃～970℃下，电解槽两极上进行电化学反应，即电解。阳极产物主要是二氧化碳和一氧化碳气体，但其中含有一定量的氟化氢（HF）等有害气体和固体粉尘，须对阳极气体进行净化处理，除去有害气体和粉尘后排入大气。阴极产物是铝液，铝液通过真空抬包从槽内抽出，送往铸造车间，在混合炉内净化澄清之后，浇注成铝锭，或生产其它铸造产品等。其生产工艺流程图如下图3－1：第2节铝电解生产原辅材料1.氧化铝：氧化铝是一种白色粉状物，熔点为2050℃，沸点为3000℃，真密度为3.5-3.6g/cm3，容积比重为1g/cm3。它的流动性好，不溶于水，能溶解在熔融的冰晶石中。它是铝电解生产的主要原材料。氧化铝在电解生产中的作用是：a.不断地补充电解质中的铝离子，使其浓度保持在一定的范围内，保证电解生产的持续进行；b.氧化铝覆盖在电解质壳面上可以起到良好的保温作用，覆盖在阳极炭块上防止阳极氧化；c.在烟气干法净化系统中充当吸附剂，用来吸附电解烟气中的氟化氢（HF）气体。在化学纯度方面，要求氧化铝中杂质含量和水份要低。因为氧化铝中那些电位正于铝元素的氧化物，例如SiO2(二氧化硅)和Fe2O3(氧化铁)，在电解过程中会被铝还原，或者优先于铝离子在阴极析出。析出的硅、铁，进入铝内，降低铝的品位，而那些电位负于铝元素的氧化物，如Na2O、CaO（氧化钙）会分解冰晶石，一是引起氟化盐消耗，二是增加铝中的氢含量，三是产生氟化氢气体，污染环境。P2O3（五氧化二磷）会影响电流效率。氧化铝的化学成分要求见表3-1。表3-1国产氧化铝质量标准（YS/T274-1998）氧化铝的化学成分 等级 牌号 化学成份（％） Al2O3含量不少于 杂质含量不大于 SiO2 Fe2O3 Na2O 灼碱 一级二级三级四级 AO-1AO-2AO-3AO-4 98.698.448.398.2 0.020.040.060.08 0.020.030.040.05 0.500.600.650.70 1.01.01.01.0除化学成分外，中间点式下料预焙槽对氧化铝的物理性能有特殊要求:a.具有较小的吸水性，在电解质中溶解性好；b．粒度适宜，加料时飞扬损失少，能严密地覆盖在阳极炭块上，防止阳极在空气中氧化；c.保温性能好，活性大，从而能有效地吸收HF气体。d.安息角：35～38°。根据氧化铝的物理性能不同，可分为三类：砂状、粉状和中间状，下表3－2列出三种氧化铝的特性。表3-2不同类型氧化铝的特性 氧化铝类型 安息角（°） 灼减（％） 累计（％） -44μm -74μm 砂状中间状粉状 304045 1.00.50.5 5-1530-4050-60 40-5060-7080-90因为砂状氧化铝具有流动性好，溶解快，对氟化氢气体吸附能力强等优点，正好满足预焙槽的生产。生产一吨铝所需要氧化铝，从理论上计算为1889公斤，实际上由于氧化铝不纯及运输，加工时的损失，生产一吨铝实际需要氧化铝约1925～1940公斤氧化铝。2.氟化盐：铝电解生产中所用氟化盐主要是冰晶石和氟化铝，其次有一些用来调整和改善电解质性质的添加剂，如：氟化镁、氟化锂、氟化钙、氟化钠。⑴冰晶石冰晶石分天然和人造两种，由于天然冰晶石在自然界中储量很少，不能满足工业之用，故铝工业均用人造冰晶石。冰晶石分子式为Na3AlF6,或写成为3NaF·AlF3。国产冰晶石和氟化铝的质量标准如表3-3和表3-4。表3-3国产冰晶石的质量标准（GB/T4291-1999） 等级 化学成分，％ 不小于 不大于 F Al Na SiO2 Fe2O3 CaO SO2-4 P2O5 H2O 灼减 特级 53 13 32 0.25 0.05 0.10 0.7 0.02 0.4 2.5 一级 53 13 32 0.36 0.08 0.15 1.2 0.03 0.5 3.0 二级 53 13 32 0.40 0.10 0.20 1.3 0.03 0.8 3.0表3-4国产氟化铝的质量标准（GB/T4292-1999） 等级 化学成分，％ 不小于 杂质，不大于 F Al Na SiO2 Fe2O3 SO2-4 P2O5 灼减 特一级 61 30.0 0.5 0.28 0.10 0.5 0.04 0.5 特二级 60 30.0 0.5 0.30 0.13 0.8 0.04 1.0 一级 58 28.2 3.0 0.30 0.13 1.1 0.04 6.0⑵氟化钙氟化钙分子式为CaF2,其俗名为萤石粉，是一种经过精选品位很高的天然矿物质。在正常的铝电解生产中，往电解质中添加一定数量的氟化钙能降低电解质的熔点，多被用于电解槽启动前装炉，其作用是对炉帮形成有好处，可形成比较坚固的炉帮。⑶氟化钠氟化钠的分子式为NaF,是一种白色粉末，易溶于水。是铝电解质的一种添加剂，用以调整由于新槽的炭素内衬选择性吸收钠盐及装炉时装入大量低分子比冰晶石所造成的分子比下降。一般由于新槽开动也用碳酸钠（曹达）代替氟化钠，这样更加经济且能加速电解质的沸腾与循环，有助于电解质成份均匀。⑷氟化锂氟化锂分子式为LiF，是铝电解生产的一种良好的添加剂，它可以降低电解质的初晶温度，增加电解质的导电度，改善电解质的性质，比氟化镁、氟化钙效果更显著，但氟化锂比较昂贵，铝电解厂有时用碳酸锂（Li2CO3）代替氟化锂，降低成本。3.阳极材料:在铝电解生产过程中，阳极是在高温下与具有很强侵蚀性的冰晶石熔液直接接触，能够受这种侵蚀又有良好的导电性，价格低廉的材料唯有炭素材料。预焙阳极块是预焙电解槽的阳极材料，它是由焦炭按不同的粒度组成，与一定比例的沥青配料、混捏，振动成型，经过高温焙烧而成。为了保证阳极块上槽后，电解生产能够顺利进行，对预焙阳极块必须有严格的质量要求,预焙阳极块的理化标准见表3－5。 表3－5铝电解用预焙阳极质量标准（YS/T285-1998）牌号 灰分％ 电阻率μΩ.m 热膨胀率％ CO2反应性Mg/(cm2.h) 耐压强度MPa 体积密度g/cm3 真密度g/cm3 不大于 不小于 TY-1 0.50 55 0.45 45 32 1.50 2.00 TY-2 0.80 60 0.50 50 30 1.50 2.00 TY-3 1.00 65 0.55 55 29 1.48 2.00除理化指标外，在外观上也有严格要求：a.成品表面粘接的填充料必须清理干净。b.成品表面的氧化面积不大于该表面面积的20％，深度不得超过5mm。c.成品掉棱长度不大于300mm，深度不大于60mm,不得多于两处。d.棒孔或孔边缘裂纹长度不大于80mm，孔与孔之间不能有连通裂纹。e.大面裂纹长度不大于200mm，数量不多于3处。组装后的碳块，外观要求：a.铝导杆弯曲度不大于15mm；b.组件焊缝不脱焊，爆炸焊片不开缝；c.磷生铁浇注饱满平整，无夹渣和气泡。要求碳阳极含杂质尽量少，特别是铁、硅、矾、钛、镍、硫等氧化物。这些杂质不仅影响碳阳极理化指标，而且会在电解过程中进入铝液而影响铝的纯度或影响电流效率，对生产不利。第四章铝电解槽的结构第1节铝冶金的发展概况1886年美国人霍尔（Hall）与法国人埃鲁特（Heroult）不约而同地提出了利用冰晶石－氧化铝熔盐电解法炼铝的专利，开创了电解法炼铝阶段，最初是采用小型预焙电解槽，二十世纪初出现了小型侧部导电的自焙阳极电解槽，二十世纪四十年代出现了上部导电的自焙阳极电解槽，五十年代起大型预焙阳极电解槽的出现，使电解铝技术迈向了大型化、现代化发展的新阶段，电解槽容量到目前为止世界最大电解槽容量已达到500KA，电解槽的设计、安装、操作控制都建立在现代技术的基础上，电解炼铝的技术经济指标和环境保护水平都全然改观、远非往昔可比。一百多年来，铝电解槽的结构有许多改进，其中以阳极结构的变化最大，阳极结构所经历的顺序大致是：小型预焙阳极→侧部导电自焙阳极→上部导电自焙阳极→大型不连续预焙阳极及连续阳极→中间下料预焙阳极。至今为止电解炼铝虽然仍旧是建立在霍尔-埃鲁特的冰晶石－氧化铝熔盐电解的基础上，但是无论是理论上还是工艺上都取得了长足的进步，并继续向前发展。2003年前，南平铝业公司电解铝生产主要采用的是30kA、60kA侧插自焙阳极电解槽，该槽型及生产工艺技术属于国外50年代以前的落后技术，技术经济指标差，耗能大；自动化水平低；电解烟气污染严重，不能有效治理，是国家限期改造和淘汰的槽型和工艺，因此电解铝技术改造势在必行。南平铝业顺应时势，本着高起点、高标准、高技术的原则将原有的60KA侧插自焙槽进行更新换代，优化升级，改造成接近当今国际先进水平的高产、高效、低能耗、低污染的240KA大型中间点式下料预焙槽。南平铝业的年产7.3万吨电解铝技改工程由贵阳铝镁设计研究院设计，总槽数112台，工程建设与投产分三期进行，现已全部投产：2003年6月一期56台槽正式投产，2003年11月二期26台槽陆续投产，2006年7月三期30台槽正是投产。第二节电解槽的工艺特点与技术参数1.南平铝业的240kA预焙铝电解槽具有如下技术特点：①大容量(高产)240kA预焙槽具有大容量的鲜明特点，其单槽日产原铝可达～1816.5kg，且具有单位面积产能高的特点，电解槽平方米单位面积产铝量～45kg，处于国内铝电解领先水平。②高电流效率(高效)240kA预焙槽电解生产可以获得高的电流效率，其设计电流效率为94％。③低投资240kA预焙槽具有电解系列基建投资低的特点，在电解系列等规模条件下，比200kA预焙电解系列节约投资6％。④低能耗240kA预焙槽电解生产的吨铝直流电耗可达到13320kW.h及以下。⑤低污染240kA预焙槽采用密闭电解生产，其电解系列采用先进的干法净化系统，吨铝氟排放量降低到1.0kg以下。综上所述，240kA预焙槽具有高产、高效、低投资、低能耗、低污染等技术特点。2.240KA电解槽设备配置优势有：①优化的母线配置结合国外先进铝厂母线配置的经验，采用先进的电、磁及磁流体动力学数学模型及计算机模拟技术设计的大面“四点进电”母线配置，可使电解槽获得最佳的磁流体动力学效果和稳定性，并采用“当量优化法”模型对母线系统的断面和电流分布进行优化设计，可获得最低的母线投资和电能消耗。②合理的槽内衬与槽壳结构选择了窄炉膛操作面，提高了电解槽单位面积产能，并采用电热模拟技术及非线性槽壳结构有限元优化软件，设计了先进、合理的槽内衬及槽壳结构，可以使电解槽处于较佳的热平衡状态，取得较长的槽寿命，槽壳变形小，材料用量省。③先进的铝电解控制系统在铝电解控制技术方面，采用电解槽自适应控制技术及电解槽智能模糊控制系统技术,Al2O3浓度可控制在1.5～3％范围内，电解温度可有效地控制在950±5℃范围内，效应系数(AE)可控制在0.30次／槽·日以下。3．主要设备技术参数电流强度(kA)：240阳极电流密度(A/cm2)：0.733阳极组数(组)：16(双阳极组块)阳极炭块组尺寸：1550×(660+10+660)×550(mm)每组阳极钢爪数(个)：8每个钢爪直径(mm)：Φ140铝导杆截面：(mm)200×170槽膛面积：(mm)11700×3840槽膛深度：(mm)550操作面尺寸(mm)：大面280（两厂房后15台槽为310）小面390（两厂房后15台槽为420）中缝180阴极炭块尺寸(mm)：3320×515×450阴极炭块组数(组)：20阳极升降速度(mm/min)：100摇兰架组数：活动(组)17固定(组)2阳极母线规格：(mm)550×200阳极最大行程(mm)：400第三节电解槽的槽体构成电解槽由阳极、阴极、槽罩与绝缘物四部分组成1.阳极结构阳极结构即槽上部结构，具体包括阳极、阳极母线、阳极传动机构、打壳下料装置及腹板支承梁等。16组双阳极分两排配置于两组阳极母线外侧，利用卡具将阳极铝导杆压紧在阳极母线上，铝导杆和阳极钢爪之间的过渡采用铝-钢爆炸焊块，钢爪与炭块用磷生铁浇注，钢爪爪头安装炭素保护环，保护钢爪不被电解质侵蚀，阳极示意图见图4－1：图4－1阳极示意图打壳装置是为加料而打开壳面用的，它由打壳气缸和打击头组成。打击头为圆柱形锤头组成，通过锤头杆与气缸活塞相连。当气缸充气活塞运动时，便带动锤头上、下运动而打击熔池表面结壳，下料系统由槽上料箱、下料器组成。料箱上部与槽上溜槽相通。筒式定容下料器安装在料箱的下侧部，筒式定容下料器每次下料1.8kg。每个电解槽设有4个打壳下料装置，两两交错打壳下料。在电解槽一端另设有专供出铝用的打壳装置。阳极提升机构由螺旋起重机、减速机、传动机构和马达组成，起升降阳极作用。两条阳极大母线悬挂在螺旋起重丝杆上，16组阳极通过卡具卡紧在大母线上。阳极大母线即承担导电，又起着承担阳极重量的作用。槽上部结构示意图见下图4-2：图4－2槽上部示意图2.阴极结构阴极结构包括钢槽壳与内衬两大部分钢槽壳系采用摇兰式小船型结构，它由长侧板、短侧板，底板和摇兰托架等焊接组装而成。内衬的底部结构从下往上：一层硅酸钙保温板80mm、二层硅藻土保温砖2×65mm、一层干式防渗料160mm、一层阴极炭块450mm。侧部结构：一层厚120mm的侧部炭－碳氮化硅复合块，大面侧部炭块下部是高强防渗料及保温砖伸缩缝砌体，小面侧部复合块下部是轻质浇注料，所有底部炭块间缝以及侧部复合块与底部炭块间均采用炭素糊扎固，在槽膛内壁用炭素糊扎制人造伸腿。两厂房后15台槽侧部改用90mm碳氮化硅砖替代原120mm复合块，以改进原炭－碳氮化硅复合块易开裂、炭块易氧化等缺陷。内衬结构图如下图4－3：图4－3内衬结构示意图3．槽罩结构采用厚为1.0～3.0mm铝板与铝型材框架焊接而成，每台槽的槽罩由34块大面槽罩、4块角部槽罩与4块小面槽罩构成。4.绝缘物在电解槽上设置绝缘是保证设备和人身安全的需要，也是防止直流电旁路电解反应的需要。在电解系列上，系列电压达数百伏，甚至上千伏。一旦发生短路、接地，容易造成电器设备，特别是电子控制设备事故，一旦人手触摸构成与地回路，还会发生人身事故。电解槽系列使用大功率的直流电，而槽上阳极提升电机、回转计使用的是交流电，若直流窜入交流回路，也会引起设备事故，因此对两者也有进行绝缘的必要。具体设置绝缘物的部位是：①为防止接地，在阴极母线（含汇流母线）―母线墩、槽壳―槽壳支墩、上部结构支烟管―主烟管之间设有绝缘。②为隔离交、直流，在阳极提升电机底座、回转计底座处装有绝缘。③为防止电流旁路漏电、阴阳极短路，在上部槽门型立柱―阴极槽壳、炉罩的上下端、阳极导杆―上部槽结构钢板、打壳机构-上部槽结构之间设有绝缘。④为防止槽与槽之间短路，在槽与槽间钢格盖板的支撑角钢-槽壳之间设有绝缘。第四节电解车间其它主体设备多功能天车、提升框架与出铝抬包是电解厂房的重要设备，本节简要介绍这三种设备的性能与结构。1.多功能天车：南平铝业公司铝电解用多功能天车（以下简称P.T.M）是由贵阳铝镁设计研究院设计、沈阳冶金机械制造公司制造安装的铝电解生产专用设备，每栋厂房配置2台，共4台。P.T.M在电解厂房内完成铝电解槽的各种工艺操作。它集打壳、更换阳极、覆盖氧化铝、出铝、辅助提升阳极母线等各种功能于一体。是机、电、液、气一体化的大型专用设备。它处于高温熔盐、大电流、强磁场、多粉尘和氟化氢气氛的环境中，因此在P.T.M的设计中采取了下列措施，如：重要电气元器件（PLC等）采取了屏蔽防磁、防干扰；有可能与电解槽接触的零部件，如：扳手拧头、阳极导杆夹头、出铝吊钩、加料管等采用防磁材料。每个机构，如：打壳机构、更换阳极装置、下料装置、操作室等都设置多道绝缘，防止P.T.M与电解槽之间交、直流混电，确保工作人员的安全，设有用电设备漏电实时检测系统。为保证安全操作，各机构均有联锁、限位、限速措施，并设有各种故障报警信号。其主要由运行大车、运行工具车、出铝车、电气系统、液压系统、气动系统等组成，P.T.M的总重量约72t，电气总容量约180KW。⑴纵向运行大车：大车包括由两根主梁和两根端梁组成的桥架、轨道、走台、栏杆、扶手梯及其他附件。桥架由6轮支承、每一根端梁有一套驱动装置（1/3驱动）。主梁为箱型截面，梁内设有横向隔板和纵向加筋板，安装轨道处外侧有横向筋板和翼板联接，使主梁在较大的弯曲、扭转载荷作用下有足够的刚度和强度。端梁为箱型截面，每个端梁下面有三个圆柱形的垂直车轮，在供电侧（大通道侧）的端梁下面有两对球面水平车轮，防止P.T.M水平偏移。在非供电侧（烟道侧）的端梁下面有两个安全卡，预防万一水平车轮损害时以此P.T.M安全。⑵横向运行的工具车：工具车包括车架、工具回转装置（带回转位置控制系统）、打壳机构、更换阳极装置、料箱及下料装置。工具车的车架是由两根端梁和两个门架组成，供安装工具回转装置和打壳机构、换阳极装置等用。每根端梁下面有两个圆柱形的垂直车轮，其中一个端梁下面有两对球面水平车轮，另一个端梁下面有两个安全卡，预防万一水平车轮损坏时以此保证工具车安全。车架由4轮支承，每一根端梁有一套驱动装置（1/2驱动）。⑶出铝车：悬挂于主梁上并横向行走的出铝车包括车架、垂直导向架、移动框架、卷扬装置、电子称重系统、回转的防磁吊钩等。车架与垂直导向轮通过绝缘节联成一体，在车架梁下面装有两个圆柱形垂直车轮，每个车轮都装有驱动装置。卷扬装置安装在车架的平台上，在移动框架的下端的横梁上安装回转防磁吊钩，销轴式电子秤重传感器安装在定滑轮处。⑷电气系统：电气系统包括配电设备（配电、控制、操作、照明）、PLC系统、编程软件系统、编程器、变频器、遥控器（发射和接收）、电缆（动力和控制）、电动机、电动机启动器和控制器、绝缘和漏电检测。配电设备防护等级IP54，控制柜双层外壳，绝缘等级F级以上。⑸液压系统：液压系统包括油箱、液压泵、阀件、管路、执行器（油缸、油马达等）、附件、传感器、指示器等。⑹气动系统：气动系统包括空压机、阀件、管路、胶管、气缸、打壳机等。2.阳极提升框架:阳极提升框架为定期调整阳极母线与阳极导杆的装夹位置，每栋厂房设1台,共2台，其包括实腹板梁结构框架、阳极夹具、滑动架、起吊架、支腿、地面支承架、行走装置(包括行走气动马达2台)、扳手机构（包括气动马达2台）、夹紧机构（包括薄膜气缸32只）、操作盒（手柄）、气路系统(包括气动三联体)等。滑动架由人工通过气动控操作杆控制按钮使滑动架往复运动，并通过控制气动马达打开或拧紧小盒卡具，气动扳手扭距为250N.m。每个夹具的夹持重量不小于3250kg，夹具和支腿与框架的绝缘值不小于2MΩ，单台设备总重约14870kg，设备起吊重量约13300kg。3.出铝真空抬包：出铝真空抬包是出铝和运铝液的专用设备，它由带压缩空气喷射装置的上盖、抬包本体、传动齿轮、内衬结构组成，其工作原理是由压缩空气喷射，造成负压，利用包本体所带的吸铝管将电解槽内液铝吸入包内。其主要特性如下：*抬包有效容量～2.4t（大抬包4.3t）*吸铝能力～1.2t/min*压缩空气压力0.6MPa*压缩空气耗量4.0m3/min*手轮回转力190N*外型尺寸（长×宽×高）4.55×3.1×3.4m第5章铝电解槽的焙烧与启动第一节铝电解槽的焙烧新铝电解槽或大修后电解槽在进入生产之前，必须经过焙烧与启动这一重要过程。电解槽焙烧目的在于：通过一定时间的缓慢加热，使电解槽的内衬得以烘干；阴、阳极温度接近或达到电解槽正常生产温度；阴极炭块间和槽周边的扎糊进行烧结焦化。焙烧启动这一过程在电解槽的使用期内虽然很短，但对电解槽使用寿命起着重要影响。目前，铝工业电解槽有三种焙烧方法，分别为：铝液焙烧、焦炭焙烧、燃料预热法。①铝液焙烧通过电解槽的直流电流释放出的焦耳热是热的来源，铝作为介质。优点：操作简单，不需要其它工具和材料相配合。缺点：高温的铝水直接冲击阴极炭块及扎糊表面，液体金属铝过早地渗入阴极裂缝中，是电解槽早期破损的主要途径之一。在我国中、小型电解槽焙烧时常用此方法。②燃料喷嘴焙烧燃料为重油，液化气或天然气等。其优点是：升温快可以控制阴极表面温度，72h可达到1000℃，焙烧后不用清除焙烧物料。缺点：燃烧装置复杂；焙烧只能控制槽内衬表面温度，槽底部温度靠热传导的作用传递温度，表面和槽底内部温差较大；阴极表面易烧损、氧化；容易在阴极表面和扎固糊产生大裂缝；在灌电解质时，要在很短的时间内灌进去，否则易造成电解质流动性不好而凝固。③焦炭焙烧焦炭焙烧又称为焦粒焙烧或焦粉焙烧，焦粒连接电解槽的阳极与阴极，直流电流通过阳极――焦粒――阴极释放出焦耳热，使槽体得以焙烧。其优点为：电流分布比较均匀，没有铝液过早进入阴极、扎糊内衬裂缝中，对提高槽寿命有利。缺点为：电解槽送电前需要安装分流器和软连接片，焙烧完成后还要拆除上述器械和打捞过多的炭渣。综上所述，比较三种焙烧方法的优劣，可以发现焦炭焙烧无论在科学性、经济性和可操作性等方面都具有一定的优势，因此现代大型预焙槽基本上采用焦炭预热焙烧方法。南平铝业公司240kA电解槽焦炭焙烧方法简介如下：1.装炉工序⑴铺焦及挂极装备齐全的电解槽及辅助设施经验收确认后，可进行装炉工作。装炉前必须用风管将槽底、槽上部、阳极表面及底掌彻底吹扫干净，焦粒及铺焦人员的鞋底也必须清洁。将铁制栅栏平整地摆放在阳极投影区域，然后将焦粉倒入框内，为改善阳极电流分布均匀，四个角部极铺焦用70％焦粒+30％石墨粉混合料，其它极位仍用焦粒铺底。用板尺沿栅栏框架的长度方向刮平焦粉，焦粉粒度控制在1～3mm，铺焦厚度控制在18～20mm之间。将合格阳极组小心地放置在焦粉上，检查周边及四角是否压实焦粉，要求阳极底撑与焦粒有70％以上的接触面积，以确保两极接触良好，同时要求阳极导杆与水平大母线留有0.5～1mm的间隙。⑵软连接安装软连接的两个压接面必须事先处理平整，并用甲苯溶液清洗，一端用弓形夹具压接在阳极大母线上，另一端用螺杆、螺母与阳极导杆相连。为改善阳极电流分布，安装软连接时，A4、B4、A5、B5先单边连接，通电8小时后根据阳极电流分布情况，调整软连接连接数量和位置。软连接的作用：能够灵活地调整阳极电流分布；阳极能够自由上下位移，起到槽底热膨胀缓冲作用。⑶装炉两排阳极间的中缝不装料，用10mm厚的石棉板覆盖密闭保温。首先在阳极四周紧贴阳极底掌边沿装2～3cm厚的冰晶石，在“人造伸腿”上均匀铺上600kg氟化钙，然后装冰晶石纯碱混合料（或装电解质块和纯碱）至槽沿板平齐，最后装冰晶石至满槽（阳极块表面以上10～15cm）。按图5－1所示的位置予埋8根热电偶套管，用于检测焙烧温度。套管插到阴极表面，不能碰到阳极，以免导电熔化。图5－1热电偶套管配置图2.分流器安装分流器安装4组，每组分流器由8片（135×2mm）钢带组成，分流器一头与水平大母线压接，另一头与立柱母线压接，要确认压接紧密接触良好，否则易发生分流器过热发红，甚至熔断。分流器的主要作用是：焙烧初期分流部分电流，控制焙烧升温速度，减少对阴极的热冲击。3.通电焙烧过程。⑴全电流上升确认所有停电准备工作完成后，通知整流所停电。当系列全停电（电流为零），开始进行短路口作业，插上绝缘板，上紧螺栓，经检测短路口绝缘值≥1MΩ方可与整流所联系恢复送电。送电分四级送电，总送电时间控制在30min左右：0kA→80kA（保持8min）→160kA（保持8min）→200kA（保持8min）→240kA，送全电流后冲击电压一般低于5.8V，若冲击电压太高，说明铺焦挂极工作质量不好。⑵分流器拆除通全电流后，分流器的分流量约为全电流的41.5%，分流量按下式测试：I＝V/(R1+R2)=V/(ρL/S+R2)R1－－分流片电阻R2－－为压接面面积电阻当电压降至3.8V以下且通电6小时以上，可开始拆除分流片，先拆中间两组分流器间隔3h后，再拆除边部两组分流器。⑶全电流焙烧过程监控当分流器全部拆除后，即进入全电流焙烧过程。对阳极电流分布、阴极电流分布、槽内阴极表面温度、槽外部槽壳底部、侧部、阴极钢棒进行跟踪测试。由于阳极块及焦粒层电阻不均，易引起偏流现象，阳极块和焦粒都具有碳的物理特性，即随温度的上升而出现电阻减小的倾向。若某块阳极出现过流，则该炭块及其下面焦粒温度升高大，电阻随之变小，进而使电流更加集中，则阳极电流分布进一步恶化。要求定时测量和检查，若发现有偏流现象应及时调整，通过调整软连接的U型卡具螺栓的松紧来调节阳极电流分布。若偏流太大可用绝缘纸临时切断该导杆电流,但同时要注意阳极大母线－小盒卡具－导杆之间不能形成通路，否则会烧毁小盒卡具。整个焙烧时间定为4天（96h），阳极中缝两头温度达到800℃以上即具备启动条件。第二节铝电解槽的启动当焙烧时间达到96h，所有阳极工作状态良好，阳极中缝两端温度达800℃以上时，即可进行电解槽启动。启动的任务是在槽内熔化足够的液体电解质，以适应电解生产的需要。启动方法有两种：干法启动与湿法启动。干法启动通常在新建电解厂尚无现成的液体电解质情况下采用，在现有生产槽的系列中多采用湿法启动。湿法启动分为两种方法：无效应湿法启动、效应湿法启动。效应湿法启动是向待启动的电解槽内灌入一定量的液体电解质，同时上抬阳极，逐渐引发人工效应。在人工效应期间可将阳极上用于保温的冰晶石推入槽内熔化，若电解质的量不足，还需投入冰晶石，直到液体电解质达到规定高度，便可投入一定数量的氧化铝熄灭效应。无效应湿法启动是将电解质灌入待启动槽后，抬高电压不超过8V，让其慢慢熔化固体物料，经过数小时乃至十几小时，才能启动完毕。因湿法无效应启动比效应启动虽时间长，但该法有启动平稳，对电解槽热冲击小，更有利于提高槽寿命；期间物料挥发损失小，故多数铝厂选用湿法无效应启动方法。1.灌电解质过程灌入液体电解质6～8t，缓慢上抬阳极至槽电压6.5～7.0V。灌电解质后4h内，接通NB（正常打壳下料），若发生AE（阳极效应），则等AE持续5～6min，熄灭效应后，电压保持6.5V，若未发生效应，则按0.05V/h降电压到6.0V左右保持至灌铝。待电解质清亮时和AE熄灭后，在出铝端、烟道端、两大面之间进行捞碳渣作业，碳渣必须彻底捞干净。装炉料全化开后，取电解质试样，分子比低于2.9的，要加碱调整分子比。2.灌铝过程灌电解质20～24h之后，一次性灌入液体铝11～13t，灌铝前，槽电压保持6.0～6.5V，为避免灌铝水后，炉底温度下降够多，灌铝后及时封壳，并在极上加保温料，电压在8h内由5.5V均匀点降至4.5V，至此整个启动过程完成。灌铝后第二天开始出铝；启动后的电解质高度30～35cm，铝水平14～16cm，分子比2.85～3.0，槽电压4.5V，效应间隔24h。随后电解槽进入为期三个月的非正常生产管理期。第6章铝电解生产正常操作现代中心下料预焙槽的主要操作包括：定时加料（简称NB）、槽电阻控制（简称RC）、阳极更换（简称AC）、效应熄灭（简称AEB）、出铝（简称TAP）、抬母线（简称RR）以及捞碳渣等辅助作业。在240KA中心下料预焙槽上，其中定时加料（NB）和槽电阻控制（RC）主要由计算机控制系统、槽上打壳下料装置和阳极升降装置自动完成，而阳极更换（AC），效应熄灭（AEB），出铝（TAP），抬母线（RR）必须由人工配合多功能天车来完成。第1节阳极更换作业预焙槽所用阳极块是按规定尺寸成型、预焙烧、阳极导杆安装后，送到电解使用。每块阳极使用一定天数后，换出残极，重新装上新极，此过程为阳极更换。阳极更换周期是由阳极高度与阳极消耗速度所决定。在240KA预焙槽上设计换极周期为26天，在使用碳素保护环后可以延长至29天。为了减少更换阳极作业对电解槽运行产生较大干扰，按照基本保证电解槽各区域的残极重量相等，电流分布均衡的原则排定换极顺序表。240kA双阳极电解槽换极顺序表（见表6－1）。表6－1240KA双阳极更换顺序表 极号 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 换极顺序 3 7 11 15 1* 5 9 13 换极天数 5 12 20 27 1 9 16 23 极号 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 换极顺序 10 14 2 6* 8 12* 16 4 换极天数 18 25 3 10 14 21 29 7正常换极的步骤见图6－1。在换极的全过程中，“与计算机联系槽号”和“新极安装精度”是重要的环节，是更换阳极操作的质量控制重点。图6－1换极步骤框图换极期间，将残极提出槽外时刻槽电压会少许上升，新极安装上槽后大概有100多kg氧化铝溶于电解质。此时，若不提示计算机，计算机仍按常规处置，作出下降RC，并发出NB命令，这样，阳极母线会在残极拔出后位置下降，而影响新极的安装精度。同时，掉入槽内的氧化铝会使电解质中氧化铝浓度超过正常范围，如果继续加料，会导致沉淀产生。而换极前通知计算机，则可以让计算机旁路RC，推迟下次NB时刻，监视该槽电压变化。另外，换极过程电解槽热损失较大，换极开始时就附加一定电压值，即保持极距基本不变，又补偿热损失，减少换极过程对电解槽的干扰。新极的安装精度关系到阳极电流分布的均匀。为了确保安装精度，在多功能天车没有阳极定位装置下，通常采用卡尺定位。该方法实质是用卡尺作为媒介，将阳极安装高度从残极传给新极，其定位步骤见图6－2。为了保证安装精度，还要做到阳极在卡头徐徐上升的过程中定位。这样可使卡头总是勾住导杆上缘，防止在阳极下降受阻时，卡头勾子在导杆内产生相对移动所造成的安装误差。图6－2卡尺定位过程示意图新极要覆盖一定厚度的氧化铝，一是防止阳极氧化，二是加强电解槽上部保温，三是迅速提高钢—碳接触温度，减少接触压降。图6－2极上氧化铝覆盖示意图新极上槽后，迅速在冷阳极表面形成一层电解质冷凝层。1～2小时后冷凝层开始溶化，阳极开始导电。随着炭块温度的上升，通过的电流不断增加。在经过16小时左右，导电量达到正常值的70％，24小时左右，达到正常值。对于角部极，由于电流分布偏小，导全电流的时间要延长一倍左右。实际上，使新极底面保持与残极底面相同的标高还不够科学，必须考虑到新极导全电流的滞后性。通常将新极安装位置比残极提高1天（非角部极）或2天（角部极）的消耗量，即1.5cm或2cm。实践表明，对于新阳极，安装高度变化，电流分布的毫伏值亦变化，两者呈强负相对关系。利用此关系，可将16小时的电流分布毫伏值作为安装精度的质量特性值，即用毫伏值来检查判定AC安装精度(采用15cm测量跨度与万用表显示)。对于550mm高的阳极，安装精度在1.0～2.5mV为佳。我们希望安装精度越高越好，但实际中测得的毫伏值超出正常范围时，并不要求立即修正高度。0.6mV以下或大于2.5mV-3.5mV的，过8小时后再测定确定。再测定后，只对大于3.5mV的进行修正。这样做可以使那些因局部槽温和槽膛等原因，毫伏值一时虽达不到正常值的阳极，经过一段时间电解槽的自调作用，可回复到正常值内，而把真正因为安装不当的阳极区分出来。为减少换极对槽子的干扰，每天换极最多不超过2块，新换极不能集中在阳极母线一侧或一个小区。除按计划更换阳极外，一旦发现阳极脱落、掉块、裂纹、化钢爪等情况，就需要临时更换阳极。实施时，可用高残极或从邻槽拔出的热残极进行更换，以缩短新极导全电流的时间。换极作业虽然对电解槽产生干扰，但同时也是观察和调整槽子状态的机会。从换极过程中可以获取以下信息：残极状态、槽底沉淀结壳、槽底破损等情况，以酌情处理槽子。第二节效应熄灭阳极效应是熔盐电解的特有现象，以铝电解表现尤为突出。发生阳极效应的机理比较复杂，一般认为电解质中缺少氧化铝所致。在早期采用定时下料模式的中间下料预焙槽上，通过效应和效应等待期间可以消除槽内氧化铝积料，以重新校正Al2O3浓度参数。因此早期的预焙槽效应系数都在0.5以上，效应熄灭成为电解生产主要操作之一。AE发生时，电弧可净化阳极底掌，强大的输入功率可补充热量，使60％积存Al2O3向电解质内回归，同时AE的各种数据可为人们提供槽子状态的信息。但是AE期间输入功率为平时的5～6倍。若AE时间过长，会烧垮侧部槽帮，烧穿钢壳，使熔体温度过热，效率降低，造成电力浪费和系列最大负载值的增加，因此AE持续时间和次数必须得以控制。目前，现场人工熄灭AE的操作步骤，通常采用两圈法：第一圈,确认效应发生槽号→到槽控箱前，观察效应电压是否正常→确认槽控箱是否处于自动，下料气阀是否打开→回到出铝端准备好效应棒。第二圈，①打开出铝端槽盖板，操作出铝端打击头，打孔；②确认效应处理加工：四个打击头同时动作，四个定容下料器同时下料。此时若有故障，如不动作或不下料，应及时手动下料或用铝耙推极上氧化铝进槽；③熄灭效应：效应加工完毕后1分钟左右，手持效应棒，从打开的洞口插入效应棒，并使效应棒尽可能插到阳极底掌下面，效应熄灭；④确认效应熄灭后，拔出残效应棒，并将出铝口处炭渣打捞干净，盖好槽罩。回到槽控箱调整好槽电压。在熄灭效应中，若插入木棒的时机不对或插入角度不对，会使效应发生过长，槽电压摆动很厉害，出现难灭效应，这种情况应尽量避免；还有一种情况是效应熄灭后，出现电压异常，这时候应上抬阳极，使电压稍高，稳定下来后，再慢慢点降到设定电压值。为了防止AE时间过长，应做到：①专人监视；②厂房AE灯光警报及广播齐全；③槽控箱保持自动；④下料打壳系统完好；⑤槽上料箱有料；⑥注意木棒插入时刻及插入角度。随着计算机模糊控制系统在现代大型预焙槽的应用，氧化铝浓度控制技术不断完善，通过效应来消除氧化铝积料的意义不再明显，因此效应系数可降低到0.3以下，而一些国内外先进厂家效应系降低到0.1以下。第三节出铝作业电解产出的铝液积存于炉膛底部，需定期抽取出来，送往铸造车间生产各种铸造产品。240KA预焙槽实行每日出铝制。每槽吸出的铝量原则上约等于在周期内（两次出铝间隔的时间）所产出的铝量。出铝作业步骤见下图图6－4出铝作业步骤图在具体操作中，应注意以下事项：①天车吊运抬包行走时，抬包应在天车的前进方向，出铝管的位置与天车打壳方向一致。②出铝作业中，若出铝槽发生阳极效应，应立即停止出铝作业，同时将出铝管从槽内抽出，待效应熄灭后，再进行出铝。③出铝作业中，出铝管不能接触阳极，以防止短路击穿。④出铝过程中要随时注意观察风压、槽电压及系列电流强度的变化。⑤出铝时间过长，应检查是否出现秤坏或堵管现象，立即终止出铝并排除故障，避免出铝过多造成病槽及其他事故。⑥出铝过程中，要注意电解质水平低的槽，应与作业组配合调整电压，一边出铝一边降电压，避免出现“放炮”现象。第四节抬母线作业阳极导杆是固定在电解槽阳极大母线上的，随着阳极不断消耗，母线的位置不断下移，当母线接近上部结构的密封顶板，或阳极提升螺旋起重机丝杠快到尽头时，就必须实施抬母线作业。两次作业之间的时间称为抬母线周期，周期长短与阳极消耗速度和阳极提升机的有效行程有关，即：T=式中：T―――抬母线周期；S效――――提升机有效行程；hc―――阳极消耗速度。240KA预焙槽阳极提升机最大行程为400mm，阳极消耗速度大约为1.60cm/d。出于安全考虑，实际生产中母线有效行程要更短，大概在350mm，所以目前240KA电解槽的抬母线周期为21天。母线的位置由回转计反映。抬母线作业主要由多功能天车配合阳极提升框架完成。天车将提升框架吊起放到槽椼架上。框架上隔膜气缸动作，驱动卡头勾住导杆孔，偏心凸轮压住导杆，使阳极重量改由卡头—框架—珩架支承。将卡具松开，借助于导杆与母线之间的摩擦接触维持导电，按下阳极上升按钮，母线提升到要求高度。抬母线具体操作步骤如下：①指挥天车将母线提升框架提吊起到作业槽上部，将框架上风管与多功能天车风源接通。②确认风压达到抬母线工作压力，操作抬母线框架切换开关，将框架上卡具装置切换到张开状态。③指挥天车下降母线提升框架，确认卡具装置对准阳极导杆后，缓慢下降母线提升框架到位。④操作抬母线框架切换开关，使阳极导杆贴紧阳极水平母线，将框架上卡具装置切换到夹紧阳极导杆状态。⑤母线操作人员打开排风阀，并到槽控箱前按下抬母线开关；确认卡具装置夹紧导杆后，将槽控机转换成手动。⑥记录抬母线前电压值，进行松卡具作业。⑦操作槽控箱上阳极提升开关提升母线，回转计读数为050时，停止提升。⑧拧紧卡具，并在导杆上重新划线。⑨将母线提升框架吊起，将手动转换成自动，关闭排风阀门。⑩进行下一台槽母线提升作业或将框架吊运到指定位置。在提升母线过程中，由于导杆与母线间靠移动摩擦形式导电，该处的电压降将上升0.3～0.5V。若效应来时，导杆与母线的接触面上会出现电弧火花，而灼伤导杆和母线表面，严重时，甚至造成系列断路，因此在抬母线过程必须避开发生效应等待期。一旦效应来临，必须马上旋紧卡具，停止作业，迅速熄灭效应。在作业中还应注意以下事项：①松开卡具时，在A、B两边对角进行，避免阳极提升机构偏斜。②吊放框架要平稳准确，在未松开框架之前不能启动天车上的卷扬机。③每次作业前都要测试风动搬手的扭紧力。④只能抬母线，不能降母线。第五节捞炭渣与电解槽巡视作业在中间下料预焙槽生产中，捞炭渣及电解槽巡视属于辅助性作业，但是日常工作中必不可少的作业。1．捞炭渣作业在采用优质阳极的情况下，阳极的抗氧化性较好，阳极炭粒的脱落度和掉渣性较小，电解质中炭渣量少，电解质表面只浮动着一层薄薄的炭渣，炭渣一方面不断产生，一方面与空气进行氧化反应和燃烧，不断消耗，因此槽内炭渣量增加不明显，对电解槽生产影响小。但是当阳极质量较差时，炭渣产生量过大，在槽中会造成较大危害：①中缝处的炭渣过厚会隔绝加入槽中的氧化铝，使之不能进入电解质而引起突发性效应。②聚集在侧部的炭渣会使部分电流旁路，特别使侧部槽帮发空的期间，使电流效率下降。③电解质表面炭渣积累过多，底掌处炭渣排除困难。若槽温升高，将出现效应电压低下，针震持续，局部过热，严重时形成阳极长包，致使电解槽恶化。炭渣通常积聚在电解槽的中缝和四个角部，因此，捞炭渣可以在两个时候进行：a.效应后从出铝口捞。效应有利于炭渣从电解质中分离出来，炭渣相对集中，可从出铝口打捞炭渣。b.换极时捞。若电解质中含炭渣较多，要利用换极时机打捞炭渣。2.电解槽巡视为了确保电解生产安全正常运行，作业人员在每班接班后，要对电解厂房内的各种设备、电解槽况进行巡视检查，发现异常及时处理，不能处理的要及时通知有关单位及人员处理。巡视作业内容主要有以下几项：①电解槽巡视：主要包括：a.槽盖板是否整齐，槽间风格板有无破损、不稳的地方;b.电解槽是否有接地现象；c.各种阀门是否处于正常位置，动力管网是否有漏气现象；d.槽上部各运行机构是否有异常声响，回转计是否正常；e.电解槽侧壁及阴极钢棒是否发红；f.打壳、下料机构工作是否正常；h.电解质火苗颜色是否正常，炭渣分离是否良好。②槽控箱的巡视。主要包括：a.电压表及数码显示电压是否正常；b.各种显示灯是否正常工作，槽控箱工作有无异常；c.故障指示灯是否亮；d.槽控箱是否处于自动状态；e.槽控箱两个箱体及手柄阀门是否关闭。以上巡视作业要定时进行，并且做好记录。第七章启动后非正常期管理第1节非正常管理期的主要目标电解槽从启动结束到正常生产，需要一定的过渡时期。在这期间，电解槽由启动初期的高槽温、高槽电压、高电解质水平、高分子比逐渐走向正常生产条件，并沿电解槽四周逐渐形成由AL2O3与冰晶石组成的固态结壳，建立起规整稳定的“炉膛内型”，这一时期称为非正常期。如果用仿生观点来比拟，筑槽和预热犹如怀胎，启动好比出生，而后期管理可比为步入成年之前的发育阶段。电解槽非正常期的长短，随电解槽容量、槽型、加料方式不同而异，自焙槽和边部加料预焙槽启动后1～2个月可转入正常生产，中间下料预焙槽不实行边部加工，炉帮原则上自动形成，所以非正常期较长。非正常管理期主要目标是建立稳固规整的炉帮。炉帮是由液体电解质析出的高分子比冰晶石和氧化铝所组成的固体结壳，均匀分布在电解槽内侧壁上，形成一个椭圆形环。规整的炉帮对电解槽的正常运行与各项经济指标有着十分重要的作用：①炉帮是电和热的不良导体，这能够阻止电流从侧壁通过，起到绝缘保护层作用，减少水平电流分量，由于其的隔热性，可减少电解槽的热量损失，并有效保护内衬不受电解质与铝水侵蚀，从而延长槽寿命；②炉帮把炉底上的铝液挤到槽中央部位，使铝液的表面积（铝液镜面）收缩，这对于提高电流效率，降低磁场影响十分有益。③炉帮有改善热平衡自调能力，如：槽温升高时，炉帮减薄散热，阻止槽温上升；槽温降低，炉帮增厚，阻止槽温下降，如此增强槽运行的稳定性。因此，现代铝电解生产十分重视炉膛内型的建立，要求炉膛内型规整而又稳定，让电流全部均匀地通过炉底，防止边部漏炉和局部集中，使电解槽热场均匀，以获得电解槽稳定运行和良好地经济指标。非正常期建立炉膛一般遵循以下原则：①尽早建立（过渡期内形成）；②高分子比（分子比≥2.80，结永久性坚硬炉帮）；③降分子比的同时，降效应系数、降电压、降槽温;④稳定电解质过热度（及时补充氟化铝或冰晶石）；⑥避免电解槽冷、热大的波动，减少沉淀和阳极病变，保持炉底洁净。第2节新槽炉膛的建立正常槽的边部伸腿均匀分布在阳极正投影的边缘,铝液被挤在槽中央部位,电流从阳极到阴极成垂直直线通过，具有这种槽膛内型的电解槽其技术条件稳定,容易管理,电流效率高。而冷槽则边部伸腿长得肥大而长，延伸到阳极之下，炉底冷而易起沉淀，电解质温度太低而发粘，氧化铝溶解性能差，时间长了炉底便长成结壳，使电解槽难以管理，为了维持生产，不得不提高槽工作电压。而热槽，则它的边部伸腿瘦薄而短，甚至无边部伸腿，铝液、电解质摊得很开，直接与边部内衬接触。这种槽一是铝损失大；二是易出现边部漏电，大幅度降低电流效率；三是易烧穿边部，引起侧部漏槽。在新槽炉膛的建立过程中，必须避免形成过冷或过热槽的炉膛。中间自动下料预焙槽的炉膛建设全靠通过控制槽温和边部自然散热而使电解质自身结晶形成，这一过程属于自然形成炉膛。自然形成炉膛的速度较慢，因此，中间自动下料槽的炉膛形成过程需要比边部加料槽更长的时间，而且形成过程中各项技术条件要求严格，但这样形成的炉膛具有较高的热稳定性，这正适应了中间下料槽不作边部加工，仍可保证有稳定的槽膛内型的要求。中间下料预焙槽启动后，随着电压和槽温的降低，便沿着边部自然析出高分子比的固体电解质结壳，即炉膛开始建立，直到启动后的三个月内，随着各项技术条件的演变，炉膛才能建立完善。为了使建立起的炉膛热稳定性好，首先启动的第一个月必须采用高分子比的电解质成份。因为低分子比成份的电解质初晶温度底，形成的炉膛热稳定性差，很容易熔化而使炉膛遭到破坏。随着炉膛的逐渐完善，分子比也应该逐渐降低，向正常生产期的范围靠拢。其二是必须控制好电解温度的下降速度，温度下降过快，虽然可以加速电解质结晶，促使炉膛快速形成，但这样形成的炉膛结晶不完善，稳定性差，同时结晶速度过快，容易出现炉膛伸腿生长不一，形成局部突出或跑偏（一边大，一边小）的畸形炉膛。但电解温度下降过慢，不利于边部伸腿的结晶生长，长时间建不起炉膛，使边部内衬长期浸没在液体电解质中，严重侵蚀边部内衬，影响电解槽寿命。一般在启动后的前十天，要求槽温下降快些，使其尽快在槽四周内壁结晶一层较薄的电解质槽帮，先将边部内衬保护起来，之后槽温下降适当放慢，目的是利用较长时间的平缓下降温度来让结晶晶格完善，建立的炉膛坚实、稳固。电解温度的控制，主要是通过电压来控制的，因此，电压管理曲线也应与炉膛形成过程相适应，此外，为了不出现畸形炉膛，在炉膛形成关键的第一个月采用增加效应系数之方法，规范炉膛的形成，因为阳极效应能在短时间内于阴、阳极之间产生高热量，可有效地规范炉底沉淀和边部伸腿局部突出部分，保证炉膛均匀规整。在炉膛形成过程中，除了严格控制好各项技术条件外，还应利用各种机会检查炉膛形成情况，如利用换阳极时触摸边部伸腿状况，发现异常苗头，及时调整技术条件使之纠正，否则，畸形炉膛一旦形成，再纠正十分困难，甚至会造成电解槽长期不能进入正常运行状态。近年来有借鉴边部加料槽炉膛建立的方法于中间下料槽上，即新槽启动后采取人工边部投入电解质块，用打壳机扎边部而快速形成炉膛。此法虽能使炉膛形成较快，而且容易规整，但这样形成的炉膛热稳定性极差，很易熔化，这可能是导致有些槽长期建不起炉膛而必须经常用打壳机扎大面的原因之一，所以应慎重采用。南平铝业的非正常期#管理#经过两三年的不断摸索而形成的，现已基本成熟，采用3个月的“15天制等梯度降温降分子比建高分子炉帮”，效果明显，至第4个月进入正常管理期，高分子炉帮建设较为规整。工艺技术条件主要控制分子比和电解质温度等梯度下降，每15天做一下降梯次，其它工艺条件围绕其可做相应幅度地调整，240KA预焙槽非正常期工艺管理见表8－1：表8－1非正常期管理工艺控制方案 序号 参数控制 第一个月 第二个月 第三个月 前15天 后15天 前15天 后15天 前15天 后15天 1 分子比，CR 3.0～2.85 2.90～2.80 2.85～2.75 2.80～2.70 2.75～2.60 2.60～2.45 2 设定电压，V 4.30～420 4.20～4.17 4.18～4.15 4.16～4.13 4.14～4.12 4.14～4.12 3 电解质,cm ≥25 24～23 23～21 23～21 22～20 22～20 4 铝水平,cm 16～17 16～17 17～18 17～18 18～19 19～20 5 电解温度,℃ 995～980 985～975 980～970 975～965 970～960 965～955 6 NB间隔,s 130～120 120～110 120～110 120～110 110～100 100～90 7 AE间隔,h 24 48 72 96 96 96 8 出铝量,kg 1400～1600 1500～1700 1600～1700 1600～1700 1700～1800 1700～18001.电解质水平控制：新槽启动时，电解质水平要求较高，其目的是通过液体电解质储存较多的热量，使电解槽在启动初期散热较大，和内衬大量吸热的情况下，也具有较好的热稳定性。电解质高度的控制主要通过控制槽电压来控制槽内热收入，以及冰晶石的添加量。电解槽启动后随着槽电压的降低，槽内热收入减少，电解温度下降。电解质便沿着四周槽壁结晶成固体槽帮，从而使电解质水平逐步下降。因而电解质从起始的30～35cm逐步下降至20～22cm。2.铝水平控制：新槽启动后灌铝水7包，约13吨，起始铝水平一般在14～15cm，低铝水平是为了保证周边糊的焦化强度，也是焙烧的延续。随后由于槽电压逐渐降低，槽帮逐渐形成，炉膛容积逐渐变小，铝水高度随之增加，因此，每次出铝时应适当超出实际产量。一般在第二个月铝水平维持在17～19cm，第三个月铝水平维持在19～21cm，接近正常生产工艺条件铝水平保持范围。3.电解质成分控制：对于新启动的电解槽，电解质成分主要指分子比。新启动槽分子比要求较高，第一个月应保护在2.80以上，目的是满足电解槽能够以高分子比结晶形成坚固的炉帮。保证进入正常生产期后具有稳定规整的炉帮内型；另外，新启动电解槽阳极内衬会比较快速度吸收含钠氟化盐，为满足内衬的吸钠，也需要在启动初期保持较高的分子比。随着运行时间的延长，阴极内衬吸收钠盐逐渐达到饱和，炉膛也逐渐形成和完善，电解质分子比会逐步下降。一般第一个月要求分子比在2.80以上，第二个月下降到2.70，第三个月下降到2.45左右，即达到正常生产期的要求。4.电压管理：电解槽从启动初期槽电压4.5～4.4V经非正常期逐步下降到正常值4.10～4.14V。启动的第一个月的前半月，炉帮还未形成，边部槽帮很小，散热量很大，另外，这期间阴极内衬还处于吸热阶段，也需要大量热量，因此槽电压还需保持较高，一般要求第一个月内槽电压由4.30V降至4.17V。电解槽启动进入第二个月后，炉膛逐渐形成，并朝着完善和规整的阶段发展，槽四周散热大大减少，同时电解质分子比逐步降低，使电解质初晶温度所有下降，电解质热需求逐渐减少，相应逐渐降低热输入，故电压需缓慢降低，用两个月时间电压逐步下降到4.12～4.14V。不过这也不是绝对的，电压实际上还是要围绕分子比与槽温控制来设定，以保证分子比与槽温按设定范围执行。5.效应系数管理：由于新启动槽前期四周无电解质结壳建立起的炉帮保温，散热量很大，而且前期内衬吸热，电解槽热支出较大，再加上电解质分子比高，其初晶温度也高，虽然前期有较高电压维持热收入，但炉底仍然容易出现过冷现象，致使电解质在炉底析出，形成炉底结壳。一旦出现这种情况，很容易导致形成畸形炉膛，严重影响电解槽转入正常生产期。因此新启动槽前期必须保持足够的炉底温度，方法就是采取适当增大效应系数，通过效应产生的高热量使炉底沉淀及时被熔化，保持炉底干净，同时在后期管理的初期，由于采用焦粒预焙烧、电解质较脏，炭渣较多，高的效应系数也有利于分离炭渣，澄清电解质。因此效应系数第一个月维持在0.5以上，第二个月降至0.3。总体而言，后期管理必须严格按启动后期技术条件的规定进行控制,特别是槽温、分子比、电解质水平与铝水平这四因素，至于电压与NB可围绕这四因素进行相应调整。在炉帮形成过程中，还应该利用各种机会检查炉膛形成情况，及时地相应调整技术条件，争取在非正常管理期内，建立好规整、稳固的炉膛，为今后电解槽正常高效生产打下良好的基础。第八章电解槽的正常生产管理铝电解槽经焙烧、启动及启动后非正常期管理三阶段后，就进入了正常生产阶段，本阶段重点管理好各项技术条件，使电解槽在长期的稳定状态下工作，获得高电流效率和低能量消耗。正常生产阶段的电解槽表现出两个特征：①电解槽在额定的电流强度下进行生产，其各项技术参数如槽电压、极距、电解质温度、电解质水平、铝水平和阳极效应系数都达到了预定的数值，电解槽运行平稳，能够取得较好的技术经济指标。②电解槽内衬已经形成稳固的槽帮，槽膛规整。标准的槽膛内型见图7－1：边部的伸腿均匀分布在阳极正投影的边缘，铝液被挤在槽中央部位，电流从阳极到阴极成垂直直线通过。图－1标准的槽膛内型第一节正常生产管理要点铝电解槽在正常生产期中，生产管理一方面要求电力、原材料、设备等外部条件要有保证，另一方面必须有严格的工艺纪律、科学的作业安排和严格的考核制度，做到技术条件和操作质量都在控制之中，确保铝电解生产的物料平衡和能量平衡。物料平衡控制要点有:按需下料、抑制效应，防止沉淀、高效率，控制图见图7－2：图7－2物料平衡控制图能量平衡控制要点有：稳定槽况，降低能耗，控制图见图7－3：图7－3能量平衡控制图铝电解槽主要管理思想是：工艺技术条件是基础，操作质量是保证，具体管理中强调“四保”、“两降”“一稳”、“一控”，“四保”就是保槽膛规整、保槽底洁净、保合理过热度、保效应受控；“两降”就是降低氧化铝浓度、降低效应持续时间；“一稳”就是稳定槽日产；“一控”就是控制针振和电压摆。铝电解槽管理原则为：科学规范是核心，三关协调是关键，其中“三关”为“勤查”、“轻扰”与“稳定”。勤查”指查报表、原材料、操作质量、巡检槽况；“轻扰”指尽量避免扎槽帮、手动阳极、手动下料、非正常出铝；“稳定”指调整幅度要小，稳定产铝量与技术条件。第二节正常生产管理技术电解槽形成规整而稳固的槽膛后，就需要对电解槽进行精心而细致的管理，使其稳定生产以取得良好的技术经济指标。本阶段确保管理好槽电压、Al2O3浓度、电解质温度、铝水平和电解质水平、电解质成份、效应系数等技术条件。合理的技术条件是保持电解槽平衡、获得高效率的基础条件，其重要性高于操作质量。良好的操作质量无疑能促进技术条件平衡，合理的技术条件为实现良好的操作质量、减少操作的频度创造了条件，反之技术条件失调的槽大大增加了无效和疲于奔命的劳作。1.槽电压管理槽工作电压是指阳极母线至阴极母线之间的电压，它由以下几部份组成：极化电压（约1.70V）、阳极压降（约0.34V）、电解质压降（约1.57V）、阴极压降（约0.36V）、母线压降（约0.20V）和效应分摊电压（约0.10V），其中，母线压降基本上是固定的；极化电压的变化也很小，只随Al2O3浓度的变化而稍有变化。阳极压降是变化的，其各部的压降约为：①阳极铝导杆32mv；②阳极钢爪横梁48mv；③阳极钢爪头25mv；④爆炸焊片8mv；⑤阳极炭块227mv；阳极总压降约为338mv左右。阴极压降也是变化的，取决于槽底的洁净程度和老化程度，其各部的压降约为：①铝液与炭块的接触压降76mv；②阴极炭块压降105mv；③扎糊压降0.5mv；④糊与阴极棒接触压降1.5mv；⑤炭块与糊接触压降24mv；⑥阴极棒压降151mv，阴极总压降约为358mv左右。电解质压降的变动范围最大，电解质成份、过热度和极距的变化，都会使电解质压降变化，其中极距影响最大，其它各部位压降包括槽底压降、阳极卡具压降、短路口压降等等，这些压降应定期测量，及时调整。这有利于降低工作电压，对正确判断电解槽的生产情况也相当重要；在病槽的处理上，只有在这些压降都正常的情况下，才可以考虑其它因素对电解槽的影响。电压是电解槽输入能量最主要来源，是维持和调整体系热平衡最重要、最易实现的因素，由于槽电压与极距呈确定的函数关系，变更设定电压的实质，是增减极距来变更电解质电压降。设定电压在以下情况下需要上升：①电解槽热量不足，AE多发或早发；②电解质水平连续下降；③投入大量物料，需要拉大极距和补充热量；④发生针振；⑤发生病槽。设定电压在以下情况下需要下降：①电解槽热量过多，AE迟发时；②电解质水平连续升高时；③投入的物料已熔化，无需补充热量时；④针振消失后；⑤病槽好转时。直流电耗、电流效率、平均电压之间存在这样的关系：W＝kwh/kg三者均是不断变化着的，但V均主要受制于设定电压、氧化铝浓度、效应系数、效应持续时间、针振和电压摆；η和W则是成反比的关系，即效率越高，则直流电耗就越低，反之效率越低，则直流电耗就越高；而运行电压与直流电耗成正比，提高运行电压有利于提高电流效率，三者相互牵制，因此优化工艺条件时要考虑到两者的相互影响，最好是以不或微量提高运行电压，来大幅提高电流效率，从而使直流电耗也得到下降，2．极距的控制极距是指阳极底掌到阴极铝液镜面之间的垂直距离，它既是电解过程的电化学反应区，又是维持电解温度的热源中心。工作电压的高低基本反映了极距的高低。极距的确定以保持稳定的热平衡出发，在不影响电流效率的前提下，尽可能保持低极距。极距与电流效率的关系由J·伯奇等人经过研究得到的有关电流效率与极距的变化率эη/эL，并将эη/эL和极距的关系归纳成了一个新的函数，所得的两条曲线如图7－4所示，随着极距的增大，电流效率－极距的变化率越来越小。图7－4电流效率－极距变化率与极距的关系正常生产中不应该有极距太低的碳块，这会引起电流分配不均，造成局部过热现象，从而使电流效率降低，同时也是引起槽电压不稳定的主要原因。电解槽的针振或电压摆，是由于槽内铝液上下波动而引起的槽电压高频波动（针振）或低频波动（电压摆），且波动的幅度超过设定值。它是判断电解槽是否平稳的最敏感标志，也是铝电解生产中最突出的异常现象，直接影响到电解槽的正常生产和程序的正常监控。针振主要是极距问题，个别阳极极距过低、阳极长包或掉块，阳极导电变化大，导致铝液不稳定；另外，氧化铝浓度偏低也是原因之一。而电压摆主要是槽膛、铝水平的问题。铝水平过低，铝液整体波动大，引起电压波动大。而槽底有沉淀或伸腿过长，铝液的流动在该处会产生波浪，同时水平电流也会增大。大幅的针振或电压摆严重破坏了槽况的稳定性，破坏了槽帮，会危及电解槽的安全运行；也会形成侧部漏电、产生水平电流，引起电流分配不均、造成局部过热的现象，增加了电耗、加大了铝水二次反应的损失，降低了铝电解槽的电流效率，所以它是电解生产管理中的重中之重。在人工维护的方面，要特别关注电解槽的稳定性情况，确保设定电压与生产相匹配。操作上要及时、正确地调极，或适当抬高设定电压，以消除电压针振和电压摆；槽膛问题却是一个系统、长期的问题，等它逐渐规整后，电压摆的消除也是水到渠成的。3.阳极电流分布预焙阳极电解槽的换极，很难保证每组阳极底掌都在同一水平面上。因此，阳极电流分布应每日测量，作为一个质量控制点，对超出范围的应及时调整，但要注意调整幅度，尽量使每组阳极底掌处于同一水平。管理者也应在长期的生产实践中，总结出阳极上调和下降的高度所对应的阳极电流分布的变化，从而保证阳极调整的准确性。4.电解温度电解温度对电流效率的主要影响，是铝在电解质中的溶解度，特别是溶解铝的扩散速度，因为扩散到阳极氧化区的速度越快，电流效率的损失就越大。电解质温度直观地反应了电解槽的发展趋势。温度过低，其密度增大，粘度增大，铝液与电解质分离不开，阳极气体不易顺畅排出；电解质急剧收缩，分子比下降，溶解氧化铝的能力降低，阳极效应增多；槽底沉淀增多，电解槽底部易长结壳，槽膛变小，伸腿肥大。而温度过高，会增加金属铝的损失，降低电流效率，并能熔化槽膛，增加物料消耗，导致病槽。电解质的温度是由电解质的初晶温度和过热度两部份组成，即T=T0+ΔT。降低电解温度有两重意义：一是降低电解质的初晶温度。初晶温度T0主要决定于分子比、Al2O3浓度、CaF2浓度。正常生产情况下，分子比降低，初晶温度会相应降低；Al2O3浓度升高，初晶温度也会降低；CaF2浓度升高，初晶温度也会降低。而CaF2浓度在铝电解正常生产过程中，几乎没有什么大的变化，可认为是常量。对于有时出现计算值初晶温度竟然比电解温度还高的现象，原因有5个：①电解质中含有其它成分，而没有对其进行分析；②电解质组成的分析有偏差；③电解质的温度测定有偏差；④电解质中的Al2O3浓度在较长时间内处于过饱和状态；⑤有悬浮氧化铝存在。二是降低电解质的过热度。短期内降低槽温是容易的，但会潜伏着今后槽子的热病，这里强调的是长期平稳地保持低温。事实上，单纯的降低电解质的初晶温度对电流效率的提高，效果是不明显的，且过低的电解温度会导致操作上的困难。因此，应认识到提高电流效率的主要途径：不是降低电解质的初晶温度，而是降低电解质的过热度。电解槽的平稳生产至关重要，在平稳的情况下，电解温度波动很小，过热度会逐渐降低。电解质的成份决定了电解质的初晶温度，而电解温度的波动其实就是过热度的波动。这也是为什么在实际生产中，电解质成分差不多的电解槽，其电解温度有时却相差很大的原因。5.铝水平和电解质水平铝水平和电解质水平是指这两层液体在电解槽内的高度而言，这两层液体在电解槽内因密度差别而分层。稳定的铝水平和电解质水平对电解槽能否正常生产至关重要。实践表明，铝水平适当高些确实是有益的：①它填平了槽底上高洼不平之处，使电流比较均匀地通过槽底。②由于铝的导热性好，保持较高的铝水平，可以使电解质多余的热量通过这层良导体传输到槽膛各处，使各部分温度均匀，有利于降低槽温，减弱二次反应。③适当厚度的铝液层能削弱磁场的作用力；④它能够保护槽底阴极炭块，又能使槽膛周围形成稳固的槽帮，收缩铝液镜面，提高阴极电流密度，这些因素均有利于提高电流效率。当然，铝水平的高低与阳极电流密度有关，当降低阳极电流密度减少热收入时，应相应地降低铝水平以减少热损失，有利于维持电解槽的热平衡。电解质是电解槽的血液，对槽温的影响大。电解质水平过低则热稳定性较差，不易操作。因此，要保持适宜的电解质水平，而且还要与铝水平的保持相匹配。在不泡爪的前提下，电解质水平应适当保持高些，有利于槽温的稳定，有利于增加氧化铝的溶解能力。但电解质水平太高，不仅使阳极埋入电解质过深，也易熔化侧部槽帮。所以，管理者应根据槽型、电流效率的不同确定每日的出铝量，并依据长期的生产实践得出每出一吨铝，铝水平大约下降多少的概念，从而保证电解槽的铝水平在稳定的范围内波动。电解质水平也一样，首先应搞清楚电解质水平过高或过低的原因，及时调整。6.阳极效应系数效应管理的好坏是电解工艺调控是否正确、合适的一个非常重要的标志。阳极效应是电解过程中一种特有的现象，在铝电解生产过程中，它与阳极性质、电解质性质、阳极气体性质等多因素有关。效应发生后，若效应持续3min，效应均压在25V左右，电解温度在1h内会上升到10～25℃左右，而且约4h后才能恢复正常，造成电解质的过热，增加额外的电能消耗，对电解稳定生产产生不利的影响。效应产生的高温使电解质熔点等温线向外扩张，会使凝固的槽帮变薄乃至消失，还会增加熔体向槽内衬的渗透深度，加重电解槽内衬材料的腐蚀；效应过后槽温逐渐回落，电解质熔点等温线又向内收缩，使内衬中渗入的、低于熔点等温线以下的熔体凝固结晶，凝固结晶过程中产生的应力会使内衬材料体积膨胀，造成强度降低进而内部组织结构遭到破坏，加剧了电解槽的破损，使槽寿命缩短。发生阳极效应的弊，如增加氟盐消耗，降低电流效率，耗费大量的电能、危及槽寿命等等。发生阳极效应的利，能洁净阳极底掌，有助于电解质中炭渣的分离，清理炉底沉淀等。由于国内阳极炭块质量及氧化铝粉的物料特性的影响，现代预焙槽还是需要一定的效应，预焙槽效应系数一般选择小于0.3次/槽·日。由于阳极效应对电解槽运行的影响弊大于利，因此铝电解技术人员对效应的研究方向是降低效应系数并缩短效应持续时间，在确实需要效应时才实行不定期的效应操作，“零效应”是对稳定热平衡的有力支持。排除外界因素（电流变化、阳极质量差、Al2O3质量）和下料器、打击头故障以及换极诱发、出铝诱发、抬母线诱发等人为因素的情况下，不管槽温是否正常，如果电解槽有发生突发效应，都要撇开槽温正常这个表面假象，说明工艺调控存在不妥当的地方，就要在能量平衡和物料平衡上去寻找原因。如是低温引起的，就要先从能量平衡的因素上去调整（是调整初晶温度还是调整过热度要具体问题具体分析）；如是低Al2O3浓度引起的，则要从物料平衡的因素上去解决，对症下药。7．电解质成份的管理在电解生产过程中，电解质成份总是在变化，它的变化直接影响电解过程和生产效果，因此电解质成份的检查与调整是铝电解生产管理的重要组成，必须根据电解质成份的变化作出适当的调整，使其保持在规定的范围内，电解质成份的调整主要指电解质分子比和其它添加物含量的调整。⑴分子比的管理降低分子比可降低电解质的初晶温度。分子比为2.4以下的电解质称为低分子比电解质，低分子比电解质与铝的溶解量及溶解时间的关系，见图7-5：图7-5铝的溶解量与溶解时间的关系由图7-5可见，随电解质分子比降低，铝的溶解度降低。在碱性电解质中，由于氟化钠的过多剩余，也大大增加了钠离子放电的可能性，同时氟化钠还会降低铝对电解质熔体的表面张力，对电流效率产生不利的影响。而在酸性电解质中，氟化铝能增加铝液同电解质熔体相接触的表面张力，同时还能降低电解质比重，有利于铝与电解质分离，减少铝的损失；有效地抑制钠离子放电和铝置换氟化钠的反应，对电流效率有好的影响。⑵氧化铝浓度的控制氧化铝浓度控制的好坏，是电解槽能否稳定运行的重要因素。勤加工、少加料，能使电流效率均衡地保持在较高的水平上。研究表明，氧化铝浓度在1.5%以内，容易发生阳极效应；氧化铝浓度超过4%时，则容易形成沉淀，增大槽电阻并影响电流分布，从而降低电流效率，增加电耗。在氧化铝浓度为3.5％～4.0％时，槽电阻存在着最小值；在氧化铝浓度为1.5％～3.5％时，电解质的电阻率较小，Al2O3的溶解性较好，不易产生槽底沉淀，而且不易发生阳极效应。为了适应低分子比和低电解温度时氧化铝饱和溶解度低以及预焙槽各种按需下料控制策略对电阻斜率的要求，氧化铝浓度工作区设置在较低的范围以利于氧化铝浓度控制，而且可减少生成沉淀的可能性，故氧化铝浓度一般控制在1.5～3.5%之间。低氧化铝浓度控制也有利于降低电解质过热度，增加氧化铝溶解速度和扩散速度，减少炉底沉淀，降低炉底压降，同时降低氧化铝浓度还可减少铝的二次氧化，降低电解质电阻，增加电解质导电性，减小电解质粘度，它可以部分弥补高氟化铝浓度使电解质电阻率和粘度增大的缺点。当电解槽在低氧化铝浓度运行时，槽电阻对氧化铝浓度的变化反应更敏感，这为阳极效应预报控制创造了条件，进一步提高效应预报成功率，从而提高电流效率。从能量平衡角度来看，保持一个相对稳定的低氧化铝浓度，可以稳定电解槽的热平衡，有利于提高电流效率。8．现行工艺技术条件组合南平铝业各级电解槽管理员自2003年电解槽启动以来就不断对工艺技术条件进行优化探索和总结，因此现行工艺技术条件组合基本趋于成熟，其设定范围为：*电解温度（℃）：948～960*分子比（CR）：2.30～2.45*氧化铝浓度（%）：1.5～3.5*铝水平（cm）：20～22*电解质水平（cm）：19～21*槽电压（V）：4.10～4.16*效应系数：（次/槽日）：≤0.25*氧化铝加料间隔NB（S）：90～110第九章异常槽处理在铝电解生产中，人们希望电解槽总是处于正常运行状态。但运行过程却又受到各种因素影响，干扰电解槽的热平衡和物料平衡。而且，如果排除不及时或不适当，就会发生病槽。病槽一旦出现，必须根据具体情况，找出发病的原因，施以正确处理，使电解槽尽快恢复正常运行。本章根据冷、热行程形成的状态与机理及240KA预焙槽两年来的生产经验，总结出常见的病槽：低温槽、高温槽、沉淀结壳槽、高硅槽及阳极长包、阳极多层脱落、滚铝、漏炉、难灭效应的形成原因和预防处理方法。第一节冷、热行程的形成及一般处理电解槽赖以正常运行的两大条件是热平衡和物料平衡。如果这两大平衡被破坏，其它技术条件无法正常保持，便冷、热行程，导致病槽的出现，下面以物料和能量为线索，来分析病槽的形成过程及处理程序。1.热平衡破坏当电解槽收入与支出不平衡时，便使电解槽走向不同的行程。⑴冷行程：如果电解槽热收入小于热支出，电解槽就走向冷行程，生产中称为冷槽。冷行程初期表现为电解质水平下降，电解质温度低，颜色发红，粘度大，流动性差，阳极气体排除受阻，电解质沸腾困难。打开壳面后，液体电解质表面浮不出炭渣，只能与电解质在表面结成黑色半凝固层。结壳厚而坚硬，中间下料口有时出现打不开壳；炉膛收缩，炉底有沉淀，铝水平上涨，换阳极时捞结壳块困难，液体电解质表面出现快速凝固现象。冷行程到一定时间后，电解槽便出现炉膛不规整，局部肥大，部分地方的伸腿伸向阳极投影区内；由于长炉膛时析出碱性的电解质，因而液体电解质分子比降低，电解质水平降低，铝水平持续上涨，炉底沉淀多，阳极效应频频发生，时常出现“闪烁”效应；由于炉底沉淀多，导致阳极电流分布不均，铝水波动大，引起电解槽电压针振摆动。冷行程发展到后期，最主要的表现为炉底有厚厚的沉淀或坚硬的结壳，炉膛极不规整，部分地方伸腿与炉底结成一体，中间下料区出现结壳与炉底连成一体，形成中间“隔墙”，阴、阳极电流分布紊乱，电压摆动大，有时出现滚铝现象；电解槽需要很高电压才能维持阳极工作。冷行程到最严重时，电解质全部凝固到炉底，铝水漂浮在表面，槽电压自动下降到3V左右，一抬阳极变出现多组脱落，从而被迫停槽。初期冷行程的电解槽处理方法很简单，只要及时发现苗头，适当提高槽工作电压，增加电解槽热收入，并适当加强阳极保温，减少电解槽的热支出，热平衡很快恢复，电解槽转入正常。如果初期冷行程发现和处理不及时，到了中期，电解槽便显示出各种病状，对于中期冷行程的槽，治理方法可从四方面进行：①首先是增加电解槽的热收入，适当提高槽工作电压，提高电解质温度和电解质水平，控制炉膛减少。②其次是适当延长加料间隔和提高效应系数，清楚炉底沉淀和规整炉膛。提高效应系数采取缩短效应设定时间，增加效应等待机会的办法，利用效应等待期间停止加料来消耗炉底沉淀和发生效应时的高热量熔化炉底沉淀，而决不能利用多来突发效应的办法提高效应系数，这样反而会增加炉底沉淀。③调整操作制度：主要是出铝制度。冷行程槽由于炉底沉积多，炉膛收缩，往往显出铝水平高，为了加快沉淀熔化，炉膛规整，必须适当多吸出铝来提高炉底的温度，生产中称为“撤铝水”。但是在撤铝水过程中，仍应以电解槽平稳为前提，这就要求撤铝水不能太快。若一次出铝太多，一是电解槽波动大，二是铝水突然下降太多，会出现炉底沉淀局部露出铝表面的情况，跟随下降的阳极底掌很容易与沉淀相触，造成电流分布混乱，引起电解槽滚铝，另外，还可能使下降的阳极接触边部伸腿，引起阳极长包。实际操作中,常采用“少量多次”的出铝制度，同时撤铝必须与槽状态紧密配合，这样既可以有效的促使炉底沉淀消除，又可保证电解槽状态平稳。④利用辅助作业手段：在处理炉底沉淀期间，还可利用换阳极打开炉面之机，用大钩或钢钎清除炉底沉淀，一方面可使沉淀疏松，容易熔化；另一方面在沉淀区拉沟后，铝水顺沟浸入炉底，可改善沉淀区域的导电性能，对阴极导电均匀大有好处。同时，利用来效应、换阳极时多捞碳渣，使电解质洁净，改善其物理性能。要勤测阳极电流分布，保持阳极电流分布均匀和阳极工作正常；利用计算机报表提供的信息和数据，正确分析判断，准确把握变化趋势，及时调整技术条件，这样，可使电解槽在一星期左右转入正常运行。中期冷行程槽如果不及时处理，时间一长炉底沉淀便会变成坚硬的结壳，这样，处理起来就更为困难。处理炉底结壳的方法与炉底沉淀几乎一样，只是炉底结壳消耗很慢，阴、阳极电流分布很难调整均匀，处理时间需要更长，处理过程中最易出现的问题是滚铝和阳极多组脱落。因此，随技术条件的变更，撤铝速度必须掌握适度，细心准确，否则，稍有不慎，易出现严重滚铝或阳极多组脱落，这会大大增加处理难度，甚至被迫停槽。⑵热行程：热行程是电解槽热平衡遭破坏的另一种形式，此中情况产生的原因正好与冷行程相反，即为热收入大于热支出。热行程的初期征兆为电解质温度升高，电解质水平上涨，电解质颜色发亮，流动性好，阳极周围出现汹涌澎湃的沸腾现象；炭渣与电解质分离不好，相对静止的液体电解质表面有细粉状炭渣漂浮，用漏勺捞时炭渣不上勺，表面上电解质结壳变薄，中间下料槽的下料口结不上壳，多处穿孔冒火，且火苗黄而无力，炉膛变大，铝水平呈下降趋势，炉底温度升高，阳极效应滞后发生，效应电压较低等状况。热行程到了中期，首先是炉膛遭到破坏，部分被熔化，电解质温度高，中间无法结壳，边部表面结壳也部分消失，无火苗上窜，出现了局部冒烟现象；炭渣与电解质分离不清，严重影响了电解质的物理、化学性质，电流效率很低，炉底产生氧化铝沉淀，这层沉淀电阻很大，电流流经它时产生高温而使炉底温度很高，用铁钎插入数秒钟后取出，铝水、电解质界限不清，而且铁钎下端变成白热状，甚至昌白烟；分离不出去的炭渣便与电解质、氧化铝悬浮物形成海绵状炭渣块粘贴在阳极底掌上，电流通过这层炭渣块直接导入炉底，使阳极长包，同时，这层渣块电阻很大，电解通过时产生大量焦耳热使槽温变得很高。中期热行程如果处理不及时或处理不当，便很快转化成严重热槽，其特征为电解质温度很高，整个槽帮和表面结壳，白烟升腾，红光耀眼；电解质粘度很大，流动性差；阳极基本处于停止工作状态，电解质不沸腾，只出现微微蠕动，含炭严重，从槽内取出电解质冷却后砸碎，断面明显可见被电解质包裹的颗粒悬浮物，其后沉入炉底，使炉底沉积迅速增多，电解质水平急速下降；炉底温度很高，铝水与电解质混为一潭，用铁钎插入后取出，根本分不出铝水与电解质界限，犹如一锅稀粥；电解质对阳极润性很差，槽电压自动上升，甚至出现效应(由于电解质电阻增大,槽电压上升到6.0～10.0V),现场戏称严重热槽为“开锅”。电解槽初期热行程也算不上是病槽，处理方法很简单:只要将槽工作电压适当降低，减少其热收入，适当少出铝，提高铝水平，增加炉底散热，使炉膛不遭破坏，并及时调整其它工艺技术条件，很快能解决问题，将电解槽扭转到正常运行轨道。但是，初期热行程如果不及时调整，一两天内就能转化成中期热槽。当中期热行程出现后，处理方法为：①首先清除阳极病变，先通过测量阳极全电流分布，找出有病变的阳极，提出来并清除底部渣块，打掉突出的包状，个别严重的可采用残极更换（平时积存下来的厚残极，它可以在1小时内承担全电流，因新极开始导电很慢）。阳极病变处理后，再通过测量阳极电流分布调整好阳极设置，使之导电均匀，阳极工作。②紧接着降低槽温，降槽温不可盲目用降低极距来降低槽电压，因为热槽电解质电阻大，槽电压高并不是因为极距大，而是由于电解质电阻所引起的，所以，降低槽温主要采取清亮电解质，减少电解质电阻，并加强电解槽散热的办法。打开大面结壳，使阳极和电解质裸露，加强电解槽上部散热，同时从液体电解质裸露的地方慢慢加入冰晶石降温。③减少出铝量，增大炉底散热，随后降低槽工作电压，并配合添加极上保温料，根据具体情况，缓缓撤出铝水，消除炉底沉淀。热行程好转后，都会出现炉底沉淀较多的情况，在恢复阶段，只要注意电压的下降程度，控制好出铝量，适当提高效应系数，电解槽很易恢复，一般在一周内就可转入正常，但若控制不好，也很容易反复。所以恢复阶段必须十分注意槽状况变化，精心做好各项技术条件的调整，使之平稳转入正常。2．物料平衡遭到破坏电解槽的物料平衡遭到破坏有两种形式，一是物料不足，二是物料过剩。但两种情况都产生相同的结果――使电解槽走向热行程。当电解槽氧化铝物料不足时，阳极效应频频发生，产生大量热量使电解质温度升高，熔化边部伸腿，瓦解炉膛，铝水平下降，出现热槽。当电解槽氧化铝物料投入过剩时，首先是电解槽不发生阳极效应，之后，炉底逐渐产生沉淀，饱和了氧化铝的电解质对炭渣分离不好，电解质电阻变大，焦耳发热量增多，使电解质温度升高，炉底沉淀也使炉底电阻增大，产生大量多余热量，使炉底变热。因此，如果电解槽在其它技术条件都正常的情况下出现效应提前发生或增多次数，那么可断定为氧化铝物料投入不足，应及时缩短加料间隔，增加投料量，尽快满足电解过程的物料消耗的需要，防止因效应过多而使电解槽热平衡遭到破坏，导致热行程。若因设备故障一时难以排除，不能通过投料来控制效应，应进行人工外部加料。当电解槽出现阳极效应推迟发生时，投入的氧化铝物料肯定过剩，处理时首先适当延长加料间隔，减少氧化铝物料投入，避免炉底生成沉淀，如果沉淀已经生成，除了减少物料投入外，还应适当提高电解质水平，增加对氧化铝的溶解量，尽快消除沉淀，防止热行程，若已经是热行程了，并伴随出现了阳极长包等病症，那就要按照处理热行程的方法，消除阳极病变，将槽温恢复正常，然后再处理炉底沉淀，让电解槽逐渐恢复正常运行。第2节240KA预焙槽常见病槽处理自2003年6月240KA预焙槽投产以来，病槽的成因与最佳处理程序各级槽管理者一直在实践中摸索总结，期间反复比较病槽各种处理手段的效果，至今基本确定较有效果的结合计算机控制系统的调控方式的病槽处理程序。南平铝业现行的槽控系统存在许多不足之处，还达不到智能化，无法自动消除病槽，尤其在设置电阻算法时过于简单，未考虑影响电解质电阻率的大小的槽温因素，其在电解质成分方面也只能判断出1.5～3.5%氧化铝浓度。当发生漏料或槽帮化开时，电解质氧化铝浓度超过4.0%以上时，即进入特性曲线的另外半边（见下图9－1），但它会按目前电阻对应的1.5～3.5%来判断氧化铝浓度，导致误判误治。图9－1氧化铝浓度与电阻特性曲线从槽控系统的以上缺陷看，在正常槽况下，槽控系统能发挥优良作用，但出现异常槽况，电阻与氧化铝浓度已无法呈对应关系时，槽控系统的作用就受到限制，并有误判误治之弊，因此对病槽的工艺调控部分要根据现场状况常常采用脱离联机处理。1．结壳槽处理程序：••①将槽温调整在950～965℃正常区间；•②将电解质补到正常值，并维持住；③逐步加大出铝量，将铝水平降1.5～2.0cm左右；④提高槽电压0.01～0.02V以防止针振，同时延长氧化铝下料间隔5～15S，减少下料量，此时槽温会有小幅的上扬，只要上扬幅度不超过10℃，均属正常；•⑤待槽温微微上扬时，缩短氟化盐下料间隔，中和因槽温上扬使部分槽帮、面壳化开及槽底结壳而上升电解质含碱量，使分子比维持不变或变动量少。这样的做法可以使整体槽温不明显上升，槽波动幅度小，炉底结壳清理完毕。控制得好可以达到槽温基本不变，槽帮也不化开，结壳却已消失的效果。2.冷槽处理程序:当电解槽分子比低于2.28，且在持续下降，此时槽温低于945℃，采用单纯提电压已无济于事，电压高达4.25V以上，近十天都无法提高分子比与槽温。槽运行强冷趋势时，铝水平虽猛涨，但其是虚铝水平，槽电流效率并不高，其槽膛不规整，阴阳极面积不对称，水平分向电流大，出一阵铝后，铝水平就会急剧下降。若采用停料等效应提温的办法，炉帮会大量熔化，此后新的稳定热平衡在短时间内难以形成；若采用添加纯碱提起分子比的方法，成本高，而且纯碱含结晶水，直接添加在出铝口，有一定危险性，出铝口也易生成难以熔化的高分子比结壳。采用下述处理程序，效果更好：①若该槽电解质水平不足，则将液体电解质补到槽中，尽量补到20cm以上；②逐步加大出铝量，将铝水平降1.5～2.0cm左右;•③将槽电压提高0.02～0.05V，采用长NB下料设置，或长定时下料，脱离槽控系统控制，以防它误判。同时长NB也可以间接提高运行电压，这样槽实际运行电压高，维持这种情况14～18h间，槽温就已提起，待槽温提到955℃时，再恢复联机控制，这期间可能也会引发效应，属正常情况。3.热槽处理程序:生产线指的热槽一般是指槽温高过正常控制范围10℃以上的电解槽，其有两种形式：一种为分子比高大约在2.45以上，氧化铝浓度也高在4.0～6.0%；另一种分子比低在2.35以下，氧化铝浓度高在5.0～7.0%，还伴有大量沉淀的出现。两种形式的热槽处理原则均是以降槽温与降氧化铝浓度并进为中心，因此偏向采用定时下料或高NB逐渐向低NB过渡。第一种形式的热槽产生是由于工艺参数调控不当，槽走热行程，熔化部分槽帮及面壳所致，因此氧化铝浓度也偏高；该形式的高温槽较易处理，恢复正常时间短，采取如下处理程序：①减少出铝量，让铝水平维持在原控制范围的上限；②采用槽外添加氟盐的方法，降分子比，每天槽外添加不要超过100kg；③同时脱离槽况系统控制，采用长定时下料或间隔停料，直到氧化铝浓度恢复到3.5％以下，再回到联机；④槽电压可实行小幅先降电压，但一般最低不低于4.13V，待槽温开始下降时，在965℃左右，再反提高槽电压0.01～0.02V；⑤降温不可太快，注意降到965℃时，开始减少氟盐添加量，970℃以上时可用10℃/天的速度降温，965℃以下时开始用3℃/天的速度控制降温。第二种形式的热槽的产生常常是发生大漏料，导致槽底大量积料，或电压长时间低运行，人工未提起电压，导致极距过短，铝发生强烈的氧化反应导致的。该形式的高温槽较难处理，危害性大，处理时间需4～7天，处理程序为:①提高电压到0.02～0.05V间，消除针振，用间隔停料或定时140～180S的方法消耗过剩氧化铝；②关注电解质的粘度，若流动性太差，则立刻更换部分电解质，用低温液体电解质或固体冰晶石补进；③将氟盐间隔设置在30～40min左右，逐步放长氟盐间隔。④减少出铝量，按1000～1200kg/日出，直到槽温回到960℃以下；⑤待氧化铝浓度降到3.5%内，槽温降到970℃以下后，再恢复联机控制。⑥若情况比较严重的，还要采用添加电解块来更换部分电解质等辅助降温手段配合处理。这里有两个细节需要明了：一是微微提起电压不会引起槽温进一步上涨，因为槽底大量积料，极距此时可能偏短，会有针震发生，同时铝存在氧化发热，微微提起电压，可以改善这种现象，不会使槽温进一步上涨（若未发生针震，电压也可小幅下降）。二是浓度的下降不会使槽温上扬：因为从氧化铝浓度与电阻特性图可以看出：氧化铝浓度大于4％时，氧化铝浓度增大，电阻也增大，因此在特性曲线的右半边，氧化铝浓度下降，电阻下降，槽温并不会因氧化铝浓度下降而出现进一步的上扬。4.高硅槽处理程序:高硅槽是指出现原铝硅含量持续升高，超过0.1％，而铁含量在正常范围内，未与硅含量同比例升高的槽。240KA预焙槽运行以来，高硅槽断断续续一直产生，严重影响铝铸造产品质量。⑴高硅槽产生的原因所有高硅槽的硅含量快速升高方式并非是均匀持续升高，而是分一、两个时间段，每个时间段只有2到5天，硅含量上升0.015～0.036%间，其余时间基本维持不变。这期间槽工况呈：效应次数频繁或效应的峰压与均压都偏高；分子比、槽温快速大幅度上升；槽控曲线紊乱，欠量下料却引起电阻下降，曲线的斜率远高于累斜的时间约占总时间的70％以上。以上共性反映是槽帮熔化的信号，说明槽帮熔化导致硅含量上升，现场观察硅含量上升的槽，发现侧部碳氮化硅砖向外鼓出，碳氮化硅砖有破损脱落的现象，电解质凝固在侧块与碳氮化硅砖的内表面，部分碳氮化硅砖有膨胀的现象，这说明碳氮化硅砖被局部腐蚀。因此高硅槽产生的原因可以基本判断为：由于工艺调控不当，引起侧部炉帮的化开，导致电解质直接冲刷碳氮化硅砖，将其腐蚀，引起硅含量持续上升。追溯到启动后的槽膛建设期，发现所有高硅槽均是快速降温、低分子比建设炉帮，该种炉帮不规整易化开，进入正常管理期后，这些槽工艺控制一有不当，过热度偏大，其炉帮极易熔化。⑵高硅槽的危害高硅槽不仅使原铝含硅量超标，影响原铝质量，且其反映出的槽工况严重不良：槽膛不规整、炉帮薄、侧部炭――碳氮化硅砖部分裸露，高硅槽与设计理想槽槽膛内型变化如图9－2所示：图9－2高硅槽槽膛内型与设计内型比较图这种槽膛内型直接导致三个后果：①电流效率下降，高硅槽槽膛大、炉帮薄，不能有效地防止电解质水平电流的产生，不能将电解生产的电化学过程约束在一个规则空间内进行，如此等于相对降低了阴极电流密度，直接导致电流效率的下降。②槽运行不稳定，自我平衡能力弱，铝电解生产要求有良好的稳定与平衡，如：热平衡、物料平衡、电磁平衡等，而任一平衡打破以后，它会用炉帮厚度的变化来建立新的平衡，以此来维护电解槽的平稳运行。高硅槽炉帮薄，伸腿短小，槽自我平衡能力减弱，也影响了铝液及电解质的正常循环流动，使电解质内部产生紊流或波动，且趋于激烈的倾向。③影响槽寿命，无炉帮或炉帮薄则无法有力保护侧部碳氮化硅砖，无法有效地防止由于电解质的冲刷而造成的机械磨损，特别是对焙烧效果相对差的“人造伸腿”及底部扎缝。高硅槽硅含量异常已持续两三个月，意味着槽膛熔化仍在继续，每天的出铝都要带走一部分硅，炉帮已非常薄，只要电解槽引起一个强烈的热行程，若处理不当，铝液极有可能向下或向侧部渗透，引起漏炉的严重事故。⑶高硅槽的处理程序•处理高硅槽的基本原则就是如何再生成规整的炉帮、如何使炉帮不被继续熔化。①事前处理程序：对原工艺参数记录中铝水硅含量升降频繁的槽进行以下工艺调整：保持较高铝水平；控制槽温与过热度较低，尽量使槽运行稳定；熄灭效应持续时间不超过3min。②事中处理程序：a．先将氧化铝NB适当延长5～15S，若槽温高于980℃，则考虑脱离槽控系统控制，而采用定时下料120～150S一段时间后，再恢复联机，让槽控曲线走正；b.同时缩短氟化铝间隔，若槽温高于975℃，则采用槽外添加氟化铝，但一定要控制降温速度，不可太快，拟用3～6天的时间，均匀降分子比，缓慢下降槽温至955℃左右稳定住2～4天；c.同时逐步减少出铝量，将铝水平控制在高限，期间要同步提高槽电压0.01～0.02V，以保持极距。d.在槽温下降的同时逐步缩回氧化铝NB，待硅含量不再上升时，再次缩短氧化铝NB5～10S，加大下料量，提供其生成炉帮的需要。整个处理过程需8～12天时间，原铝硅含量可持续下降到正常值。⑷事后纠正程序：当原铝硅含量已经在一高度持续很长时间，槽温在960℃以下低温区徘徊时，则应先提起槽温至965～970℃间，分子比为2.40～2.45间，先处理炉底沉淀与结壳，待炉底洁净后再按事中处理的b、c、d程序操作，经10～15天时间，即可将高硅槽纠正为正常槽。5．阳极长包：阳极长包即阳极底掌消耗不良,以包状突出的现象,一旦包状伸入铝液,电流形成短路,电流空耗，槽温升高，电流效率大幅降低。处理主要方法：更换长包的阳极炭块组，添加电解槽冷行程或热行程，物料平衡遭到破坏，都会引起阳极长包，但长包部位有所不同。冷行程边部肥大，伸腿长，阳极端头易接触边部伸腿，包长在阳极靠大面端头；热行程都是由于阳极底掌上贴附碳渣块而阻碍消耗，所以包大部分都长在阳极底掌中间，长包后温度很高，常常长包阳极处都冒白烟，物料平衡遭到破坏后引起的阳极长包与热行程相似。阳极长包的共同点是电解质不来效应，即时来了效应电压也很低，而且电压不稳定。长包开始时会有电压摆伴随，一旦包进入铝液，槽电压反而稳定，炉底沉淀迅速增加，电解槽逐步返热，阳极无力工作。处理方法为将阳极提出槽外，用铁钻子或钢钎把突出的部分打下来，再装上，如果打不下来，就进行阳极更换，更换时尽量采用热残极，并在更换时将槽内浮游碳渣捞出，使电解质清洁。处理完毕后，立即进行电流分布测定，调整好极的深度，使电流分布均匀，在极周围加上氟化铝和冰晶石的混合料，一方面降低槽温，另一方面促使炭渣分离。6.阳极多组脱落:一个槽在短时间内出现三组或三组以上阳极脱落或掉块,对电解槽破坏极大,严重时被迫停槽。主要原因是阳极电流分布不均，严重偏流。强大的电流集中在某一部分阳极上，短时间内使炭块与钢爪连接处浇注的磷生铁或铝－钢爆炸焊熔化，阳极与钢爪或铝导杆分开，掉入槽内，之后电流又涌向别的阳极，恶性传递。造成阳极偏流的原因有：一是电解质太低，浸没阳极太浅，阳极底掌稍有不平，就使阳极电流分布不均匀，出现局部集中，形成偏流，除此之外，抬母线时阳极卡具紧固得不一致，或有阳极下滑情况，未及时调整，也会引起阳极电流偏流，最终造成多组阳极脱落。。多组阳极脱落的处理原则是：第一必须控制继续脱落；第二尽快拿出脱落极，用残极（用邻槽拔出红热极）装上，测量阳极的电流分布，调整未脱落极，使之导电尽量均匀，不再脱落；第三若在处理过程中由于电解槽敞开面积大，电解质易干枯，电压会自动下降，此时不能硬抬电压，要灌入液体电解质后再抬阳极。7.滚铝:滚铝是电解槽又一种可怕的恶性病状。电解槽发生滚铝时，一股铝水从槽底泛上来，然后沿四周或一定方向沉下去，形成巨大的旋涡，严重时铝液上下翻腾，产生强烈冲击，甚至铝液连同电解质一起被翻到槽外。热、冷行程都会引起滚铝，但滚铝的根本原因并不在电解槽冷热，而是由于电解槽理想电流分布状态遭到破坏，形成不平衡的磁场，产生不平衡的磁场作用于导电铝液上，这些不平衡的磁场力推动铝液旋转、翻滚，从而出现滚铝。发生滚铝的槽有三个特点：①炉膛畸形，炉底沉淀多而分布不均匀，使铝水运动局部受阻，形成强烈偏流；②槽内铝水少（特别在出铝后易产生滚铝），铝液中水平电流密度偏大；③阳极、阴极电流分布不均匀，尤其是阳极电流分布变化无常，阳极停止工作。因此要消除滚铝，必须减少铝液层中的水平电流，使阴、阳极电流分布均匀，磁场分布均匀，以减少作用于导电铝液上的不平衡磁场力。处理滚铝槽常采用扎边部、灌注铝液、调整阳极电流分布等方法，同时适当提高槽电压，利用电解质较大的电阻来迫使阳极电流分布均匀，也有采用扒炉底沉淀的方法，改善阴极导电，并配合调整阳极电流分布，使之均匀，消除滚铝。8．漏炉:漏炉从漏的部位而言可分两种：一种是电解槽底部或侧部炭块严重破损,阴极钢棒熔化,从阴极钢棒窗口漏铝水和电解质,称为底部漏炉。另一种是管理不善，槽温高，或效应持续时间过长，熔化边部槽帮，烧穿侧部槽壳而漏铝水或电解质，称为侧部漏炉。漏炉时不仅该槽的运行遭到破坏，同时漏出的高温电解质或铝水会冲坏阴极母线，烧毁槽下部设备，影响整个系列生产，因此生产中一定要避免漏炉事故发生。当发现漏炉时，要立即向当班作业长汇报，作业长确认后立即向计算站汇报，并报明槽号、时间、漏炉类型、部位和槽号。作业长立即组织人员赶到现场，立即通知工段长、部门经理、分厂厂长到现场，并作如下安排：①安排专人监控槽电压，电压不能超过4.8V，若超过，应手动降阳极；②用风管对漏炉处作冷却处理；③用手推车将结壳块、镁砂、镁砖等固体填补料运至槽旁；④在漏炉位的阴极钢棒上布置防母线冲刷挡板；⑤指挥天车扎漏炉部位的大面，并组织人力投入固体填补料；如果发生槽底破损止不住的情况，则是电解生产最严重的一种事故，判断必须准确及时，处理必须果断，迅速联系系列停电，迅速短路停槽，迅速恢复系列送电，力争把损失降到最小。第十章电解槽预趋势分析判断第1节技术条件分析判断电解槽平稳运行是良好经济指标取得的保障，如何正确分析预测电解槽在今后几日内的冷热运行趋势，并及时做出相应的工艺调整是维持电解槽持续平稳运行的前提条件。正确理解内在参数的变化与结合槽控曲线图谱反映的信息，可以大大提高分析预测槽未来几日内运行趋势的准确率。冷趋势的一般特征可见图10－1：铝水平上升、突发AE、电解质电阻升高、电解温度下降、分子比下降、初晶温度下降、随同过热度也下降、电解质水平下降：图10－1冷趋势特征图热趋势的一般特征可见图10－2：电解温度升高，分子比升高，电解质水平升高，AE迟发，初晶温度上升，但过热度也呈上升，铝水平下降。图10－2热趋势特征图但以上的趋势特征图，只能做为一般的判断预趋势指导，实际槽况要复杂的多，各参数反映的趋势呈相互矛盾状，只有各种参数反映的趋势一致时，判断的预趋势才有正确的把握。当各参数呈相互矛盾时，只有找出主导因素，才能判断正确的预趋势。从以往的实况经验看：铝水平的变化>下料量的变化>电解质的变化。电解质的变化只是槽况变化的前兆，但具体呈哪个方向的变化，却只能根据其它参数的变化而定。如某台电解槽的槽温偏高，在排除升电流、大漏料引起槽底返热、电解质水平低等非正常因素外，就要分析它到底是初晶温度T0高还是过热度ΔT高，然后有针对性地去调整工艺技术参数，才能真正做到有的放矢；分析铝水平、电压是否高于基准；铝水平和电压向基准靠拢采取了何种措施；电解槽稳定度最敏感的标志——针振时间是增大还是减小；客观上具不具备电压、铝水平改善的条件；破坏技术条件平衡的各种干扰是否进一步减少等等。定出下一阶段的铝水平、分子比、槽温、设定电压等目标，开始新一轮的改善循环。通过以上分析，可相对准确认定电解槽在改善期内的发展趋势，上述的判断逻辑列于表10－1：表10－1改善期内电解槽预趋势的判断逻辑 趋势特征项目 改善期内电解槽预趋势 热趋势 冷趋势 物料过剩 物料不足 出铝量均衡性 下降趋势 上升趋势 上升趋势 下降趋势 主要技术条件 设定电压 ↓ ↑ ↑ ↓ 铝水平 ↓ ↑ 微弱↑ 微弱↓ 针振时间 ↓ ↑ ↑ ↓ AE次数 ↓ ↑ ↓ ↑槽控曲线能反映槽预趋势的一些信息，但无法做到一一对应的状态，目前比较有把握可以判断的有：当电压线呈上下频繁串动时，基本上是冷槽趋势的开始（随着分子比、电解质温度和氧化铝浓度变低，电解质的电阻率变大且对这些工艺参数的波动变得更敏感，因此电压容易波动，电解槽的自平衡能力和稳定性较差，对外界干扰变得敏感）。当电压线比较平直，长时间无明显的峰谷时，基本上是热槽趋势的开始（随着分子比、电解质温度和氧化铝浓度变高，电解质的电阻率变小且对这些工艺参数的波动变得不敏感）。当斜率线一直高于累斜线时，槽帮、面壳出现局部熔化，或有过剩氧化铝落入槽内，呈高氧化铝浓度。当出现峰谷转换频繁时，下料量陡然增大，此时不能以下料量来判断冷热行程，出现该图谱时，只能反应氧化铝浓度对电压、电阻线敏感，效应突发的几率很大（峰谷频繁，槽温上升的概率偏大）。第二节报表分析判断电解过程控制的槽控系统配有输出报表的功能，如何正确地分析和有效地利用这些报表，正确地调动和运用这些数据来判断槽况？由于报表的分析方法反映了管理者的管理思路，因此在介绍报表分析和处理原则时，补充了从240KA预焙槽生产实践得来的经验。1．计算机报表的种类常用报表大致划分二类：状态报表和累积报表。状态报表：主要反映从打印报表时刻算起，过去8h或更长一些时间内，电解槽受控功能软开关的开闭情况；打印报表时刻的电压、加料及最近的AE、铝水品位、最新一次的电压调整。它是了解电解槽瞬时以及过去8h，或更长一些时间内一般状况的快报，是作业长使用频率最高的报表。此类报表有班报、效应报等。累积报表：主要反映出一段时间内电解槽的投入产出情况，并汇集了主要控制结果的平均值。它既供电解部、工段统计使用，又可兼作这段时间的状态报表，技术人员做短期或长期分析时，常常运用此类报表。此类报表有日报、月报或年报等。2．报表分析的方法报表分析，又可称为数据和信息分析，其方法和内容随着分析目的的不同而有所差异。对报表进行综合分析，是管理者把握槽况进行决策的根据和基础，但报表分析丝毫不能轻视、排斥现场的直观检查和测定，必须结合来自现场的数据，才能进行更加完整、准确的分析。报表固然可以提供各种信息，但对电解槽中的铝水平、电解质水平、下料器情况，阳极电流分布、极上Al2O3厚度等条件是无法感知的。如果拘泥于报表而轻视了现场调查，往往就会查不出真正的原因而造成错觉；如果将报表束之高阁，就丢失了大量直观的、难以捕捉的信息，又会回到凭感觉做出判断的老路。二者的辩证关系是：现场的信息可以帮助分析和校正报表，报表上的数据可以深化和拓宽对现场情况的认识，两者不可偏废。⑴排除干扰性分析的分析方法在分析报表时，首先要找出干扰因素并立即给予处理。①检查电解槽受控软、硬开关是否接通。无特别许可，软、硬开关都应接通，打到“自动”或“联机”的位置。另外，打壳、下料的风、料阀也应保持在“通”的状态。②检查有无针振。若正在针振，就应立即到电解槽现场查明原因。如属阳极脱落、安装位置过低或结壳块、碎碳块未捞干净，则处理后会立刻抑制针振；如属槽膛不规整或铝水平偏低而诱发的针振，这种慢性病虽一时不能立刻排除，但也要做出权宜性的处理。③从班报或从计算机站广播中发现有异常电压后，应立即手动恢复到设定值。④在出铝端作一点测定时，电解质水平低于19cm的要及时提起来，高于22cm的要设法降下去。⑤从AE报表中查出最新AE的电压值。若AE电压低于16V，要查明阳极底掌下是否有碎炭块、炭渣聚集物或长包。若AE电压高于35V，要先检查电解质是否偏低。当从AE报表上获悉电解槽的AE时刻普通提前或推迟时，如确系Al2O3品种改变，则应及时调整NB间隔。从AE报表或班报上查出持续时间超过8分钟的效应；从计算机解析记录上查出过去班次异常电压的效应；从16h电流分布测定值中查出阳极安装高度不精确的电解槽；从出铝记录检查实际出铝量偏离指示量过大的电解槽。正常生产中，应使AE实现受控，使之都发生在AEW期间。但实践中往往按要求去做了却没有收到预期的效果。究其原因，除调整热工因素和物料因素的措施不当外，外来的干扰搅乱了可望实现的平衡也是一个重要的原因。这些干扰可能来自操作、设备、供电和原料等等。排除干扰性分析就是通过报表和现场数据、记录，迅速、准确地找出影响AE受控的干扰，将其一一排除，维持和巩固AE管理的成果。虽然当这类干扰被人们从报表或现场记录中发现时，干扰已经过去、影响已经酿成且一时又不能弥补，但对于这类已经发生的干扰，主要目的是查明情况，引以为戒。⑵阶段性分析的分析方法AE管理良好的槽，标志着热工因素和物料因素搭配协调。但这种搭配所对应的技术经济指标并不一定好。因此，在实现AE基本受控的基础上，还要探索进一步改善的措施。AE管理是电解槽管理的第一个层次，但却是较低层次的。换言之，AE都处于受控状态W1，但达到的境界却截然不同。在AE受控的基础上，争取能耗的最少投入和效率的最大收益，才是管理的第二层次，是深层次的。阶段性分析，即实现过程改善目标的C—A—P—D—C—A循环中C—A—P阶段的工作（注：C—A—P—D—C—A指检查—总结—计划—执行—检查—总结）。首先要分析现状、找出问题，探讨进一步改善的可能性和可操作性，确定下个月应达到的目标。月未确定下月的铝水平、分子比、槽温、槽电压等槽基准，就是阶级性分析的实例。阶段性分析，首先要分析电解槽的大趋势，以具体的电解槽为对象，这种阶段性分析就是疗程分析的扩展；阶段性分析也可以着眼于一批槽，用它们的投入、产出总量及技术条件的平均数来研究电解槽现有状态和出现的问题，以确定下一时期这批电解槽的改善目标。由于阶段性分析要跨越较长的时间，因此可用Al2O3的投入、铝水的产出分析来把握；用电压、铝水平、针振、AE系数等参数的变化趋势来评价改善效果，确定下一时期的目标。⑶投入产出分析投入产出分析是利用氧化铝电流效率和出铝电流效率的差值来判断槽况的方法，时间跨度越长，准确性越高。氧化铝电流效率，是指投入槽中的Al2O3量全部转换成金属铝时所对应的电流效率。理想的情况下，加入槽内的Al2O3全部分解，既不在槽内积存也不因投料不足而熔化槽帮，这时氧化铝电流效率应等于出铝电流效率，即：（Al2O3量×54/102）/理论金属产量=实际出铝产量/理论金属产量若前者明显大于后者，说明物料在槽中有积存；反之，说明加料不足，需要用槽帮中的Al2O3来补充。⑷出铝量的均衡性分析平稳的电解槽，每日实出铝量不应有较大的波动。在无较大干扰的情况下，如果实出量呈下降趋势，最大的可能是槽帮熔化的状态下存铝；如果实出量呈上升趋势，最大的可能是槽膛发育在挤铝，这种情形出现时，切不可为持续的高出铝效率所蒙蔽。第三节常规分析方法的扩展前面所述的排除干扰性分析和阶段性分析的方法是常规的，也可用其他参数来判断槽状态和趋势，验证干扰性分析和阶段性分析的结果，从而使常规方法更加准确。计算机报表可以提供槽电压、效应时刻的加料状态，效应电压、加料间隔、阳极下降量和针振时间、一段时间的加料量等。从现场测量中也可以获得电解质水平、铝水平、阳极电流分布、分子比、CaF2浓度、槽帮厚度等。应深刻地认识过程控制中某一状态参数的变化规律，因为每个参数都记录着过程变化的相关信息。开展槽状态参数和槽状态关系的研究，可以开拓更多判断槽状态的模型，不仅有利于对电解过程认识的深化，而且可为计算机诊断槽状态提供新的方案。下面，就是提纲式地介绍常规分析方法的扩展。1.利用阳极下降量来分析若出铝量正常，而阳极下降量<标准量，则表明电解槽趋热、槽膛在熔化。若阳极下降量>标准值，则表明电解槽趋冷，槽膛发育或有超量的物料投入。但如果有换极或扎边部作业，就会使阳极下降量掺入了人为因素，分析的准确性就会变差。2.利用分子比变化来分析在240kA槽系列上，规定每4天取样分析一次电解质的分子比，若本次的值比上次突然降低很多，而其间又未投入过量的AlF3时，则有充分把握认定槽子趋冷。因为趋冷时，电解质中碱性的组分偏析成固相而使电解质酸化。反之，若分子比突然升高许多，则肯定是槽子趋热、槽膛熔化，槽帮中的碱性组分重新回到液体电解质中。3.利用槽底压降来分析槽膛畸形、伸腿肥大的电解槽，或正常槽由于壳面掉落而带入大量物料的电解槽，或阳极发生病变、效率下降使物料聚积槽底的电解槽，其槽底压降往往增大且伴随着较大幅度、较长时间的针振。实际上，可利用槽底压降的变化来分析电解槽的未来趋势。对某一电解槽，若无阳极长包又无事故造成的大量投料，而该值呈增长趋势，则表明槽底趋冷，此时要检查槽内铝液是否过高，阳极上Al2O3保温料是否严重不足等。反之，槽底压降逐步下降，标志着槽底走热趋势，沉积在槽底的多余物料正重新回到电解质，槽底导电面积在逐渐增大。可以对比这一时期与上一时期该值的平均值，用分析单槽的同样原则来评价整批槽的过程动向。4.利用原铝质量的变化来分析槽帮和伸腿是槽内杂质的主要栖息地。当外部原料无大的变化，操作也没有带入其他杂质的情况下，如果铝液中的Fe、Si杂质，特别是Si逐渐增大，这时应检查槽膛是否熔化，电解槽是否趋热。如果Fe、Si杂质，特别是Si逐渐下降，品位不断提高，则应考虑是否电解槽趋冷，槽帮、伸腿和槽底沉淀发育。5.用下料量的变化趋势来分析下料量呈上升趋势，说明槽子趋冷，物料可能在槽底积聚；若下料量呈下降趋势，则表明电解槽趋热，槽膛熔化。6.用AE电压值来分析当效应电压<16v时，表示阳极有病或炭渣过多、电解槽过热；当效应电压>35v时则可能是电解槽趋冷、电解质水平过低；效应电压>35v的电解槽还常出现闪烁效应，它的出现是槽膛不规整、槽内铝液不稳定的标志。因此，对较多出现闪烁效应的电解槽，就应考虑是否有走冷趋势。7.利用氧化铝浓度曲线和NB间隔来分析利用氧化铝浓度曲线分析，可判断NB间隔和电解槽的氧化铝浓度是否对应。如果不对应，则槽控系统的浓度判断不准确，查看电解槽有没有进行换极、出铝、抬母线、扎边部等作业，因为这些作业均会造成电解槽氧化铝浓度增大，使计算机判断出现差错，否则应是相关的技术参数设定有问题。第四节现场经验分析判断1.槽温低外观现象：①电解质萎缩，炭渣分离不好，电解质颜色呈暗红色；②火焰呈兰色，软弱无力；③阳极效应提前发生，效应灯特别亮，效应电压高；④一点测定时，电解质和铝水的分界线非常清楚。槽内部现象：沉淀和结壳有所增加，角部伸腿肥大；槽帮厚、伸腿长，槽内的铝液被挤的较高，分子比降低。2.槽温高外观现象：①电解质颜色发亮，表面挥发大；②火苗黄而无力或有火星喷出，炭渣呈粉状；③效应迟缓，效应灯暗淡，效应电压低；④一点测定时，电解质和铝水的分界线较为模糊，钢钎末端发白。槽内部现象：槽底有稀沉淀，角部伸腿瘦而薄；槽帮薄，伸腿短，铝水平低，效率降低；分子比增大。3.残极工作状况的判断当残极用的很低时，火苗从阳极周围串出，这是正常的，但如果火苗从钢爪周围串出，则阳极可能出现裂纹或脱落。4．电解质成分的直观检查用肉眼来观察确定电解质成分，是根据电解质的颜色、壳面和固体电解质的断面与外观情况来判断电解质的酸、碱度范围，见表10－2：表10－2电解质的酸、碱度肉眼鉴别 电解质酸碱度 液体电解质外观 电解槽氧化铝壳面 铁钎上凝固电解质外观 固体电解质断面 碱性 亮黄色 很硬 电解质紫黑色，较厚，自动裂开，容易脱落 很致密 中性 橙黄色 中硬 电解质白色，略厚，致密 致密 弱酸性 樱红色 较软 电解质层薄，致密，白色 有孔 强酸性 暗红色 很软 白色，有时淡黄色；较薄，不脱落 多孔第十一章计算机控制系统概述60年代起，国外大型电解铝生产企业纷纷采用计算机控制铝电解过程。新兴的计算机技术与传统制铝产业相结合，是当代铝工业中最有意义的发展。计算机的使用，不仅代替了操作者完成大量而枯燥的劳动，而且对电解槽的控制更及时，更准确，更合理。计算机的使用，还潜移默化着人们的思维、管理方式，推动着铝电解生产向标准化、数据化的管理方式发展。第一节控制结构南平铝业的240KA预焙槽计算机控制系统采用集中管理分散控制方式，其优点为故障分散，系统可靠性高，灵活性大，易组态，可以根据需要来配置各级设备，使各级设备能充分发挥其性能。控制系统主要由管理级（上位监控机、打印机、自动语音广播报警系统等）和槽控机级（槽控机）组成。系统采用“局域网－CAN－Ethernet转换器－现场CAN控制网－槽控机”的网络型（全分布式）控制方案。每一台电解槽配备一台槽控机作为直接控制级，它具备独立进行槽电压和系列电流采样的能力，并对铝电解槽的物料平衡和热平衡的快速变化过程实时进行控制；将112台槽控机分成两条CAN总线连接，每56台槽一条，两条CAN总线接在CAN－Ethernet网转换器上，CAN－Ethernet网转换器上共有4个CAN总线接口，预留两个CAN总线接口为冗余接口，在有CAN总线通道坏的情况下可迅速转插，保证系统运行的可靠性。槽控机采用YFC－99智能槽控机，内部结构为多CPU智能分布式网络结构形式。外观为左右箱壁挂式结构，左右箱分别为逻辑箱、动力箱。监控机安装于机房操作室中，两条远程数据传输总线从这里引至各槽控机。运行Windows2000操作系统的32位应用软件能提供友好、简洁、美观的图形操作界面。控制系统的特点有：①独创的多CPU网络体系结构。采用先进的现场总线技术和网络通信技术将槽控机设计为多CPU网络体系结构，按照采样、操作、解析与显示数个相对独立的功能设计数个智能化的功能模块（电路板），各模块均有自己的CPU，可相对独立运行，并通过内部CAN总线网络实现彼此间的数据交换和多CPU协同工作。②高度智能化。多CPU网络体系中的CPU能并行运行、协同工作，因此综合数据处理能力强大，能很好地满足高度智能化控制的要求，且避免了采用结构复杂、维护非常困难的16位或32位CPU芯片。③集成度高、结构先进、简洁、美观。采用高集成度的进口新品器件构造智能化的电路板，网络体系结构及内部CAN总线通讯方式使连接线极少；内部结构简洁，布局美观。④安全可靠，在安全设施的设计上从硬件和软件两方面考虑了多重保护，尤其是确保阳极移动万无一失。智能分布式的结构方式使得故障分散，易于维护，维护费用低；而且当某一块CPU工作故障时，能被其它无故障的模块检出，从而自动采取保护措施。⑤精心设计的显示面板，显示的信息量和显示方式能很好的满足新的模糊控制技术的需要。⑥独创的非感应式无触点开关，该种开关以金属螺帽为触摸点。它既克服了有触点开关在强腐蚀高粉尘的环境中易氧化腐蚀和接触不良的问题，又克服了常规的感应式触摸开关在有强烈的电磁场干扰的环境中不能稳定运行的问题。⑦先进的智能模糊控制程序，对应的软件模块按多CPU协同工作的要求设计，在解析与控制模块德算法开发中，使用了先进的“近似推理”原理来开发推理机，并独创了论域自调整机制来实现在线自动调整控制器的参数和提高系统动、静态品质的目的。此外，提供了可供选择的多种控制功能，以及上百个可依据电解槽特性来设置与调整的参数。第二节系统功能计算机承担了电阻（电压）调整、出铝后电压复原，定时加料、AE处理以及对槽进行配料、供料的操作。但是对那些借助诸槽共享的大型机械设备才能实现的操作，仍由操作者去完成。作为“电解槽的操作”这样一个大题，自然应当包括由计算机和人分别完成的两大部分。计算机控制效果的优劣和人的操作质量同样，直接影响到电解生产指标。因此，生产管理者必须清楚计算机承担的所有作业的内涵和操作原则，明确计算机和操作者之间的配合和联系，才有可能创造出人机互利的操作环境，最大限度地发挥计算机的控制功能和管理功能。目前，计算机系统控制的内容主要有以下几个方面：1.控制槽电压（简称RC）计算机或槽控箱采集到的槽电压跟随系列电流的波动时刻变化的，因此采集到的电压作为调整槽电压的根据是毫无意义的，而且电流低落时，将出现大量提升阳极，使系列电压过高，过高的电压又使电流低落，从而出现恶性循环。因此，槽电压的控制是以不受电流波动影响的槽电阻为依据的。槽电阻的计算公式为：R﹦（V—C）/I式中：R——槽电阻计算机值；V——采样测定到的槽电压值；I——采样测定到的槽电流值；C——反电动势，通常为固定值。计算机采集到电流、电压以后，首先进行解析，算出槽电阻值，然后分成阳极效应电阻、坏电阻与正常电阻三类，并针对不同的情况采用不同的方法处理。若槽电阻不属于上述三种情况便继续作平滑处理，消除数据上的干扰部分，反映出电阻变化趋势。平滑后的槽电阻与设定电压折算出的设定电阻比较，如果上限或下限超过了一定的范围，则进行槽电压调整。2.加料控制加料控制包括正常加料（简称NB）和效应加料（简称AEB）。计算机系统对电解槽的加料控制，实质上是在槽子热收支平衡的前提下，用阳极效应（简称AE）发生的时刻及人为设定的NB间隔和AE间隔对NB和AE等待时间进行调度。这种调度是以氧化铝浓度曲线为根据的。计算机将采样的电压进行解析，并换算成坐标点，然后与氧化铝浓度曲线对比，就能较准确地反映出电解槽中氧化铝的多少。如果槽中氧化铝少，则多加料，如果槽中的氧化铝过多，则少加料。⑴NB和效应等待时刻的调度的标准模式效应发生后，计算机记录下效应熄灭时刻。随着时间流逝，当现在时刻减去效应熄灭时刻的差值等于或大于设定的NB间隔时，便对该槽发出效应后的第一次NB命令，并记录下本次NB时刻。当现在时刻减去NB时刻的差值等于或大于NB间隔时，发出第二、三……次NB命令。每次解析、程序都检查从效应开始到现在止时时间是否超过了设定的效应间隔。如果超过了，则从本次解析开始中断ＮＢ进行效应等待。如果效应在效应等待期间发生了，计算机记录下这次效应时刻，仍按原设定的NB间隔重复上述的加料周期。这就是NB和效应等待的调度的标准模式，也是人们所期望出现的模式。但实际情况并不是总是人们期待的模式进行，有时会出现以下两种模式：⑵AE等待中AE没有发生在氧化铝投入过量，或者槽子过热的情况下，即使进行了效应等待，有时效应也不发生。长时间停止定时加料，会由于没有加入氧化铝而导致的升温热和熔解热致使电解质温度上升，对槽帮、电流效率都将造成不良影响。因此，工艺上对效应等待时间有一定限度（例如2h）。计算机在槽进入效应等待后，每次解析中都检查由最后一次NB起到现在止的经过时间。若超过了规定的限度，则停止效应等待，重开NB。程序视这种情况为加料过量，于是重新开始加料后的NB间隔由计算机自动加长一个定值。以减少加料量。同时，原设定的效应间隔也自动加一个周期。重新开始定时加料后进行几次NB，AE就发生了，则此时刻AE的等待时间为AE等待的极限值和全部NB间隔延长值之和。效应迟发的槽一般认为电流效率较低，因此之后的加料量不宜立即恢复到设定值，程序规定在拉长的NB间隔基础上适当缩短，以适应槽子电流效率逐步回升。这之后就再发生，NB间隔再次缩短，直到小于或等于设定的NB间隔时再还原为设定的NB间隔。⑶效应在未进入效应等待期间前突然发生突发效应是因为加料不足，或是由于溶解不良造成的。对此计算机统判为缺料，程序以原AE为基准点重开NB，且NB间隔仍为设定值。程序除以上功能外，还有出铝，换阳极，抬母线，边部加工后电压控制、噪声控制、运行数据、信息的监控及显示、声控报警、随机信息打印、显示电流，电压曲线、提供生产管理报表（班报、效应表、故障表、日报、月报等）的打印等功能。2.控制效果：在供电正常，电解槽工艺技术条件保持正常，人工操作规范，打壳下料和升降机构等外围设备工作正常的前提下，本系统可达到如下控制效果：*槽电压控制精度±30mv以内*氧化铝浓度控制范围1.5～3.5％*效应受控率≥80％*正常效应持续时间≤3分钟总之，在铝电解生产系列中，计算机控制系统已经成为必不可少的重要组成部分。控制系统性能的优良又直接关系到电解槽各项技术经济指标，优良的控制系统能大幅提高电流效率与电能利用率、降低原材料的消耗等。第十二章槽控箱结构与操作南平铝业的计算机控制系统采用的长沙业翔科技发展公司开发的“铝电解槽智能模糊控制系统”，其槽控机为YFC－99型。第一节槽控箱内部结构每一台槽控机由左右两个机箱组成,右机箱叫做逻辑箱，是槽控机的核心部分，左机箱叫做动力机箱，是槽控箱的供电部分和控制阳极升降的执行单元。左右机箱都有一些连线和电解槽的其它设备相连。⑴槽控机的动力电源（三相、其相电压为380V）：该电源的作用是一方面经过380V/220V的动力电源，用于控制打壳下料电磁阀的线包用电，各种接触器动作线包用电等（如电解槽上接有效应灯泡，则包含其用电）；另一方面提供电解槽上提升电机的动力380V电源，该电源由专用的供电回路提供。⑵槽控机逻辑电源（单相、交流电压220V）：该电源经过槽控机的电源板变换后，提供给槽控机的逻辑单元用电。⑶槽电压采样线：为了控制电解槽，槽控机每0.5秒要对被控电解槽的槽电压进行一次采样，槽电压采样线是槽控机与电解槽直流大母线的连接线。进入槽控机的槽电压采样线一方面连到槽控机的槽电压表上，进行槽电压瞬时值显示，另一方面经过熔断器连接到槽控机上的V/F转换板上，进行电压频率转换，实现对槽电压的采样。⑷动力单元电路板主要器件及用途如下：①信号采集板：主要作用是：a.检测接触器的通断状态，以及吸收接触器线包断电时的感应电压。b.提供一个纯手动/自动切换开关：在特殊情况下将其置于纯手动，可使动力箱操作面板上的5个操作按钮生效。c.定时器，手动升降超过设定时间，切断提升电机。d.当有特殊情况时，按箱外紧急跳闸按钮达到断开设备电源的目的。e.双路保险管盒：其作用是接通和断开电解槽槽电压和槽控机的连接，在进行槽控机维护时可断开槽电压。②三极空气开关：接通或断开动力电源，过载时自动跳闸。③三极隔离开关：接通或断开接触器输出的提升电机的380V动力电源。④控制变压器：作用是将380V动力电转换为独立的220V设备电。⑤二极隔离开关：接通或断开逻辑电源及动力箱上槽电压表的电源。⑥四个接触器：其中两个（称为1KM，2KM）为主接触器，其余两个（称为3KM，4KM）为辅助接触器，分别用于阳极升和降（即电机正、反转）。注意：槽控机通电状态下，不要触摸机箱内电路板、电气元件、裸露的金属导线与接点，谨防触电或烧毁机器。第二节槽控箱操作方法1开机操作①合上动力箱内二极隔离开关，给逻辑箱的电源板及动力箱上的槽电压表供电。②合上逻辑箱内电源板上的电源开关，整个逻辑单元得电，开始工作。③合上动力箱的三极空气开关，此时动力箱得电，按一次信号检测板上的启动按钮，槽控机开始工作。④注意：动力箱中信号采集板上的“纯手动/自动”开关在正常情况下应置于“自动”（AUTO）侧，此时槽控机处于自动控制状态。三极隔离开关置于闭合状态，使提升电机处于接通状态。注意:非正常情况下，“纯手动/自动”开关置于“纯手动”（MAN）侧时，槽控机脱离自动控制，可以通过动力箱上的按钮进行阳极升降和打壳下料操作。此时即使逻辑单元断电或停止工作，该操作仍可进行。2关机操作切断动力箱内的三极空气开关和二极隔离开关，确认方法是机内外各部指示灯全部熄灭。3．动力箱上的按钮操作槽控机左箱体称为动力箱，动力箱上有5个按钮仅用于非正常生产期（如停槽期间、焙烧启动期间或槽控机逻辑故障等）的阳极移动和下料器操作，以及用于需要紧急操作的情形。只有当位于动力箱内的纯手动/自动开关拨在纯手动位置时这5个按钮才会起作用，5个按钮的操作方法如下：*按阳极升按钮可提升阳极；*按阳极降按钮可下降阳极；*按打壳按钮可打壳；*按下料按钮可下料；*按紧急跳闸按钮可断开槽控机的设备电。注意：动力箱的纯手动按钮不受逻辑箱中的安全保护措施的限制，仅用于停槽期或逻辑箱故障等情况，正常情况下须使用逻辑箱上的触摸开关，以确保阳极升降安全；用纯手动提升或下降阳极时，应观察阳极运动情况，谨防“拔槽”或“坐槽”。操作完毕时，应确认按钮弹起复位，若按钮粘连导致阳极提升或下降不能停止时，应立即按下紧急跳闸按钮，切断电源。4.逻辑箱操作面板及操作方法槽控机右箱体称为逻辑箱，操作面板由上部的显示面板（在有机玻璃窗内）和下部的触摸开关板构成。显示面板上有3组数码管，30个运行状态指示灯，和19个参数查看指示灯。触摸开关板由两排共12个触摸螺帽构成。操作面板的排布如下图12－1所示:逻辑箱上的触摸开关用于生产过程中的手动操作，用手指触摸某一金属螺帽，便向槽控机输入了特定的信息，槽控机显示面板上有关的指示灯会点亮或熄灭。因此，不应随意触摸开关。通过触摸开关能完成电解槽运行过程中所需的所有人工操作：a.抬母线作业及出铝、换阳极、边加工的预定或取消；b.人工打壳和下料；c.阳极升和阳极降；d.参数查看等。下面具体介绍操作方法。图12－1逻辑箱控制面板⑴打壳①两点同时打壳触摸一下打壳开关，打壳指示灯亮，这时槽控机进行一次两点同时打壳作业，完毕后打壳指示灯自动熄灭。假如要进行多次打壳作业，可待一次作业完毕后重复操作。②单点打壳同时触摸一下打壳开关和参数查看向下，显示面板上打壳指示灯亮，这时槽控机进行一次1#点打壳作业，完毕后打壳指示灯自动熄灭。假如要进行多次1#点打壳作业，可待一次作业完毕后重复操作。类似地，同时触摸一下打壳开关和参数查看向上，则进行2#点打壳作业。⑵下料①两点同时下料触摸一下下料开关，显示面板上打壳、下料指示灯依次点亮，然后依次熄灭，槽控机进行一次两点同时打壳、下料作业过程。假如要进行多次下料作业，可待一次作业完毕后重复操作。②单点下料同时触摸一下下料开关和参数查看向下，显示面板上打壳、下料指示灯亮，这时槽控机进行一次1#点打壳、下料作业。假如要进行多次1#点下料作业，可待一次作业完毕后重复操作。类似地，同时触摸一下下料开关和参数查看向上，则进行2#点下料作业。注意：在正常控制过程中这个过程不适宜随便使用，以免影响槽控机对电解槽氧化铝浓度控制，此过程可以用于维修打壳下料人员在检查下料系统时或维修人员完成打壳下料设备维修后对维修效果进行试验时使用。⑶大下料（即：连续打壳下料五次）先按住手动/自动开关,随后触摸下料开关,显示面板上大下料指示灯亮,这时槽控机连续进行五次打壳加料作业,可观察到打壳和下料指示灯依次亮/灭5次。该过程执行完成之后上述指示灯自动熄灭。假如要进行多次大下料作业，可以待一个周期作业完成后重复操作。注意：由于这个作业向电解槽内打入了较多的氧化铝，对电解槽内的氧化铝浓度有重大影响，因此在正常控制过程中不得随意进行，只能用于以下情况：第一是出现阳极效应；二是下料系统故障造成下料严重偏小时。⑷阳极上升和阳极下降同时触摸手动/自动和阳极上升开关，可向上移动阳极；同时触摸手动/自动和阳极下降开关，则可向下移动阳极，且显示面板上阳极上升或阳极下降指示灯亮。注意：①操作者在执行这两个命令时，应明确操作的目的，在操作过程中应同时观察槽电压的数值及阳极移动的方向是否与操作的目的相一致，如果相反则应立即中止命令的操作，找维修人员处理；②触摸一次“阳极升”或“阳极降”开关的时间不要超过5.5秒（可调），如果一次不到调整电压（或移动阳极）的目的，可以多次重复操作，以免槽控机的安全定时保护电路动作，中止升降操作，人为制造槽控机运行的故障；③操作完成后，应确认提升电机确实已停止转动之后方能离开操作现场；④正常控制过程中，因为阳极升降命令会改变槽电阻，影响槽控机对电解槽的氧化铝浓度判断，因此除非出现异常槽电压或发生阳极效应的情况，否则不要随便进行阳极升降调整。⑸出铝，换极，边加工（空料）作业开始与结束的通报当对电解槽进行出铝,或换极，或边加工（含空料）作时，应先触摸一下对应的通报开关，使显示面板上对应的指示灯亮，则表示通报该作业开始。作业完毕后，再触摸一下对应的通报开关，使显示面板上对应的指示灯熄灭，则表示通报该作业结束。如果槽控机在接受了作业开始的通报（指示灯亮）后0.5小时内未接到作业结束的通报，则自行进行该作业结束的处理，并熄灭对应的指示灯。如果没有进行某一作业，而因误操作通报了该作业（即点亮了该作业的指示灯），只要在5分钟之内（出铝为2分钟之内）再触摸对应的开关指示灯熄灭，槽控机便判为无效通报。如果在某一作业进行之中，因误操作通报了该作业结束（即熄灭了该作业的指示灯），只要再通报一次该作业开始（即重新点亮该作业的指示灯）即可。提示：①必须强调：在进行这三类作业前必须通报，没有进行这三类作业时不能误通报，否则会导致槽控机误控而引起下料过多或发生效应！②这三类作业的通报方式以及槽控机对通报的处理方式完全类似。故以出铝通报为例：触摸“出铝”监视状态（即提前恢复自动下料和电压控制），则可在“出铝”指示灯自行熄灭以前触摸“出铝”，使“出铝”指示灯熄灭，槽控机会立即恢复自动控制。但注意，若在通报了“出铝”后不到2分钟的时间内便触摸“出铝”开关使“出铝”指示灯熄灭，则槽控机视为“无效通报”，因而不进行出铝后的高电压保持和停料。因此，若因误操作点亮了某作业通报的指示灯，只要及时触摸对应的开关，指示灯熄灭即可，如不这样做，会导致不必要的停料和高电压保持！⑹抬母线作业在操作抬母线作业时间，触摸抬母线开关，显示面板上抬母线指示灯则以1秒钟为周期忽明忽灭，应遵照下列方法正确输入抬母线密码：用一个手指按住“抬母线”开关至指示灯亮；当指示灯熄灭时，手指及时脱离开关；当指示灯变亮时又立即按住开关；如此重复4次，直到指示灯变亮后不再熄灭则密码输入成功，这时控制过程就转到了抬母线控制，触摸抬母线开关，就可以将母线抬上来。注意：①输入抬母线密码时操作者不要急噪，一步一步按指示灯的提示进行。②“抬母线”指示灯常亮期间若停止该开关操作达1分钟，则指示灯开始闪烁，表明1分钟后会自行熄灭（即程序将自动退出抬母线控制转正常控制）③在操作槽控机进行抬母线作业前一定要确保各项准备工作已经完成，一定不要在未做好准备工作（特别是卡具未全部松开）就急于操作槽控机的抬母线开关。⑺控制模式与设定参数的更改为了有利于推行标准化操作，槽控机的控制模式与设定参数（设定电压，基准下料间隔）只能由计算机站的操机员通过站内微机向槽控机发送数据来改变。对于电压调节，只有“自动”和“手动”（即停止自控）两种控制模式可供选择。对于下料控制，有如下三种控制模式可供选择：①“自控”模式：由槽控机按模糊控制算法自动控制。②“定时”模式：槽控机按照设定的基准下料间隔进行定时下料。③“停料”模式：槽控机停止下料。⑻运行信息及参数查看动力箱只提供了一个数字电压表显示槽电压。运行信息及参数显示主要由逻辑箱提供了一个内容丰富的显示面板，它处于有机玻璃窗内，显示面板上有3组数码管，30个运行状态指示灯，和19个参数查看指示灯。①3组数码管和19个参数查看指示灯3组数码管位于显示窗上部，其上方分别标有槽电压（V）、系列电流（kA）、槽状态参数。数码管显示的槽电压是由槽控机采样电路采样得到的，而动力箱上槽电压表显示的槽电压值是由槽电压表自行独立采样得到的。本槽控机提供两路独立的槽电压显示，其目的是便于现场操作人员及时发现槽电压采样偏差。正常情况下这两路槽电压的偏差应不大于20mV，否则应通知电工来校验和调整。在参数数码管下方纵向排列有19个小红色指示灯，并对应地标注了19个设定或运行参数的名称。在任意时刻只有其中一个指示灯亮，表明目前参数数码管显示的是与该亮点对应的参数。当触摸参数查看向上或参数查看向下开关时，亮点分别向上或向下移动，于是可以查看19个参数中的任一个。②30个运行状态指示灯各指示灯点亮时的含义如下：*效应：当前处在阳极效应中；*电阻针振：槽电阻出现高频波动现象，且高频波动的幅度超过了设定值；*电阻摆动：槽电阻出现低频波动现象，且低频波动的幅度超过了设定值；*正常下料：目前电解槽处于正常下料状态，即下料时间间隔基本与设定的基准下料间隔相符；*减量下料：目前电解槽处于减量下料状态，即下料时间间隔明显大于设定的基准下料间隔；*增量下料：目前电解槽处于增量下料状态，即下料时间间隔明显小于设定的基准下料间隔；*阳极上升：正在输出自动或手动阳极上升的命令；*阳极下降：正在输出自动或手动阳极下降的命令；*取消阳移：自动状态下，在一设定时间内不进行阳极升降操作；*附加电压：电解槽正处于人工作业（出铝、换阳极和边加工）后的高电压保持阶段，或者槽控机解析发现电解槽的电阻不稳定而适当升高了设定电压值；*纯手动：当动力箱中的纯手动/自动开关位于纯手动一侧时，该指示灯常亮；*手动：触摸到触摸开关板上的手动/自动开关时，该指示灯亮，当手指离开手动/自动开关时，该指示灯随即熄灭。·*正常周期1：阳极效应发生以后，转入本下料周期；·*等待周期1：正常周期1以后所转入的效应等待周期；·*正常周期2：阳极效应在等待周期1或等待周期2未发生以后，转入本下料周期；·*等待周期2：正常周期2以后所转入的效应等待周期；·*人工停料：上位机根据现场要求，使槽控机在规定的时间停止下料；·*人工定时：电解槽启动初期或病槽时，槽控机进行定时下料，不作浓度控制，该功能要通过上位机设定控制状态，需要时应与计算站联系；·*抬母线：槽控机接受了“抬母线起始”的通报之后的一定时间内，且尚未接收到“抬母线结束”的通报；·*出铝：槽控机接受了“出铝起始”的通报之后的一定时间内，且尚未接收到“出铝结束”的通报；·*小下料：正在输出自动或手动下料命令；·*大下料：正在输出自动或手动大下料命令（即连续打壳下料5次）；·*单打壳：正在输出只打壳而不下料动作；·*添加氟盐：正在执行添加氟盐过程中；·*换阳极：槽控机接受了“换阳极起始”的通报之后的一定时间内，且尚未接收到“换阳极结束”的通报；·*边加工：槽控机接受了“边加工起始”的通报之后的一定时间内，且尚未接收到“边加工结束”的通报；·*通信指示：通信正常情况下此灯闪烁；·*采样诊断：槽控机正在自行进行采样诊断，或者接受到人工输入的采样诊断命令，即同时触摸手动/自动和参数查看向下后进行采样诊断，采样诊断的主要内容是检查采样电路的可靠性和正确性；·*自诊断：槽控机正在自行进行自诊断，或者接受到人工输入的自诊断命令，即同时触摸手动/自动和参数查看向上后进行自身诊断，自诊断的主要内容是检查阳极升降器件及保护电路的安全性和可靠性；·*机器故障：当出现定时器超时、电源跳闸、接触器未正常通断、母线越限等情况时，该指示灯亮。⑼定时器复位如果连续手动阳极升或降的时间超过设定限值(根据各厂减速机不同有变化，如5、10秒不等)，或者其他原因导致槽控机内部安全保护电路发现阳极移动时间超过设定限值，槽控机的显示面板的定时器超时指示灯亮，且使自动和手动阳极升降失效。此种情况下可通过触摸定时器复位开关使定时器超时指示灯熄灭，阳极升降即恢复正常。定时器复位还可用来强行清除槽控机设置的跳主闸或升降异常故障标志，使槽控机恢复自动电压调节或手动阳极升/降，但若其后槽控机自诊断时又发现了此类故障，则还会置于相应的标志，并使自动和手动阳极升降再次失效。注意：为了安全起见，出现阳极升降故障标志时不要滥用定时器复位开关，尤其是当发现反复出现此类故障标志时应及时通知电工检查。⑾自诊断和采样诊断本功能供槽控机维护人员使用，方法是同时触摸手动/自动和参数查看向上，显示面板的自诊断指示灯亮，槽控机便进行一次自诊断，检查接触器和定时电路等是否正常。同时触摸手动/自动和参数查看向下，显示面板的采样诊断指示灯亮，槽控机便进行一次采样诊断，检查电压采样电路是否正常。槽控机是电解生产过程中的重要控制设备，是一台精密的智能电子仪器，操作人员必须正确使用，按章操作，精心保养。槽控机内的各种元件线路，非维修人员严禁拆动。电解槽在启动、更换阳极、边加工时，必须在槽控机的前方加上适当的遮挡物，以免受电解槽的高温辐射造成槽控机的损害和元件的加速老化。槽控机的左右机箱门应及时关严，防止灰尘进入机箱影响机器性能，要保持好机器内外的卫生。第十三章氧化铝供料与烟气净化系统简介第一节氧化铝供料系统南铝240kA电解生产氧化铝贮运及供料系统选用Al2O3浓相输送结合超浓相输送的方案，即新鲜氧化铝采用浓相输送，含氟氧化铝采用超浓相输送。这种输送方式，投资省、能耗低、自动化程度高，无飞扬损失等优点。1.氧化铝贮运氧化铝贮运由氧化铝仓库和氧化铝贮仓组成。袋装氧化铝用汽车运到氧化铝仓库，氧化铝袋料在库内用天车吊至卸料平台，在卸料平台上解袋后用压力容器将氧化铝用浓相输送方式送至新鲜氧化铝贮仓。氧化铝仓库面积为内库216×18m2、外库216×11m2，共配置三台6m2的压力容器。氧化铝贮仓直径Φ14m，高30m共两座，一座为新鲜氧化铝仓，一座为含氟氧化铝仓。2.氧化铝供配料经净化系统出来的含氟氧化铝进入含氟氧化铝仓，含氟氧化铝经仓底进入超浓相输送系统，经超浓相风动溜槽送至各电解槽上的氧化铝料箱。氧化铝超浓相输送系统配置：超浓相输送主风动溜槽从含氟氧化铝贮仓向两栋电解厂房分送后，其主风动溜槽又分别由每栋厂房中部向厂房两端分送，最后主风动溜槽按每槽一点向槽上支风动溜槽供料。氧化铝超浓相输送部分包括：4台高压离心风机和B=200的风动溜槽，含氟氧化铝仓等。3.天车供料装置在每栋电解厂房中部设置天车给料口，新鲜氧化铝从新鲜氧化铝贮仓经超浓相输送溜槽送至天车料斗，供多功能天车给电解槽阳极加覆盖料料用。第2节电解烟气净化系统铝电解槽生产散发出来的污染物有气态和固态两种物质。气态物质主要成分是氟化氢（HF），固态物质主要是氧化铝、氟化盐粉尘。氟化氢等氟化物气体对人体、动植物、大气环境均有害，需要加以净化。一般规定，每吨铝的氟排放量不得超过1公斤。铝电解生产原料氧化铝对氟化氢气体有较强的吸附能力，用它对含氟烟气进行干法净化。南铝采用的吸附方法为管道化法，电解槽含氟烟气从总烟管进入袋式收尘器之前，将新鲜氧化铝，循环氧化铝分别加入排烟总管中，在气固两相充分接触过程中，氟化氢被氧化铝吸附，加入的氧化铝和从电解槽中随烟气带出的粉尘均在袋式收尘器内被分离下来返回电解槽使用。净化后的烟气经排烟风机送入60m烟囱排放。电解烟气干法净化系统主要由：排烟净化和供排料两个系统组成。1.排烟净化系统：所有电解槽均用活动铝制盖板和上部盖板密闭，槽内烟气通过集气罩及上部的联结支管与系统总烟管连接。每台电解槽的支管均接在室外架空的水平主干管上，主干管接至脉冲袋式除尘器，经过净化后的烟气，通过排烟风机送入60m烟囱排空。2.供、排料系统干法净化的供、排料系统包括新鲜氧化铝和循环氧化铝两部份的输送。新鲜氧化铝来自新鲜氧化铝仓，由风动溜槽送至烟管内与氟化氢气体接触进行吸附反应，循环氧化铝是从袋式除尘器回收下来的含氟氧化铝，经风动溜槽、空气提升机等送至含氟氧化铝仓，一部分返回烟气总管，再次和烟气中氟化氢吸附反应，提高净化氟化氢效率。另一部份供电解槽使用。送炭素公司排入大气残极块预焙阳极块直流电氟化盐新鲜氧化铝净化后烟气��预焙阳极块组含氟氧化铝电解槽烟气残极块组�铝液��大修废料送渣场图3-1铝电解生产工艺流程图确认槽号、极号通知计算机槽号加极上氧化铝扎边部（修补槽帮）加电解质块指挥天车打壳打开槽罩（5－6块）排风阀切换到大风量整型安装新极提出残极两水平一点测定打捞壳块、检查炉底盖槽罩切换到小风量画新极安装线做换极记录准备好抬包打出铝口、捞渣联系计算机接管、下管看空包重吊出抬包到指示量关风监视虹吸到指示量关风加强密封开风盖好槽罩清扫卫生控制失败记录清包手动降回电压�EMBEDPBrush\*MERGEFORMAT����EMBEDPBrush\*MERGEFORMAT����EMBEDPBrush\*MERGEFORMAT���97_1234567893.unknown_1234567895.unknown_1234567899.unknown_1234567894.unknown_1234567891.unknown_1234567892.unknown_1234567890.unknown