電解鋁生產(chǎn)工藝的優(yōu)化方式分析

徐 謀

（四川啟明星鋁業(yè)有限責(zé)任公司，四川 眉山 620010）

關(guān)于電解鋁生產(chǎn)工藝方式優(yōu)化，在工業(yè)企業(yè)創(chuàng)新發(fā)展階段引起重視，但是往往會(huì)在技術(shù)方面遇到瓶頸問(wèn)題，主要影響因素是電解鋁生產(chǎn)階段的能耗較高，在其生產(chǎn)方式優(yōu)化階段還需注重電解鋁電壓穩(wěn)定性，避免對(duì)電解槽熱吸收、產(chǎn)品質(zhì)量等帶來(lái)影響。管控重心應(yīng)放在電解鋁生產(chǎn)工藝控制階段，要求工作人員能對(duì)常規(guī)問(wèn)題與影響因素全面性掌握，能在實(shí)際管控過(guò)程中對(duì)具體問(wèn)題有效解決，從而才能實(shí)現(xiàn)預(yù)期發(fā)展目標(biāo)。

1 電解鋁生產(chǎn)原理

從電解鋁生產(chǎn)角度分析，其運(yùn)行原理主要元素角度，其中就包括工業(yè)鋁電解槽電能損耗量、平均電壓、電流效率等，要在生產(chǎn)前對(duì)各元素全面性分析，依據(jù)各元素之間的關(guān)系，把生產(chǎn)環(huán)節(jié)中所產(chǎn)生的信息數(shù)據(jù)代入到計(jì)算公式中，能得到精確、合理的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)。

其計(jì)算公式是：W=2.980U/η

W：是電能損耗量（kwh/t-AL）、U：是平均電壓（V）、η：是電流效率（%）。假設(shè)在電解鋁生產(chǎn)環(huán)節(jié)中要把控各項(xiàng)元素，才能達(dá)到節(jié)能減排效果，需工作人員能從電流效率、平均電壓兩方面探究，因兩項(xiàng)元素均會(huì)對(duì)電能損耗量產(chǎn)生一定影響，可處理的方式包括降低電壓平均值、提升電流效率、共同完成電流效率提升、平均電壓降低工作，才能保證電解鋁生產(chǎn)銷(xiāo)量與質(zhì)量[1]。

對(duì)此，也有部分工業(yè)企業(yè)開(kāi)展了調(diào)查工作，選擇2015-2019年全球鋁供需平衡情況探究，掌握2015年全球鋁產(chǎn)量4210萬(wàn)噸，消費(fèi)量4100萬(wàn)噸，平衡101萬(wàn)噸；2016年全球鋁產(chǎn)量4376萬(wàn)噸，消費(fèi)量4202萬(wàn)噸，平衡174萬(wàn)噸；2017年全球鋁產(chǎn)量4771.8萬(wàn)噸，消費(fèi)量4725.8萬(wàn)噸，平衡46萬(wàn)噸；2018年全球鋁產(chǎn)量5120萬(wàn)噸，消費(fèi)量5215萬(wàn)噸，平衡-95萬(wàn)噸；2019年全球鋁產(chǎn)量5390萬(wàn)噸；消費(fèi)量5585萬(wàn)噸，平衡-195萬(wàn)噸。

而中國(guó)在2015-2019年鋁供需平衡情況，在2015年全球鋁產(chǎn)量1565萬(wàn)噸，消費(fèi)量1569萬(wàn)噸，平衡-4萬(wàn)噸；在2016年全球鋁產(chǎn)量1806萬(wàn)噸，消費(fèi)量1763萬(wàn)噸，平衡43萬(wàn)噸；在2017年全球鋁產(chǎn)量1975.4萬(wàn)噸，消費(fèi)量2024萬(wàn)噸，平衡-48.6萬(wàn)噸；在2018年全球鋁產(chǎn)量2193.6萬(wàn)噸，消費(fèi)量2306萬(wàn)噸，平衡-112.4萬(wàn)噸；在2019年全球鋁產(chǎn)量2751.7萬(wàn)噸，消費(fèi)量2912萬(wàn)噸，平衡-160.3萬(wàn)噸。

2 電解鋁生產(chǎn)工藝的優(yōu)化方式

2.1 控制電壓穩(wěn)定性

因電解鋁生產(chǎn)環(huán)節(jié)中影響工藝質(zhì)量的主要影響因素之一就包括電壓穩(wěn)定性，那么在其生產(chǎn)方式優(yōu)化階段，就需對(duì)此影響因素全面性分析，能在根源上合理化解決。其中，電壓穩(wěn)定性會(huì)分?jǐn)偟诫妷号c母線電壓中，在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中要考慮整個(gè)生產(chǎn)工作中電壓等級(jí)，編制完善的電壓體系，而不是對(duì)單一化電壓形式開(kāi)展生產(chǎn)工作，目的是把生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的電壓進(jìn)行分級(jí)處理，有效緩解各環(huán)節(jié)中電力壓力。其中，分?jǐn)傠妷悍绞?，目的是能控制電壓效?yīng)時(shí)間，能為間隔、削弱效應(yīng)系數(shù)提供基礎(chǔ)條件。同時(shí)，還能對(duì)電壓中影響性加大的母線電壓有效處理，能保證電解槽結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，從接觸面壓逐漸轉(zhuǎn)換到切入點(diǎn)，把重心控制在卡具、立柱母線、停槽短路口等位置，保證電壓始終低于10mV。

2.2 提升自動(dòng)化技術(shù)水平

因鋁電解生產(chǎn)工藝基礎(chǔ)要求就是電流要強(qiáng)大，那么基礎(chǔ)條件滿(mǎn)足的同時(shí)，也會(huì)使其產(chǎn)生較復(fù)雜的高溫反應(yīng)，因兩者之間存在密切關(guān)聯(lián)性，依然需從實(shí)際出發(fā)，要強(qiáng)化電解槽中高溫熔體腐蝕性，能對(duì)其生產(chǎn)流程合理化優(yōu)化，提升高鋁操作水平。在此階段需注意高鋁操作的陽(yáng)極易出現(xiàn)上口爐幫易化、易滾鋁、爐底易熱等現(xiàn)象，任何一種現(xiàn)象發(fā)生均會(huì)使鋁產(chǎn)生二次反應(yīng)，整體熱能與質(zhì)量均會(huì)受到一定影響[2]。對(duì)此情況，需控制各項(xiàng)影響因素，采用自動(dòng)化技術(shù)對(duì)工藝生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的含鋁量控制，目的是降低工藝生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的含鋁量，以此控制磁場(chǎng)，能避免對(duì)電解槽帶來(lái)不利影響，從而保證工藝生產(chǎn)質(zhì)量。

2.3 工藝處理

分析鋁電解生產(chǎn)階段會(huì)消耗大量的能耗，不僅會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生一定污染，而且還需對(duì)工業(yè)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益帶來(lái)一定影響，考慮企業(yè)自身綜合效益，也需在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中注重工藝科學(xué)處理，以此為出發(fā)點(diǎn)，在生產(chǎn)階段強(qiáng)調(diào)能源消耗實(shí)際量，以直流電進(jìn)行輔助處理，能對(duì)電能消耗量有效控制與降低，使其占整體電能消耗量的95%左右，依據(jù)其工藝生產(chǎn)流程，解決直流電消耗量、觸電槽效率對(duì)電流的影響情況，控制平均電流與直流耗電量呈正比。因直流電耗不受電流大小因素影響，為保證工藝生產(chǎn)環(huán)節(jié)中能保證綜合效益，還需把重心放在直流電耗方面。建議采用半壓殼式加工工藝，能構(gòu)建穩(wěn)定、規(guī)整的爐膛，在槽沿板5cm處設(shè)計(jì)工邊縫（10cm～15cm），沿壓殼工具沿陽(yáng)極邊部進(jìn)行下壓處理，并在一邊下壓階段對(duì)其整體面積管控，能保證其與電解質(zhì)充分接觸，形成氧化鋁，覆蓋在殼面上，加工過(guò)程中其他電解質(zhì)不得侵入，既能合理解決工藝加工階段的常規(guī)問(wèn)題，又能保證工藝生產(chǎn)質(zhì)量與效率，從而保證工藝處理效果良好性。

2.4 電力消耗管控

因電解鋁生產(chǎn)環(huán)節(jié)中需應(yīng)用到相關(guān)設(shè)備，在各設(shè)備運(yùn)行階段也會(huì)產(chǎn)生電耗，也是工藝質(zhì)量主要影響之一。但此影響因素往往在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中易被忽視，導(dǎo)致工藝生產(chǎn)效果不佳[3]。對(duì)此，在此方面也需嚴(yán)格管控，能在輔助設(shè)備選擇與應(yīng)用階段均有重要依據(jù)，分析電耗生產(chǎn)工序，只有增強(qiáng)設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性與安全性，才能滿(mǎn)足電解鋁生產(chǎn)要求，并對(duì)工藝質(zhì)量進(jìn)行全面性管控，解決其他條件所帶來(lái)的多余電力消耗問(wèn)題。

2.5 溫度管控

在工藝生產(chǎn)環(huán)節(jié)對(duì)溫度管控，需從其各項(xiàng)指標(biāo)方面展開(kāi)探究，其中就包括溫槽智能化控制，分析分子比與過(guò)熱度變化值的合理范疇。如果在工藝生產(chǎn)環(huán)節(jié)中期溫度過(guò)高，就需調(diào)整分子比的下限值；相反，如果在工藝生產(chǎn)環(huán)節(jié)中期溫度過(guò)低，就需調(diào)整分子比的上限值。結(jié)合電解槽冷熱行程變化趨勢(shì)，適當(dāng)控制氟鹽總量，使其分子比始終能在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，才能實(shí)現(xiàn)預(yù)期優(yōu)化目的，生產(chǎn)方式也有所變化，通過(guò)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的嚴(yán)格管控，保證整體生產(chǎn)效果。

3 電解鋁生產(chǎn)工藝方式優(yōu)化策略

3.1 提升工藝生產(chǎn)電流效率

對(duì)于鋁電解的全過(guò)程生產(chǎn)操作必須要嚴(yán)格加以控制，確保企業(yè)技術(shù)人員可以做到明顯提升電解電流運(yùn)行使用效率的目標(biāo)。通常情況下，企業(yè)技術(shù)人員針對(duì)電解鋁的電流強(qiáng)度應(yīng)當(dāng)實(shí)施準(zhǔn)確計(jì)算，上述電流強(qiáng)度的數(shù)值關(guān)鍵取決于電流效率與系統(tǒng)平均電壓[4]。在鋁電解的企業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中，企業(yè)技術(shù)人員針對(duì)系統(tǒng)耗電量應(yīng)當(dāng)著眼于靈活進(jìn)行控制，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制電解電流強(qiáng)度的專(zhuān)業(yè)技術(shù)手段來(lái)保證系統(tǒng)電流平穩(wěn)性，切實(shí)杜絕頻繁出現(xiàn)電解電流波動(dòng)的狀況。鋁電解的電能消耗比例如果要達(dá)到明顯降低的成效，那么關(guān)鍵途徑與手段應(yīng)當(dāng)體現(xiàn)在嚴(yán)格控制電流效率。

技術(shù)人員在啟動(dòng)電解槽的情況下，應(yīng)當(dāng)結(jié)合信息化的儀器技術(shù)手段來(lái)準(zhǔn)確監(jiān)控電流強(qiáng)度，對(duì)于電解質(zhì)本身的導(dǎo)電程度效果都要實(shí)施完整的判斷。電解槽的設(shè)備裝置本身具有平衡恢復(fù)能力，因此企業(yè)人員務(wù)必保證對(duì)其實(shí)施常規(guī)性的保養(yǎng)維護(hù)工作。

3.2 工藝生產(chǎn)階段的散熱處理

電解槽如果頻繁出現(xiàn)熱量耗散的情形，那么電解鋁的全過(guò)程熱能耗散比例將會(huì)明顯增高。由此可見(jiàn)，嚴(yán)格控制電解鋁的熱能損耗比例關(guān)鍵就是要彌補(bǔ)缺失的電解槽熱能，合理運(yùn)用工藝改進(jìn)的措施方法來(lái)確保電解槽的平穩(wěn)高效運(yùn)行。現(xiàn)階段的統(tǒng)計(jì)結(jié)論數(shù)值能夠表明，多數(shù)化工生產(chǎn)企業(yè)中的80%左右熱量耗散損失產(chǎn)生根源都是電解槽的過(guò)度散熱現(xiàn)象。因此，企業(yè)技術(shù)人員目前針對(duì)電解槽的安全運(yùn)行使用狀況必須要準(zhǔn)確加以監(jiān)測(cè)，確保做到實(shí)施監(jiān)管與控制鋁電解的全過(guò)程熱量耗散比例。

經(jīng)過(guò)對(duì)比分析能夠判斷得出，上部的電解槽區(qū)域部位比較容易產(chǎn)生熱量耗散狀況，因此決定了企業(yè)技術(shù)人員目前應(yīng)當(dāng)將工藝優(yōu)化完善的側(cè)重點(diǎn)集中于改進(jìn)上部電解槽體系結(jié)構(gòu)。企業(yè)技術(shù)人員通過(guò)實(shí)施細(xì)化與粉碎氧化鋁的生產(chǎn)工藝流程，應(yīng)當(dāng)可以實(shí)現(xiàn)明顯控制與降低電解鋁殘?jiān)鼘?duì)于熱量耗散的比例數(shù)目。

3.3 合理應(yīng)用工藝生產(chǎn)余熱

化工企業(yè)的生產(chǎn)余熱若能得到最大程度上的優(yōu)化分配使用，那么有益于電解鋁的化工生產(chǎn)企業(yè)獲得預(yù)期的優(yōu)良經(jīng)濟(jì)技術(shù)綜合效益。在此基礎(chǔ)上，化工企業(yè)的技術(shù)人員針對(duì)電解塊的運(yùn)行使用狀況需要保證準(zhǔn)確進(jìn)行監(jiān)測(cè)，尤其是針對(duì)系統(tǒng)陽(yáng)極部位的電解質(zhì)而言。處于液態(tài)的電解質(zhì)溶液比較容易受熱而產(chǎn)生熔化現(xiàn)象，客觀上決定了企業(yè)技術(shù)人員可以循環(huán)利用上述的熔化熱量，合理縮減鋁電解的操作實(shí)施環(huán)節(jié)熱量消耗比例。

由此可見(jiàn)，對(duì)于鋁電解的操作系統(tǒng)電壓應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)確進(jìn)行監(jiān)測(cè)，進(jìn)而運(yùn)用電解質(zhì)成分改善、炭渣打撈、電解質(zhì)電阻降低、陽(yáng)極效應(yīng)系數(shù)改變的工藝技術(shù)手段來(lái)循環(huán)利用化工企業(yè)余熱。

4 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合上述內(nèi)容分析，能了解電解鋁生產(chǎn)原理，要在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中對(duì)各項(xiàng)信息數(shù)據(jù)詳細(xì)記錄，并代入到計(jì)算公式中，能準(zhǔn)確計(jì)算出各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)值，為電解鋁生產(chǎn)工藝方式優(yōu)化提供重要依據(jù)。同時(shí)，要在生產(chǎn)方式優(yōu)化階段全面性控制電壓穩(wěn)定性，使高鋁操作水平顯著提升，在工藝處理方面也能從實(shí)際出發(fā)，保證電力消耗管控合理性。在此基礎(chǔ)上，在工藝生產(chǎn)階段能注重散熱處理效果，并對(duì)工藝生產(chǎn)中的余熱合理化應(yīng)用，既能對(duì)電解鋁生產(chǎn)工藝有效管控，又保證整體效果良好性。