铝电解槽换极过程界面变形和阳极电流分布变化规律研究

曹 曦,张钦菘,赵志彬,刘雅锋,胡红武,董 哲,吴海刚

(1.沈阳铝镁设计研究院有限公司,辽宁 沈阳 110001;2.聊城信源集团有限公司,山东 聊城 252000,3.内蒙古锡林郭勒白音华煤电有限责任公司,内蒙古 锡林郭勒 026208)

更换阳极是预焙阳极电解槽日常操作中最重要的一项操作,对电解槽的稳定性产生的扰动也最大。大多数铝厂的新极温度为室温,而电解质温度大多在910 ℃以上,这种900 ℃左右的温度差不仅对热平衡有巨大的冲击,而且对电流分布,流动场分布以及电解质铝液间的界面变形也有较大的影响。

为了减少换极对槽稳定性的影响,美铝公司[1]试验了将新阳极预热到480～510 ℃之后再进行更换,取得了较明显的效果:电流恢复速度加倍,电耗减少40 kWh/t-Al,电流效率提高0.5%～1%。迪拜铝厂[2]也试验了类似的技术,电流恢复到全电流70%的时间由15小时缩短到9小时。不过这项技术的设备投资较大,对全厂的物流改造力度也较大,因此还未普及。

在实际生产中,表征新极恢复程度最可行的一个指标是新极电流[3-4]。新极电流恢复时间是指新极电流从零恢复到全电流附近的时间,是铝厂非常重要的一项技术指标。一些铝厂的经验已经表明[1,5],常温新极放入热电解质后,会迅速降低新极附近电解质的过热度,从而使电解质发生凝固,逐渐在新极底部形成凝固电解质结壳或者其它杂质固体(例如换极过程中掉入的覆盖料或炭渣等)。这层固体物质不导电,使得经过新极的电流非常低。当电解质温度逐渐恢复后,固体阻碍层将逐渐消失,同时新极温度也逐渐升高,因此新极的电流也逐渐升高。……