330+kA大型预焙铝电解槽原铝质量管理研究

2014年第14期（总第378期）

│企业科技与发展│

QI YE KE JI YU FA ZHAN qiyekejiyufazhan

原铝质量是电解生产过程中的一项重要指标，原铝质量越低，意味着产生的等外铝就越多，给企业造成的经济损失就越大。笔者通过对广西银海铝业330kA 系列电解槽原铝质量的统计分析，找出导致原铝质量波动的原因，探讨原铝质量管理的有效途径。

1铝电解生产工艺流程

现代铝冶炼工业，普遍采用冰晶石———氧化铝熔盐电解

法，它的主要设备是铝电解槽。其原理是以冰晶石熔体为电解质，以碳素材料为两级，强大的直流电由阳极导入，经过电解质与铝液层，最后从阴极导出回到电源。通入直流电的目的：一方面是利用它的热能将冰晶石熔化呈熔融状态，并保持恒定的电解温度；另一方面是要实现电化学反应，也就是使电解质中的铝离子从阴极上得到电子而析出，从而得到铝液，氧离子则在阳极上放电生成一氧化碳、二氧化碳的混合气体，最后通过集气净化回收。在阴极上得到的液态铝，随着电解过程的不断进行，铝量也不断增多，然后周期性的从电解槽中用真空抬包吸出，运往下游生产车间。其生产工艺流程如图1所示。

2原铝中的杂质情况

原铝中杂质的产生伴随着电解铝生产的进行和复杂的生产

操作过程，杂质对铝的质量有不同程度的不利影响。电解质中若有Fe 、Si 、Cu 等离子存在时，因它们比Al 离子更具正电性，所以它们要先于铝离子在阴极上放电，这样金属铝中就含

有了杂质。

原铝质量按金属杂质的含量来评定，铝中的金属杂质有20多种，其中最主要的是Si 、Fe ，其合格标准范围见表1。

3原铝质量数据统计分析

原铝质量是铝电解生产中的一个综合分析指标。在生产实践中，经常受到多种因素的影响而产生波动。我们对某电解铝厂140台330kA 预焙铝电解槽原铝质量2013年3～8月的原铝品位进行了统计，统计数据见表2。图2为原铝品位趋势情况。

【作者简介】王应其（1981—），男，广西投资集团百色银海铝业有限责任公司技术研发中心副主任，主要从事铝电解技术研究工作。

330kA 大型预焙铝电解槽原铝质量管理研究

王应其，莫佳君，闫

飞，梁培王，甘培原

（广西投资集团百色银海铝业有限责任公司，广西百色533000）

【摘要】文章通过对电解生产过程中原铝杂质的构成及来源等方面进行数据统计、分析，提出了严格控制原辅材

料质量、脏料的合理搭配使用、正确使用生产工具、加强焙烧启动管理、加强对电解槽破损的跟踪工作、优化工艺技术等原铝质量管理措施，为铝电解生产过程中原铝质量的控制提供了思路。【关键词】330kA 大型预焙槽；原铝质量；原辅材料；措施【中图分类号】TF821【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2014）14-0012-03图1电解铝生产工艺流程图

牌号

化学成分（

质量分数）/%Al 杂质，不大于

不小于

Si Fe Cu Ga Mg Zn a Mn 其他每种总和

Al99.90b 99.90.050.070.0050.020.010.025—0.010.1Al99.85b 99.850.080.120.0050.030.020.03—0.0150.15Al99.70b 99.70.10.20.010.030.020.03—0.030.3Al99.60b 99.60.160.250.010.030.030.03—0.030.4Al99.50b 99.5

0.220.30.020.030.050.05—0.030.5Al99.00b

990.420.50.020.050.050.05—0.051Al99.7E b,c 99.70.070.20.01—0.020.040.0050.030.3Al99.6E b,d

99.6

0.1

0.3

0.01

—

0.02

0.04

0.007

0.03

0.4

表1金属铝成分的标准（GB/T 1196—2008）

表2原铝品味统计表

12

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4统计数据分析

2012年铝行业逐步转入寒冬期，各电解铝企业纷纷陷入

了亏损的行列，为避免亏损进一步扩大，公司停掉了3/4的产能。2013年，受益于政府的各项优惠政策，公司决定再次启动已退出运行的电解槽，其中105台电解槽进行了二次启动，这部分槽破损现象较多，停槽检修后再重新启动，使得这期间的原铝质量受到了明显影响。根据生产实践，对原铝质量变动前后以及杂质来源情况进行分析，车间有针对性地强化了生产操作、工艺控制管理，加大考核力度等一系列综合治理措施，原铝质量得以稳步的提高。2013年3～8月，Al 99.70以上原铝比重上升。

5原铝中杂质的来源

（1）电解铝的主要原材料和添加辅料如氧化铝、碳阳极、

氟化盐中带入。

（2）生产操作中用的铁制工具在高温下熔化而进入铝液中，如大钩、大耙和中间下料打壳机头。

（3）由于生产管理、操作不当，引起阳极钢爪熔化而使铁进入铝液中。

（4）阴极内衬破损，阴极导电钢棒熔化和筑炉材料中的铁、硅氧化物被铝还原而使杂质进入铝液中。

（5）新启动的电解槽由于未清理干净内部的杂物，以及筑炉材料与高温熔液反应，使新槽铝液中硅含量较高。

（6）病槽进入热行程时，炉膛熔化，炉帮中的杂质进入铝液中，杂质被铝还原，使铝液内杂质含量增多，而且在处理病槽时，随着铁工具伸入槽中的次数增加，熔入槽内的铁含量将升高。

（7）厂房内的卫生条件不好，厂房关闭不严，风沙、尘土进入槽中，影响原铝质量。

6提高原铝质量的管理措施

6.1严格控制原辅材料质量

氧化铝、阳极碳块和氟化盐作为电解铝生产的主要原材

料，它们的品位越高，电解进入铝液中的杂质含量就越少。表3为我公司3～12月入厂原辅材料判级情况表。

6.2正确使用生产工具

生产操作时，要严格操作管理考核制度，逐步引导职工正确使用操作工具。在阳极更换或处理电解槽异常情况时，大钩、大耙等不得在液体电解质或铝液中浸泡太久，以免熔化污染原铝。另外，要随时观察下料打壳机头的运动磨损情况，若磨损过多应及时联系维修进行更换，防止因设备故障打壳机头卡在电解质中熔化。若不慎将铁质工具掉入槽内，必须及时处理，避免杂质误入槽内而影响原铝质量。

6.3提高生产管理及操作技术水平6.3.1

确保阳极更换准确

生产中，要考虑到新极导全电流的滞后性，提高多功能阳极更换车和定位工具的操作使用熟练程度，努力减少人工误差。另外，还要保证换极周期准确、换极原则合理。阳极炭块安装更换延期，在生产中不严格执行交叉换极顺序原则，就会引起阳极钢爪熔化，使铝液中的铁含量升高。

6.3.2保持电解质水平稳定

电解质水平过高就会浸泡低残极的钢爪和磷生铁环，而使铁进入铝液。因此要严格控制电解质水平上限，减少电解质浸泡阳极钢爪现象。

6.3.3维持电解槽热平衡，预防病槽的产生

原料的杂质有相当一部分沉积在槽膛边部的电解质结壳中，当电解槽正常运行，炉膛稳固时，这些杂质不会进入铝中。而一旦槽况恶化，电解槽变热造成炉膛熔化，沉积在边部结壳中的杂质就进入铝液中。另外，阴极碳块通常都有不同程度裂纹，正常生产情况下，这些裂纹被沉积物填充并固化，电解液体不会进入，但槽子处于热行程时，高温会使沉积物熔化，裂纹通道被打开，熔液穿过底部炭块引起阴极钢棒熔化，而且通过裂缝浸入的铝液会还原耐火材料中铁硅氧化物，使铁和硅进入铝液中，使原铝质量下降，所以电解槽应保持稳定的热平衡。因此，要加强技术条件管理，保障电解槽的热平衡。

表3原辅材料判级情况

图2原铝品位趋势图

～

Al 99.50Al 99.0

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6.4加强焙烧的管理，防止电解槽阴极内衬早期破损

我公司电解槽焙烧均采用焦粒焙烧法，通过加强焙烧启动期间的现场精细化管理、工艺精细化管理，阴极焙烧质量明显提高，减少了早期破损槽的产生。

6.4.1阳极电流分布管理

阳极电流分布每2h 测量1次，对于电流分布大于5mV 阳极钢爪发红的阳极要及时扒开冰晶石进行散热，必要时要用风管进行冷却和做分流处理，但要确保阳极不被氧化。

当阳极电流分布均匀并且电压小于3.5V ，按分流器拆除规程执行。拆除分流器尽量在通电后16h 以内完成。

6.4.2电解槽温度控制

焙烧槽温度每隔4h 测量1次，并在焙烧日志上作原始记录，测量后必须把热电偶拿出来（减少热电偶使用量）。车间某电解槽焙烧温度控制见表4。焙烧温度控制曲线如图3所示。

通过平缓均匀的温度控制，阴极焙烧质量明显提高，减少了早期破损槽的产生。

6.5加强对电解槽破损的跟踪工作

对原铝质量铁硅含量上升的原因及时排查，发现破损的及时处理并建立炉别基准，根据破损程度在工艺上进行合理调整，并安排当班进行实时监控。

6.6优化工艺技术条件

改善电解质成分，使各种添加剂保持在规定的范围内，炭渣分离较好，阳极四周沸腾均匀。减少病槽的发生率，实行低

电压生产，槽温降到953℃，保证电解槽的平稳运行。具体各项技术条件见表5。

6.7脏料的使用要与新鲜料搭配

注意搞好厂房卫生，若使用槽下脏料和极上壳块时，要将

杂物、磷生铁屑挑拣干净或用磁铁吸引。上极上料时，脏料的使用要根据分析结果与新鲜氧化铝合理搭配，不能集中使用。

7管理效果

2013年9～11月，各项电解技术条件匹配逐步趋于合理，各项技术参数控制进一步得到优化，原铝品位（Al 99.70以上）合格率基本达到90%以上，其中11月份已达到100%，电解槽低电压运行下槽况平稳、高效。

8结束语

原铝质量管理过程则是一个长期性、复杂性、综合性的系统工作，这需要各有关部门的密切合作，通过增强全员参与度，加大原铝质量的各项有效管理，才能使原铝质量得以稳定持续的提高。

参考文献

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预焙铝电解槽生产工艺及管理［M ］长沙：中南工业大

学出版社，2007［4］李清

大型预焙槽炼铝生产工艺与操作实践［M ］长沙：中南大

学出版社，2005［5］谢恩，李斌川

电解生产过程中提高原铝质量的实践［M ］有色

矿冶，2002（4）［6］许煜英

提高原铝质量途径的探讨［M ］河南冶金，2006（6）

［责任编辑：黄庆发］

表4焙烧温度控制表

时间（h ）

8

16

24

32

40

48

56

64

72

上限（℃）2503705006507508509009501000

下限（℃）120220300380500600700800850

实际温度控制（℃）167331427557678769812910978

图3

焙烧温度控制曲线

表5各项技术条件控制情况

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330 kA大型预焙铝电解槽原铝质量管理研究

作者：王应其， 莫佳君， 闫飞， 梁培王， 甘培原

作者单位：广西投资集团百色银海铝业有限责任公司,广西 百色,533000

刊名：

企业科技与发展

英文刊名：Enterprise Science And Technology & Development

年，卷(期)：2014(14)

引用本文格式：王应其.莫佳君.闫飞.梁培王.甘培原330 kA大型预焙铝电解槽原铝质量管理研究[期刊论文]-企业科技与发展 2014(14)