预焙槽阳极压降影响因素研究.doc

预焙槽阳极压降影响因素研究张报清雷霆*余宇楠姚春玲 龙晓波(昆明冶金高等专科学校，昆明，650031)摘要：针对我国铝电解吨铝电耗高的现状，以186kA系列电解槽阳极为研究对象，对阳极 压降、回路压降和槽工作电压进行了理论计算，分析了影响阳极圧降过高的因素研究结果 表明：回路压降约占松工作电压23%；阳极压降约占回路压降41%；阳极压降理论计算值为 391. 15mV；影响阳极压降的主要因素是钢■炭压降和阳极炭块压降，次耍因素是铝■钢爆炸焊 压降和阳极钢爪压降；降低阳极压降有一定潜力阴极压降占1叫路压降的比重也较人，降低 阴极压降也冇一定潜力对于300RA以上大型预焙槽，应该运用阳极理论压降放人准则进 行研究与分析关键词：铝电解；预焙杷h阳极；电压降；节能降耗Study of Anode Voltage Drop Affecting Factors of Pre-baked CellZHANG Bao-qing LEI Ting* YU Yu-nan YAO Chun-ling LONG Xiao-bo(Kunming Metallurgy College,Kunming 650031,China)ABSTRACT： According to the present situation of aluminium electrolytic high power consumption,anode voltage drop,circuit voltage and working voltage have been theoretically calculated on 186kA series aluminium electrolytic cell anode. The factors influencing anode voltage too high have been analysed.The results show that, circuit voltage drop takes about 23 percentage of the working voltage, and anode voltage drop takes about 41 percentage of the circuit voltage drop; The calculation value of anode voltage drop is about 391」5mV; The main factors influencing anode voltage too high are steel-carbon voltage drop and carbon block voltage drop,the secondary factors arc explosive welding voltage drop and steel stub voltage drop;It is feasible to reducing anode voltage drop.Cathode voltage drop also has a big accounts of circuit voltage drop,it is feasible to reducing cathode voltage drop.It is better to use rule of amplification taking a research and analysis of more than 300kA series prebaked aluminium reduction cells anode voltage drop・KEY WORDS： aluminum electrolysis; pre-baked cell; anode;voltage drop; energy conservation冃前，我国电解铝工业取得的成果是：产能快速增长，布局调整稳步推进，消费量显著 增加，落示产能淘汰，计算机控制和新材料研发；存在的问题是：产能过剩，行业内竞争激 烈，铝锭成本加大和节能减排任务艰巨山。

铝工业“十二五"发展忖标提出：电解铝直流电耗 <12500kWh/t,铝锭综合电耗<13300 kWh/to电解铝I产实践表明，我国铝锭工产成木的 40%为电力成本，而国外电解铝锭生产成本中电力成本只占25%；我国电解铝厂吨铝直流电 耗大多在13700度以上，少数达到14600度左右，而国外电解铝厂吨铝直流电耗一般在13500 度以下⑵因此，我国电解铝企业必须提高技术和装备水平，降低吨铝电耗［习，提高国际竞 争力，才能维持健康发展第一作者简介：张报清(1983-),宁夏隆徳人，助教，工学硕士，主要研究方向:轻金属冶金通讯作者■简介：雷 霆*(1964-),云南石屏人，二级教授，博士生导师，主要研究方向：稀有及稀散金属 冶金和材料加工、冶金强化熔炼新技术、有色金属资源综合利用等1吨铝电耗影响因素铝电解生产的吨铝电耗，无论是直流电 耗，还是交流电耗都与槽平均电压成正比， 与电流效率成反比，捉髙电流效率吋以降低 吨铝电耗，降低槽平均电压也可以降低吨铝 电耗吨铝电耗、槽平均电压和电流效率三 者之间的关系见图1・1⑷所示，槽平均电压 从B降低到A,电流效率从92%降低到 86%,则电耗从B"增加到A"。

市图对以 得出：槽平均电压的升高增加了吨铝电耗， 同时提高了电流效率，电流效率的提高乂降 低了吨铝电耗；槽平均电压的升高对提高电 流效率有利，但是対降低吨铝电耗有弊因 此，问题的关键是：如何合理捉高槽平均电 压以提高电流效率，来降低吨铝电耗生产 实践表明，槽平均电压每提高50mV,只要 电流效率能提高1%,贝U吨铝电耗将维持不图1-1吨铝电耗与槽电压和电流效率关系 Figl-1 Relationship of Aluminium electrolytic power consumption,cell voltage and current efficiency我国电解铝企业中，多数采用四低一高 (低电解温度、低氧化铝浓度、低分了比、 低阳极效应系数、高极距)生产工艺增加 极距，有利丁•减弱电解质搅拌强度，有利于 增加和同阳极气体量搅拌阴阳两极间的液 体量，有利于増人扩散层厚度，有利于减少 铝液损失，有利于提高电流效率但是，增 加极距，会引起槽平均电压升高，必然导致 吨铝电耗直线增加⑸槽平均电压包括槽工 作电压、槽外线路电压分摊值和效应分摊电 压三部分但是，在实际主产中，降低槽工 作电压是降低槽平均电压的唯一途径。

槽工 作电压包括阳极电压、阴极电压、氧化铝分 解电压和电解质压降四部分阳极电压包括 阳极母线压降、铝导杆压降、铝■钢爆炸焊 压降、阳极钢爪压降、钢■炭压降和阳极炭 块压降六部分2阳极压降理论计算与影响因素研究选用国内某电解铝金业186kA系列中心下料式预焙槽阳极为研究对彖电流效率 为91%,阳极电流密度为0.699A/cm2,母线 为4端进电铝导杆和阳极钢爪通过爆炸焊 块连接，焊块上表面■阳极导杆的铝■铝焊 接釆用氨弧焊,悍块下表面与钢板梁下面钢 爪头采川电弧焊连接阳极钢爪和阳极炭块 通过磷牛铁浇铸粘接，阳极钢爪结构为四爪 并排阳极各部位体积参数及运行温度见表2-1所示表2・1阳极各部位体积参数与运行温度Table 2・1 Volume parameter and operating temperature of anode parts体积参数 运行部位 长(高、厚)断面面积温度/mm /mm2 PC阳大母线9760480x18066极软母线1550600x260母立柱/320x36060线母线铝导杆1900130x130500爆炸焊12165x165500铝块阳爆炸焊40165x165500极钢块炭钢爪80890x150700块横梁组钢爪爪头2807i (140/2) 2700炭块5401440x660900炭碗1007C (150/2) 29002.1阳极母线压降2.1.1母线压降理论计算2.2.1.1大母线压降(1) 大母线为铸铝母线，两端设软母线， 与立柱母线的连接采用压接，人母线平均温 度 t=66C,po=O.O28Q mm%i, a=0.0038,得：pt = Po (1+at) =0.028 (1+0.0038x66)=0.035Q mm%n 式 2-1(2) 铝导杆共28根，每根铝导杆电流负荷:1= ( 186000/28) =6642.9A 式 2・2(3) 阳极人母线长为：L=660x 14+40x 13 = 9760mm 式 2-3式中，660•炭块宽度，mm；40■炭块间距，mm；L/2=9760/2=4880mm 式 2-4(4) 母线为4端进电，断面规格为 480mmx 180mm,电流密度为：D=竺=1*6000/8 =o.269A/mm2 式 2-5S 480x180(5) 母线电流为1/8,等断而变电流母线电 压降计算： V=IR/31860001= 8R= PtX —=0. 035X 4880S 480x180=0. 001977 QV 母线=丄 x 186000x0.001977亍 8= 15.32mV2.2.1.2软母线压降软母线共155片,断面为式2-6式2・7式2・8式2・9600mm x 2mm,长为1550mm, t=60C,电流密度为:Z/4 186000/4D= = Sxn 600x2x155=0.25A/mm2 式 2・10pt=p0 (l+at) =0.028 (1+0.0038x60)= 0.0344Q mm%i 式 2・11v _ 186000 1550 ",V 软柑线一 x X0.03444 155x600x2= 13.33mV 式 2・122.2.1.3立柱母线压降立柱母线共4根，断血为320mmx360 mm,每根立柱母线电流密度为： 0=//4_ 186000/4"I" - 320x360=0.404 A/mm2 式 2・ 13立柱母线压降包括软母线与平衡母线 焊点压降、软母线下焊接点压降、立柱母线 和阴极母线焊接点压降，取经验值16mV： 平衡母线压降収经验值15mV；压接铝板及 压接点压降取经验值8mV。

阳极立柱母线压 降总值为：13.33+16+15 + 8 = 52.33mV2.2.2母线压降对阳极压降影响情况阳极母线在60-66C温度下运行，其压 降山母线配置及安装质量决定母线配置据 顶了母线本体压降，母线安装质量决定了各 焊接点压降立柱母线和人母线焊接点压降 由接触面清洁程度决泄电解槽通电后运行 期间，阳极母线压降基本不会改变，所以， 改善阳极母线压降潜力不大2.2阳极炭块组压降 2.2.1铝导杆、爆炸焊、钢爪和钢•炭压降铝导杆断面面积为130x130mm2,长度1900mm o曝炸焊中铝板为165x165x12mm3, 钢板为165 x 165 x40mm3 o钢爪间距为 180mm,钢爪横梁为 890x150x80 nin?,钢炭碗距边缘为150m。