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【摘 要】 随着人们生活水平的提高，各行各业的用电量也逐渐上升，铝电解低电压行业的出现，高电压高效率的工艺生产路线逐渐发生了转变。低电压的生产逐步成为新的发展方向。
【关键词】 低电压；铝电解；生产管理
引言：
改革开放以来，特别是进入新世纪以来的快速发展，中国铝电解工业走过了发达国家近百年的发展历程，建立了与少数发达国家铝电解工业相当的独立完整的体系，实现了现代化，有力地支撑了我国现代化建设事业的发展，确保了国家战略安全的需要。
1、低电压生产技术
电解槽槽电压指设定电压，不考虑效应分摊，电解槽槽电压U的组成为：U=U极化+U阳+U阴+U质+U分解+U母线
当电解槽运行后，生产中唯一可调的部分是U质，U质是指阴-阳极极距之间的电压降。
低电压生产技术是指铝电解槽以较低电压平稳有效低耗生产的铝电解生产工艺技术。当电解槽运行一段时间后，在生产中主要是通过一系列技术措施有效调整阴-阳极极距，使U质（阴-阳极极距之间的电压降）降低的途径来实现低电压生产条件。在铝电解工业生产中，低电压生产技术的途径主要有以下两方面：一是主要是通过采用缩减磁场影响减小水平电流稳定铝液等新工艺新技术降低极距，从而达到有效降低电压的低电压生产目标。二是在正常生产运行的铝电解槽，通过对U质（阴-阳极极距之间的电压降），线路压降（卡具压降、母线压降及母线接点压降、炉底压降）等无用功电压降低释放极距而达到降低电压低电压生产技术要求的目的。
2、低电压生产下铝电解槽运行存在的问题
随着槽电压的降低，电解槽热收人明显不足，从而出现一些问题影响着电解槽的稳定运行，这些问题如下：（1）出现了电解槽角部伸腿肥大的现象，电解槽稳定性逐渐变差，电压摆明显增多。（2）出现电解质水平偏低，难以保持合适的电解质高度，电解质水平和氧化铝的熔解能力降低，增加了突发效应的发生，甚至出现了炉底沉淀，导致氧化铝浓度不易控制。（3）电解质水平偏低，经常出现壳头包、卡壳头、大堆料等现象，增加了操作人员的劳动强度。（4）电解槽壳面厚度增大，更换阳极等操作时增大了操作难度和管理难度，并且在操作时增加一些器具，增加了生产的大宗材料费用。（5）电解槽运行稳定性变差，异常电压明显增多，阳极效应增多，导致槽电压升高，电流效率降低，造成了直流电耗大幅升高。针对以上情况，提出了能量补偿及氧化铝浓度控制策略，以保证铝电解槽在低电压下正常稳定工作。
3、电压的管理
电解槽的平均电压由极化电压降、阳极压降、阴极压降、电解质压降、槽内母线压降、槽外母线电压降以及效应电压降的分摊值组成。降低各部分压降可以降低电解槽的平均电压。
3.1降低极化电压
极化电压是克服电解产物所形成的原电池电动势，使氧化铝得到分解的外加电压。工业上主要是采用减小阳极电流密度（主要是增大其截面积）和增加生产过程中电解质里的氧化铝浓度，添加CaF2、AIF3等物质的方式减小阳极过电压，进而降低极化电压。
3.2分子比控制技术
目前电解质体系中由于Li、Ca等的富集，基本已经不向电解槽中添加，因此在影响初晶温度的电解质成分中，只有分子比是动态变化的。某公司在实施低电压技术前分子比控制在2.40～2.50的相对较低范围内。实践已经证明，当过热度控制在10℃左右，将分子比（摩尔比）从2.0提高至2.6，分子比每提高0.1，可降低电解质压降70mV左右。
3.3氧化铝浓度控制
基于氧化铝浓度对能量平衡的影响，通过对计算机控制参数（NB间隔）的优化调整和对换极、出铝等控制程序的优化，使槽控机自动适应电解槽过程条件的变化，使之工作于最佳运行状态，将氧化铝浓度控制在可控的敏感区内。氧化铝浓度与槽电阻的对应关系见图1。具体氧化铝浓度的控制是通过实时过/欠控制将电解槽的氧化浓度控制在图1中的A、B两条平等线所包含的范围内，实现低窄区域氧化铝浓度的控制需求。通过建立高溶解性能电解质体系，以便提高电解质的导电性能与氧化铝的溶解性能。
3.4保持适宜的过热度
在电解槽的生产中，主要影响能量平衡的因素包括加料、换极等操作与槽面的保温，其中加料对能量平衡的影响最为突出。有研究表明，在180kA预焙槽上，在定时下料制度下，当每次下料90kg后，测得出铝口电解质温度急骤降低的极小值为7～9℃，在槽大面的阳极边缘附近测得的极小值为4～5℃，由此推测在下料器下方局部电解质温度可降低15～20℃。这便是在定时下料制度下为保证氧化铝的溶解速度，避免溶液的生产而不得不保持8～15℃的电解质过热度的主要原因。
4、生产技术的管理
4.1提高操作质量（1）换极作业的操作要点为块捞净、渣捞清、炉底处理好、记录数据细、极封好。（2）作业管理①换阳极前应将保温料扒净，减少掉入槽内的浮料；②利用换极作业对炉底沉淀和结壳区域进行捅、打捞、推摊作业，促使其尽快溶解；③在条件适合的时间，适当进行停控作业。（3）加强捞渣作业，提高电解质洁净度，一是坚持在出铝口和烟道端打捞碳渣，二是换阳极时和阳极效应后打捞碳渣。（4）加强对电解槽炉底沉淀和结壳的处理，重点应通过在换极时进行捅、打捞、推摊作业、匹配好技术条件和优化控制系统参数等方法加以处理。（5）加强对卡具压降和阳极母线压接压降的测量和处理，将卡具压降和阳极母线压接压降分别控制在10mV和5mV以下，以降低无效压降。（6）处理电压波动：加强对槽控系统历史曲线的查看，随时关注电解槽运行情况，强化人机配合。在电解槽发生电压波动时，及时准确的判断引起电解槽波动的真正原因，如：氧化铝浓度分布不均、局部效应和阳极导电不均等，然后采用相应的处理措施。根据每一台电解槽的具体槽况，分子比适当调高0.05～0.1，铝水平调低1～2cm，温度控制在950～965℃，但要注意避免炉底返热和大幅电压摆的现象发生，待炉底基本洁净后，及时回调铝量、分子比和槽温。（7）为保持好电解槽的物料平衡，对每一台电解槽基准下料间隔的调整应本着“微调”的原则，将氧化铝浓度控制在精窄的范围内，以获得较高的电流效率。（8）电解槽下料口要有较高开口率，保证下料通畅。（9）尽量减少换极、抬母线、出铝等各种操作对电解槽生产的干扰，其中换极操作对电解槽生产的干扰最大，日常应做到当班换极不出铝，出铝不换极。
4.2加强保温
在降低电压过程中要高度关注能量平衡问题，加强电解槽保温，杜绝阳极裸露、炉壳冒火和塌陷现象，及时调整单槽能量平衡，确保各项技术条件的稳定。特别是要关注电解槽角部的发展趋势，避免发生角部肥大问题，在角部外的散热窗口填充保温砖或其他隔热材料，减少热量的散失。
5、结束语
在电价持续攀升市场竞争日益激烈的挑战面前，铝电解企业走低电压综合节能技术路线是适应市场和走出困境的必然选择。在铝电解低电压生产过程中，电解槽能量平衡、物料平衡及炉膛形状都将随着电压降低而改变。在电解槽由某一电压向另一低电压过渡的生产阶段，电解槽往往会表现出：槽温下降；电解质发黏；附加电压升高；电压偏差越来越大，使降低电压从而降低电耗的低电压生产目标的实现更加困难。因此，在铝电解低电压生产控制过程中，努力降低电压偏差则是低电压生产技术的关键控制点，也是实现“节能降耗，降本增效”增加企业竞争力的坚实后盾。
参考文献：
[1]周虹.铝电解槽低电压生产中电压偏差的控制[J].金属世界，2014，03：40-42.
[2]李劼.铝电解低电压高效节能技术[A].河南省有色金属行业协会、河南省有色金属学会.铝冶炼节能新技术研讨会论文集[C].河南省有色金属行业协会、河南省有色金属学会，2011：17.
[3]吴军，李劼.铝电解生产管理平台的研究与实现[J].冶金自动化，2004，03：54-57.
【关键词】 低电压；铝电解；生产管理
引言：
改革开放以来，特别是进入新世纪以来的快速发展，中国铝电解工业走过了发达国家近百年的发展历程，建立了与少数发达国家铝电解工业相当的独立完整的体系，实现了现代化，有力地支撑了我国现代化建设事业的发展，确保了国家战略安全的需要。
1、低电压生产技术
电解槽槽电压指设定电压，不考虑效应分摊，电解槽槽电压U的组成为：U=U极化+U阳+U阴+U质+U分解+U母线
当电解槽运行后，生产中唯一可调的部分是U质，U质是指阴-阳极极距之间的电压降。
低电压生产技术是指铝电解槽以较低电压平稳有效低耗生产的铝电解生产工艺技术。当电解槽运行一段时间后，在生产中主要是通过一系列技术措施有效调整阴-阳极极距，使U质（阴-阳极极距之间的电压降）降低的途径来实现低电压生产条件。在铝电解工业生产中，低电压生产技术的途径主要有以下两方面：一是主要是通过采用缩减磁场影响减小水平电流稳定铝液等新工艺新技术降低极距，从而达到有效降低电压的低电压生产目标。二是在正常生产运行的铝电解槽，通过对U质（阴-阳极极距之间的电压降），线路压降（卡具压降、母线压降及母线接点压降、炉底压降）等无用功电压降低释放极距而达到降低电压低电压生产技术要求的目的。
2、低电压生产下铝电解槽运行存在的问题
随着槽电压的降低，电解槽热收人明显不足，从而出现一些问题影响着电解槽的稳定运行，这些问题如下：（1）出现了电解槽角部伸腿肥大的现象，电解槽稳定性逐渐变差，电压摆明显增多。（2）出现电解质水平偏低，难以保持合适的电解质高度，电解质水平和氧化铝的熔解能力降低，增加了突发效应的发生，甚至出现了炉底沉淀，导致氧化铝浓度不易控制。（3）电解质水平偏低，经常出现壳头包、卡壳头、大堆料等现象，增加了操作人员的劳动强度。（4）电解槽壳面厚度增大，更换阳极等操作时增大了操作难度和管理难度，并且在操作时增加一些器具，增加了生产的大宗材料费用。（5）电解槽运行稳定性变差，异常电压明显增多，阳极效应增多，导致槽电压升高，电流效率降低，造成了直流电耗大幅升高。针对以上情况，提出了能量补偿及氧化铝浓度控制策略，以保证铝电解槽在低电压下正常稳定工作。
3、电压的管理
电解槽的平均电压由极化电压降、阳极压降、阴极压降、电解质压降、槽内母线压降、槽外母线电压降以及效应电压降的分摊值组成。降低各部分压降可以降低电解槽的平均电压。
3.1降低极化电压
极化电压是克服电解产物所形成的原电池电动势，使氧化铝得到分解的外加电压。工业上主要是采用减小阳极电流密度（主要是增大其截面积）和增加生产过程中电解质里的氧化铝浓度，添加CaF2、AIF3等物质的方式减小阳极过电压，进而降低极化电压。
3.2分子比控制技术
目前电解质体系中由于Li、Ca等的富集，基本已经不向电解槽中添加，因此在影响初晶温度的电解质成分中，只有分子比是动态变化的。某公司在实施低电压技术前分子比控制在2.40～2.50的相对较低范围内。实践已经证明，当过热度控制在10℃左右，将分子比（摩尔比）从2.0提高至2.6，分子比每提高0.1，可降低电解质压降70mV左右。
3.3氧化铝浓度控制
基于氧化铝浓度对能量平衡的影响，通过对计算机控制参数（NB间隔）的优化调整和对换极、出铝等控制程序的优化，使槽控机自动适应电解槽过程条件的变化，使之工作于最佳运行状态，将氧化铝浓度控制在可控的敏感区内。氧化铝浓度与槽电阻的对应关系见图1。具体氧化铝浓度的控制是通过实时过/欠控制将电解槽的氧化浓度控制在图1中的A、B两条平等线所包含的范围内，实现低窄区域氧化铝浓度的控制需求。通过建立高溶解性能电解质体系，以便提高电解质的导电性能与氧化铝的溶解性能。
3.4保持适宜的过热度
在电解槽的生产中，主要影响能量平衡的因素包括加料、换极等操作与槽面的保温，其中加料对能量平衡的影响最为突出。有研究表明，在180kA预焙槽上，在定时下料制度下，当每次下料90kg后，测得出铝口电解质温度急骤降低的极小值为7～9℃，在槽大面的阳极边缘附近测得的极小值为4～5℃，由此推测在下料器下方局部电解质温度可降低15～20℃。这便是在定时下料制度下为保证氧化铝的溶解速度，避免溶液的生产而不得不保持8～15℃的电解质过热度的主要原因。
4、生产技术的管理
4.1提高操作质量（1）换极作业的操作要点为块捞净、渣捞清、炉底处理好、记录数据细、极封好。（2）作业管理①换阳极前应将保温料扒净，减少掉入槽内的浮料；②利用换极作业对炉底沉淀和结壳区域进行捅、打捞、推摊作业，促使其尽快溶解；③在条件适合的时间，适当进行停控作业。（3）加强捞渣作业，提高电解质洁净度，一是坚持在出铝口和烟道端打捞碳渣，二是换阳极时和阳极效应后打捞碳渣。（4）加强对电解槽炉底沉淀和结壳的处理，重点应通过在换极时进行捅、打捞、推摊作业、匹配好技术条件和优化控制系统参数等方法加以处理。（5）加强对卡具压降和阳极母线压接压降的测量和处理，将卡具压降和阳极母线压接压降分别控制在10mV和5mV以下，以降低无效压降。（6）处理电压波动：加强对槽控系统历史曲线的查看，随时关注电解槽运行情况，强化人机配合。在电解槽发生电压波动时，及时准确的判断引起电解槽波动的真正原因，如：氧化铝浓度分布不均、局部效应和阳极导电不均等，然后采用相应的处理措施。根据每一台电解槽的具体槽况，分子比适当调高0.05～0.1，铝水平调低1～2cm，温度控制在950～965℃，但要注意避免炉底返热和大幅电压摆的现象发生，待炉底基本洁净后，及时回调铝量、分子比和槽温。（7）为保持好电解槽的物料平衡，对每一台电解槽基准下料间隔的调整应本着“微调”的原则，将氧化铝浓度控制在精窄的范围内，以获得较高的电流效率。（8）电解槽下料口要有较高开口率，保证下料通畅。（9）尽量减少换极、抬母线、出铝等各种操作对电解槽生产的干扰，其中换极操作对电解槽生产的干扰最大，日常应做到当班换极不出铝，出铝不换极。
4.2加强保温
在降低电压过程中要高度关注能量平衡问题，加强电解槽保温，杜绝阳极裸露、炉壳冒火和塌陷现象，及时调整单槽能量平衡，确保各项技术条件的稳定。特别是要关注电解槽角部的发展趋势，避免发生角部肥大问题，在角部外的散热窗口填充保温砖或其他隔热材料，减少热量的散失。
5、结束语
在电价持续攀升市场竞争日益激烈的挑战面前，铝电解企业走低电压综合节能技术路线是适应市场和走出困境的必然选择。在铝电解低电压生产过程中，电解槽能量平衡、物料平衡及炉膛形状都将随着电压降低而改变。在电解槽由某一电压向另一低电压过渡的生产阶段，电解槽往往会表现出：槽温下降；电解质发黏；附加电压升高；电压偏差越来越大，使降低电压从而降低电耗的低电压生产目标的实现更加困难。因此，在铝电解低电压生产控制过程中，努力降低电压偏差则是低电压生产技术的关键控制点，也是实现“节能降耗，降本增效”增加企业竞争力的坚实后盾。
参考文献：
[1]周虹.铝电解槽低电压生产中电压偏差的控制[J].金属世界，2014，03：40-42.
[2]李劼.铝电解低电压高效节能技术[A].河南省有色金属行业协会、河南省有色金属学会.铝冶炼节能新技术研讨会论文集[C].河南省有色金属行业协会、河南省有色金属学会，2011：17.
[3]吴军，李劼.铝电解生产管理平台的研究与实现[J].冶金自动化，2004，03：54-57.