系列新型陰極結構電解槽的工業(yè)試驗研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、近年來,節(jié)能減排是我國政府對工業(yè)企業(yè)生產所提出的核心目標。鋁電解行業(yè)一直以來都是以高能耗、高污染著稱。目前國內外電解鋁的直流能耗依然徘徊在13000~13500 kWh/t-Al,能量效率不足50%。2008年,新型陰極結構電解槽的出現(xiàn)使得大幅度降低鋁電解電能消耗成為現(xiàn)實。
  論文在華東鋁業(yè)公司94臺200 kA系列大修槽上砌筑新型陰極結構電解槽,并采用火焰-鋁液二段焙燒法進行焙燒啟動。焙燒結果證明,采用該方法焙燒的能耗低于鋁液

2、焙燒法與焦粒焙燒法。94臺200 kA新型陰極電解槽6個月的工業(yè)試驗結果表明,200kA新型陰極電解槽的平均槽電壓為3.72 V,陽極效應系數為0.275次/槽·日,效應電壓為12.12 V,平均電流效率為93.11%,平均直流電耗為12043.39 kWh/t-Al,與同系列32臺普通陰極電解槽相比,槽電壓降低了0.32 V,陽極效應系數提高了0.07次/槽·日,效應電壓降低了7.65 V,電流效率提高了0.11%,直流能耗降低了10

3、24.4kWh/t-Al,取得了重大的節(jié)能效果。
  通過對168kA與200kA兩種槽型的新型陰極結構電解槽的電熱平衡研究表明,新型陰極結構電解槽的極距較小,電解質壓降比對比槽的電解質壓降降低了350~400mV,其余部分電壓降相差不大;新型陰極結構電解槽的能量利用率高于對比槽,可以在較低的槽電壓與較低的能量輸入下,通過對側部和底部加強保溫實現(xiàn)較低的熱損失,以達到電解槽的熱平衡。
  新型陰極結構電解槽鋁液內的垂直磁場及鋁

4、液流速要小于對比槽,在外母線配置不變,電流分布不變的條件下,可以認為新型陰極結構電解槽具有減小電解槽內垂直磁場、穩(wěn)定電解槽陰極鋁液面以及阻礙鋁液流動,降低鋁液流速的功能。
  論文設計了一種能同步監(jiān)測全部陽極導桿等距壓降波動的方法及裝置,并應用此裝置對新型陰極結構鋁電解槽陰極鋁液界面的穩(wěn)定性進行了研究,探討了影響鋁液界面穩(wěn)定性的因素。研究發(fā)現(xiàn),新型陰極結構電解槽的陽極導桿等距壓降波動曲線的波幅要小于普通陰極結構電解槽,并且計算出新

5、型陰極結構電解槽鋁液波的最大波幅為0.45 cm,普通陰極結構電解槽鋁液波的最大波幅達到0.88 cm,由此證明,新型陰極結構電解槽的創(chuàng)新陰極結構設計起到了減小鋁液波的波幅,穩(wěn)定陰極鋁液面的作用;將對比槽的槽電壓由4.10 V降至3.95 V的試驗結果證明,對比槽無法在3.95 V的槽電壓下穩(wěn)定運行;新型陰極結構電解槽在槽電壓為3.75 V時,24塊陽極電流分布標準偏差為554.88 A,比對比槽在槽電壓為4.10 V時的24塊陽極電流

6、分布標準偏差小了269.21A,因此新型陰極結構電解槽在3.75 V的槽電壓下比對比槽在4.10V的槽電壓下的陽極電流分布更均勻;新型陰極結構電解槽與對比槽的陰極鋁液波動具有相同的周期,均為50 s。
  根據對新型陰極結構電解槽的電熱平衡、鋁液磁場與流場以及鋁液界面穩(wěn)定性的試驗結果,并利用數值模擬技術對新型陰極電解槽的減波原理進行了探討。在陰極凸起結構的周圍鋁液中存在水平電流,此種水平電流與垂直磁場作用產生的電磁力推動鋁液圍繞陰

7、極凸起形成小環(huán)流,多個此類小環(huán)流可起到阻礙鋁液流動,降低鋁液流速的作用。鋁液流速的降低就削弱了其對重力波的強化作用。新型陰極電解槽鋁液中的水平電流小于普通陰極電解槽鋁液中的水平電流,且新型陰極電解槽鋁液中垂直磁場水平方向上的梯度也小于普通陰極電解槽。而鋁液的波動主要是鋁液中的水平電流與垂直磁場相互作用引起的。因此,新型陰極電解槽鋁液界面的穩(wěn)定性要好于普通陰極電解槽鋁液界面的穩(wěn)定性。并且通過模擬鋁液與電解質交界面處的流速場,證明了新型陰極

8、電解槽內該處鋁液的垂直速度要小于對比槽內鋁液在該處的垂直流速。
  論文研發(fā)了一套具有低檢測成本的工業(yè)鋁電解槽電解質初晶溫度/過熱度檢測裝置。該裝置的探頭結構設計使得熱電偶的測溫端對于熔體發(fā)生相變所釋放出的熱量較為敏感,因此對于成分復雜、分子比較低的電解質體系初晶溫度的測定,可以實現(xiàn)較好的重現(xiàn)性與較高的精度。通過實驗室與工業(yè)試驗,證明此裝置的測量精度較高,穩(wěn)定性較好。
  在實驗室條件下,使用電解質初晶溫度/過熱度檢測裝置考

9、察了不同分子比與LiF、KF、CaF2的添加量對電解質初晶溫度的影響。并應用響應曲面法,對Na3AlF6-Al2O3-LiF-KF-CaF2五元系初晶溫度進行數模擬合,得到初晶溫度的回歸方程為:T1=621.822+262.139· CR-5.226·ω(LiF)-6.518·ω(KF)-0.976·ω(CaF2)-1.111· CR·ω(LiF)+2.5· CR·ω(KF)-0.139· CR·ω(CaF2)+0.125·ω(LiF)

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