延长铝电解槽寿命
高密度阳极铝电解槽电
第 54 卷第 2 期2023 年 2 月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.54 No.2Feb. 2023高密度阳极铝电解槽电−热场耦合仿真研究魏兴国1，廖成志1，侯文渊1, 2，段鹏1，李贺松1(1. 中南大学 能源科学与工程学院，湖南 长沙，410083；2. 中北大学 能源与动力工程学院，山西 太原，030051)摘要：在铝电解槽中，阳极炭块内存在的气孔会降低炭块的导电和导热性能，并且增加炭渣，降低电流效率，导致炭耗和直流电耗升高。
通过浸渍工艺得到的高密度阳极可以有效地降低炭块的气孔率。
为了探究高密度阳极铝电解槽的电−热场变化和影响，基于ANSYS 软件建立高密度阳极铝电解槽的电−热场耦合计算模型。
研究结果表明：铝电解槽高密度阳极炭块的平均温度上升8.73 ℃，热应力增加，但形变量减小；侧部槽壳的平均温度下降28.59 ℃，热应力和形变量均降低，有利于保持槽膛内形稳定；热场变化主要与阳极炭块物性改变有关；槽电压降低49.16 mV ，主要与炭块物性改变和电解质电阻率降低有关；高密度阳极电流全导通时间缩短3.39 h ，可有效减弱换极产生的负面影响，阳极使用寿命可延长4 d ，炭耗降低10.3 kg/t ；铝电解槽反应能耗占比增加0.62%，电流效率提高1.69%，直流电耗降低270 kW·h/t 。
关键词：铝电解槽；高密度阳极；电−热场；耦合仿真中图分类号：TF821 文献标志码：A 文章编号：1672-7207（2023）02-0744-10Simulation study of electric-thermal field coupling in high-densityanode aluminum electrolyzerWEI Xingguo 1, LIAO Chengzhi 1, HOU Wenyuan 1, 2, DUAN Peng 1, LI Hesong 1(1. School of Energy Science and Engineering, Central South University, Changsha 410083, China;2. School of Energy and Power Engineering, North University of China, Taiyuan 030051, China)Abstract: In aluminum electrolytic cells, porosity in anode carbon blocks can reduce the electrical and thermal conductivity of the blocks and increase carbon slag, reduce current efficiency and lead to higher carbon consumption and DC power consumption. High-density anodes obtained by impregnation process can effectively reduce the porosity of carbon blocks. In order to investigate the electric-thermal field variation and the causes of influence in the high-density anode aluminum electrolyzer, a coupled electric-thermal field calculation model of收稿日期： 2022 −07 −11； 修回日期： 2022 −08 −20基金项目(Foundation item)：国家高技术研究发展项目(2010AA065201)；中南大学研究生自主探索创新项目(2021zzts0668)(Project(2010AA065201) supported by the National High-Tech Research and Development Program of China; Project (2021zzts0668) supported by the Independent Exploration and Innovation of Graduate Students in Central South University)通信作者：李贺松，博士，教授，博士生导师，从事铝电解研究；E-mail:****************.cnDOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.02.032引用格式： 魏兴国, 廖成志, 侯文渊, 等. 高密度阳极铝电解槽电−热场耦合仿真研究[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2023, 54(2): 744−753.Citation: WEI Xingguo, LIAO Chengzhi, HOU Wenyuan, et al. Simulation study of electric-thermal field coupling in high-density anode aluminum electrolyzer[J]. Journal of Central South University(Science and Technology), 2023, 54(2): 744−753.第 2 期魏兴国，等：高密度阳极铝电解槽电−热场耦合仿真研究the high-density anode aluminum electrolyzer was established based on ANSYS software. The results show that the average temperature of the anode carbon block increases by 8.73 ℃ when the high-density anode is put on the tank, and the thermal stress increases but the deformation variable decreases. The average temperature of the side shell decreases by 28.59 ℃, and the thermal stress and deformation variable both decrease,which helps to protect the inner shape of the tank chamber stable. The change of the thermal field is mainly related to the change of the physical properties of the anode carbon block. The cell voltage decreases by 49.16 mV which is mainly related to the change of carbon block physical ploperties and the decrease of electrolyte resistivity, respectively. The reduction of 3.39 h in the full conduction time of high-density anode current can effectively reduce the negative effects of electrode change, and the anode service life can be extended by 4 d. The carbon consumption is reduced by 10.3 kg/t. The reaction energy consumption of aluminum electrolyzer is increased by 0.62%, the current efficiency is increased by 1.69%, and the DC power consumption is reduced by 270 kW·h/t.Key words: aluminum electrolyzer; high-density anode; electric-thermal field; coupling simulation作为铝电解槽的核心部件，阳极炭块在反应过程中被不断消耗，其品质直接影响着各项经济技术指标[1]。
如何延长铝电解槽槽寿命
筑炉 材料 质 量是 很客 观 的 因
，
它 直接 关 系着 电解 槽 的生 产 素 ．使 用前 要进 行 严格 检查 ．杜
效率 和 成本 ．我 国国 内的槽 寿命 绝使 用 劣质 品 例 如 ：湖北 某公
平 均仅 １ ０ 天 左右 ．远 远低 于 美 ０ ７
筑炉 丁艺 的选 取 大体 相仿 ．
寿命 。
高的 ．而且 异 常槽 Ａ Ｉ 在热槽 、 Ｃ
压槽 、滚 铝 ， 含炭 槽 中 大 量 生
子 比炉 帮 。
焙烧启动制度
电压 的管理 ：启动 后根 据铝 水平 和槽温 情 况 ．有计 划有 步骤
新 建 或 大 修 电 解 槽 都 必 须 经过 焙烧 启 动 焙 烧 的 主要 Ｆ 的 、 ｊ
总 之 ．启动 前期 的管理 必须 要 围绕 建立 好 的炉 帮来 展开 ，保
） 块 表 面温 度 高 于９ ０ Ｃ 减 轻Ｎａ 项Ｔ 作内容 ：１ 检查现 场槽盖板 ５ 可 ｏ
的破坏 作用 。启 动 温度 过低 ，会 及母 线绝 缘情 况 ，监 督 出铝 口保 证正 常 的打 壳下 料 ．防 止 出现 氧
周后 降 到４０ ．６Ｖ．随后 根 据 分
子 比和槽温及 Ａ 系数适 当提高部 Ｅ 分 电压 ．始 终保 持 电解 槽 的热稳
定性。
化．预热槽体使其接近电解温良
如果焙 烧启 动制 度 不合 理 ，会严
电解 槽 日常维 护措 施
电解 槽 日常 维 护 措 施 包 括 ５
重 影响 槽 寿命 。启 动时 ．槽 底 碳
成．会加重对内衬的侵蚀 。
适 当的分 子 比控制 。分子 比 地 对 电压进 行 调整 ．前 期要 快 ，
浅谈延长电解槽使用寿命的方法
【 关键词】 电解槽 ； 槽 寿命 ； 漏槽 ； 分析 ； 改进
大修 电解槽 时， 旧的电解槽槽 壳往往变形较大， 以往大修 电解槽时 对旧槽 壳的槽沿板焊接后。 因为旧槽壳存在不 同程度 的变形。 槽沿板 总 电解槽是 电解铝生产 的关键设 备， 其使用 寿命 的长短是制约电解 是不能完全遮盖住侧部炭块， 只好重新补焊 。为 了增加槽沿板 的焊接 铝生产企业经济效益提高的关键性 因素之一 。 电解槽寿命 已成为制约 强度， 更好 地保护侧部炭块 根 据大修 电解槽槽 壳变形量 的大小， 对 所 我 国铝 电解工业发展的障碍 。本文结 合生 产实际， 对影 响 ４ ０ ０ ｋ Ａ预焙 焊接槽沿板现场精确测量。 切割出合体的槽沿板， 再将每 片槽沿板 由原 阳极 电解槽使用寿命的主要 因素进行 了探讨， 采取了有效的改进措施， 来的点焊改为满焊的焊接方式， 确保了电解槽槽沿板 的焊接质量 。 获得 了显著效果提 高了电解槽 大修 质量 ’ 延长 了电 解 槽使用寿命 。 ３ ． ２ ＿ ３ 电解槽上部结构 实行二次就位 因电解槽大修时需将 电解槽上部结构 吊离槽壳进行修理 ， 由于电 １ 中铝兰州分公司电解 一厂 电解槽寿命的实际情况 解槽上部结构大修因使用周期 的不 同， 大修的方式不一 样， 所需修理的 中铝兰州分公 司电解～厂共有 ２ ８ ８台 ４ ０ ０ ｋ Ａ预焙 电解槽， 分别于 周期也不 同 因而， 不能够保证 电解槽 上部结构进行就位时还是原来 ２ ０ ０ ７ 年５ 月开始陆续投产 。截止至 ２ ０ １ ３ 年 ５月，共计停槽 大修 １ ２ ９ 吊出的位置 有的大修 时出现过 电解槽槽壳和上部结构 在安装就位时 台次 ， 小修 ７台次 。造成 中铝兰州分公 司电解一厂电解槽停槽大小修 因各种原 因无法顺利 连接 ， 造成 阴极 内衬内部损伤的情况。针对这一 的主要 原因是早期破损 的电解槽数量较多。 如果降低或提前 预防解决 情况相应采取 了改进方法。 电解槽上部结构实行二次就位， 从而避免 了 早期破损槽 ， 便会大大增加 电解槽的使用寿命 。 由此原 因造成 电解槽的破损 ３ ． ３ 采用新型 内衬材料 ２ 影 响电解槽寿命的因素及漏槽种类 随着 电解槽容量的增大． 其相对单位散热面积减小， 要求 电解槽侧 ２ ． １ 影响铝电解槽 阴极使用寿命的因素 部有更好 的散热特性 。 新型材料砖 的强度高航 氧化 、 耐腐蚀 ， 而且导热 影响铝电解槽 阴极使用寿命的因素很多， 主要有 以下七类 ： 性好 ， 易于形成侧部炉帮的保护层 。因而， 采用新型材料砖是 目 前较理 材料质量 ： 炭块 、 底糊 、 耐火砖和隔热板的质量 。 想 的选择 。 中铝 兰卅 １ 分 公 司电解一 厂在 将 电解 槽 由 ３ ５ ０ ｋ Ａ扩 容到 结构设备 ： 槽壳设计 、 内衬层次 、 热设 计、 母线配置设计 、 炭块组装 ４ ０ ０ ｋ Ａ的改造 时。 除 了增大 阳极尺寸 以外， 重要的措施之一就是 电解槽 设计。 侧部采用 了新型材料砖 筑炉技术 ： 砌 筑、 捣 固、 组装状况。 ３ ． ４ 加强 电解槽生产运行管理 焙烧 、 启动技术 ： 焙烧方式 、 升温曲线、 启 动方式 、 前期管理 。 电解槽启 动后 ， 电解槽 的先 天条件就 已经确定 。要想继续提高 电 生产技术条件控制 ： 温度 、 极距 、 电压 、 电解质成份 、 加工操作 、 出 解槽 寿命 ， 对电解 槽的生产运行管理便显得尤其重要 。如果后期管理 铝、 阳极工作状态 恰当， 会对 电解槽在大修 、 启动等阶段 产生的缺 陷起到弥补作用。 相反 ， 系列电力 制度 ： 电流强度大小和电流平稳程度 。 如果管理不 当就可能导致电解 槽的早期漏槽 所以中铝兰州分公 司电 维护 、 检测 的标准和手段 解 一厂从 电解槽 如何 形成和保持规整 炉膛、 稳定工 艺技术条件 ， 避免 ２ ． ２ 电解 槽漏槽种类 产生较大 的热 冲击 、 保持好 电解槽 物料平衡 和能 量平衡 ． 提 高 电解槽 电解槽铝液向阴极 内衬深层或槽外渗铝。 主要有 以下 五种类型 ： 自适应能力． 加强对漏炉槽 的分析和维护等方面加强 了对 电解槽后期
延长铝电解槽寿命
3.2.2 混合料焙烧与铝液焙烧应用情况 对比
3.2.2.1 预热方式的对比分析 铝液焙烧预热
铝液高温热冲击是造成电解槽产生早期破损的主要原因。
混合料焙烧预热
符合“缓慢加热，均匀升温” 原则 ，为延长槽寿命创造 条件。
3.2.2.2 焙烧环节的对比分析
焙烧过程升温曲线
混合料焙烧更接近于理想的升温曲线。
铝液焙烧
焦粒焙烧
石墨粉焙 烧
温度梯度小，可弥补 内衬缺陷，电解质洁净
石墨价格高，操作复杂，石墨电阻较低， 升温缓慢，焙烧时间较长。
燃料焙烧
可达到很均匀的温度 阴极和捣固糊表面氧化破坏，易出现阴 分布，加热速度可控，不 极裂缝、上抬和削落，启动困难，启动效应 需电能，无阳极氧化问题，时间长，设备复杂，操作难度大，需要维修， 能耗低，外能源预热。 安全措施、有害气体防护等要求较高。
3.5 破损槽及老龄槽的维护管理
3.5.1 破损槽的评价认定 原铝质量下滑 出现过炭块剥层 槽壳温度升高 局部阴极电流分布增加幅度大
内衬出现破损
3.5.3 破损槽的维护及管理
根据检测确定破损位置，判断破损程度； 修补破损部位；
跟踪分析破损槽原铝质量的变化 ；
确保破损槽的运行稳定性； 在破损槽及老龄槽上运用在线检测技术； 为防止破损程度的加剧，必要时切割局部阴极钢棒； 建立电解槽破损台帐。
3.2.3.2 启动效果对比
贵州分公司不同焙烧技术阴极破损或剥层统计
内容 启动槽数量（台） 阴极破损或剥层数量（台） 铝液焙烧 96 19 混合料焙烧 138 4
所占比率
19.5%
2.9%
中铝贵州分公司推广应用混合料焙烧启动技术后，
铝厂阳极块
铝厂阳极块铝厂阳极块是铝电解工艺中的重要材料，它在铝电解槽中扮演着关键的角色。
本文将从阳极块的定义、制造工艺、用途以及优势等方面进行介绍。
一、阳极块的定义铝厂阳极块是一种由铝和其他金属元素组成的块状材料，具有良好的导电性和耐腐蚀性。
它通常呈长方体形状，尺寸可根据不同的电解槽尺寸和工艺要求而定制。
二、制造工艺阳极块的制造主要通过熔炼、铸造和加工等工艺进行。
首先，将铝及其他金属元素按一定比例混合，并加热至熔化状态。
然后，将熔融的铝液注入预先制作好的模具中，待其冷却凝固，即可得到阳极块的初步形态。
最后，通过切割、打磨和抛光等加工工艺，使阳极块的尺寸和表面质量达到要求。
三、用途铝厂阳极块主要用于铝电解工艺中的阳极反应。
在铝电解槽中，阳极块与铝矿石进行电解反应，将铝矿石中的氧化铝还原为金属铝。
同时，阳极块本身也会逐渐被腐蚀，释放出氧气和烟尘等物质。
因此，阳极块的质量和性能直接影响到铝电解工艺的效率和产品质量。
四、优势铝厂阳极块具有以下几个优势：1. 导电性好：阳极块由导电性能良好的金属铝制成，能够有效地传导电流，提高电解反应的效率。
2. 耐腐蚀性强：阳极块经过特殊的合金化处理，能够在恶劣的电解槽环境下长时间稳定工作，减少腐蚀损耗。
3. 尺寸稳定：阳极块经过严格的制造工艺和加工工艺，具有较高的尺寸精度和稳定性，能够保证电解槽的稳定运行。
4. 使用寿命长：阳极块具有较高的抗腐蚀性和耐磨性，能够在长时间的使用过程中保持良好的性能，延长电解槽的使用寿命。
铝厂阳极块是铝电解工艺中不可或缺的重要材料。
它的制造工艺复杂，需要严格的质量控制和加工工艺。
同时，阳极块的优势包括优良的导电性、耐腐蚀性、尺寸稳定性和长寿命等。
这些优势能够提高铝电解工艺的效率和产品质量，对于铝产业的发展具有重要意义。
因此，铝厂阳极块的研发和应用将继续受到广泛关注和重视。
磁场对铝电解生产影响的分析
磁场对铝电解生产影响的分析摘要：铝电解的发展最近几年来，发生了翻天覆地的变化，从最先的自焙槽炼铝、从低电流变为高电流、从小容量电解槽到大型电解槽都经过了多年的坎坷岁月，才发展到现在的工业水平。
关键词：铝电解，磁场，检测分析现代大型电解槽通常采取单行横向排列方式，因为提高电流容量不仅要增加槽身宽度，而且主要是增加其长度，槽子容量越大，其长宽比也越大，采取横向排列时，导电母线的配置方式可有较多的选择余地，这有利于消弱磁场的影响，进而采取了各种有效的改进措施来减少磁场对铝电解生产的影响。
磁场对电解槽生产的影响，随着电流的增大而更为显著，磁场问题实际上已成为大型电解槽设计的一个重要问题，因此消除磁场对铝电解槽生产影响的意义要求我们在电解槽的设计上，力求将铝液的流速控制在一定范围内，除了降低垂直磁场外还要考虑横向水平磁场By的影响，力求降低电解槽的垂直磁场以及横向水平磁场。
1 铝电解中存在的三场及研究方法按照磁流体动力学的观点，熔体的旋转、波动主要受到电磁感应力的作用。
电磁感应力的作用会使炉内熔体循环加速、铝液面隆起、偏斜和波动。
铝液的剧烈扰动对铝电解槽的生产产生恶劣影响。
所以对电解槽内的磁场分布、热场、应力场的研究对电解生产操作都有现实意义。
国内、国外对此问题的研究方法主要有：图论场模型法、相对电参量法、二维有限元法、边界元法等，算法电解槽各参数与物理场之间的关系，也是三场所研究的主要内容。
2 磁场对铝电解生产影响的主要表现在电解槽正常工作状态下，铝母线通入强大的直流电流，按顺序通过电解槽的各个导电部件如立柱、阳极导杆、电解液层和铝液层、阴极、阴极母线等，最后进入下一台电解槽，在导电体周围环境中产生了强大的磁场，磁场对铝电解生产的影响主要表现在下列几个方面。
2.1铝液回流铝电解槽在正常启动后，铝液的流速很慢。
而且没有固定的流动方向，处于平静状态。
启动若干月之后，已形成了一定的槽膛，则槽膛中铝液的流动呈8字型或呈现环形，此时显然是由于铝液中水平电流分布不均所致，在启动后6-18个月内，240KA的电解槽，铝液流速增快。
600kA大型铝电解槽稳定运行实践分析杨防龙
600 kA大型铝电解槽稳定运行实践分析杨防龙发布时间：2023-05-07T09:01:17.351Z 来源：《中国电业与能源》2023年5期作者：杨防龙[导读] 大型铝电解槽是铝工业生产过程中不可或缺的设备之一，其生产规模大、数量多，但同时也存在着能耗高、稳定性差、阳极炭块消耗过快、阴极铝液质量不稳定、维护难度大等问题。
为了解决这些问题，本文提出了优化路径，包括降低电解槽能耗、提高电解槽稳定性、延长阳极炭块寿命、提高阴极铝液质量稳定性等方面，从而提高大型铝电解槽的生产效率和经济效益。
广西百矿田林铝业有限公司广西隆林 533308摘要：大型铝电解槽是铝工业生产过程中不可或缺的设备之一，其生产规模大、数量多，但同时也存在着能耗高、稳定性差、阳极炭块消耗过快、阴极铝液质量不稳定、维护难度大等问题。
为了解决这些问题，本文提出了优化路径，包括降低电解槽能耗、提高电解槽稳定性、延长阳极炭块寿命、提高阴极铝液质量稳定性等方面，从而提高大型铝电解槽的生产效率和经济效益。
关键词：大型铝电解槽；能耗；稳定性；阳极炭块；阴极铝液引言铝电解槽是铝工业生产的核心设备之一，其稳定运行对于保证铝产量和质量至关重要。
600 kA大型铝电解槽是目前铝工业中最常见的电解槽之一，其设计和运行均具有一定的挑战性。
在实践中，需要通过对电解槽的结构、材料、工艺等方面的优化，以及对电解液、电流密度等参数的控制，来保证电解槽的稳定运行。
因此，对于600 kA大型铝电解槽的稳定运行实践进行深入分析，对于提高铝工业生产效率和质量具有重要意义。
1.大型铝电解槽概述1.1电解槽的基本结构电解槽是一种重要的化学反应设备，其基本结构包括阳极区和阴极区。
阳极区是指电解槽中负电极所在的区域，其主要作用是将电子输送到电解质中，使得阳离子得到电子从而发生氧化反应；阴极区则是指电解槽中正电极所在的区域，其主要作用是从电解质中吸收电子，使得阴离子得到电子从而发生还原反应。
电解槽寿命管理
相对误差
0.715497 0.689759 0.61827
Dmn 误差
0.208327 0.255606 0.24596
4
5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
1080
1099 1281 1366 1543 1565 1621 1671 1714 2562 2611 2672 3164
17
3317
3136.42
180.5801
0.054441
0.070292
51
国内现有提高预焙铝电解槽寿命的 技术和措施
国内现有提高预焙铝电解槽寿命 的措施是对症下药，也就是根据对现 有槽情况的分析结果，有针对性的采 取措施。目前主要有以下一些：
52
⑴ 改变阴极不合理结构：如增加伸 缩缝，改变侧部“圈樑”结构；加工 面宽度应根据有关情况通过试验而定， 不能照搬外国的数据。
27
② 由于电解质渗透和长期使用，耐火和 保温材料性能改变，槽无法在正常条件下 运行。 槽侧块由于磨蚀和氧化等原因而逐步 损坏，造成测部漏炉。 材料质量和操作条件、设计是其决定因 素。
28
消灭非正常破损、降低早期破损 率、延长正常破损期是提高槽寿 命的关键。
29
五、影响槽寿命的因素
设计—磁、流动、热和应力场的合理化 施工质量和材料
4
槽寿命与吨铝大修费关系 1500
元/吨铝
1000 500 0 0 2 4 6 8 10 槽寿命(年) 系列1 系列2
5
因电流效率降低而增加的费用
吨铝增加费用(元/吨 铝)
300 200 100 0 0 1 2 3 4 5 电流效率降低(%)
6
槽电压上升与费用增加的关系 250
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延长铝电解槽寿命是降低电解铝生产成本的需要。
延长铝电解槽寿命是环境保护需要。
延长铝电解槽寿命是追赶国外先进技术的需要。 国内出现 3000天以上的电解槽是延长电解槽寿命 技术成功的标志。
2. 影响铝电解槽寿命的主要因素
2.1 铝电解槽内衬破损直接影响槽寿命 铝电解槽内衬破损的成因
1879.5 1598.5
3.1.2 筑炉工艺和施工质量的把关
阴极碳块组装质量
扎固糊温度及扎固压力控制
针对薄弱部位，强化扎固质量 根据筑炉材料的性质，制订技术措施和施工方案 完善电解槽内衬砌筑检查规程，保证施工工程质量
3.1.3 新型内衬材料的开发应用
30%石墨阴极碳块的工业应用，提高抗钠侵蚀和 膨胀能力
缩短非正常期
快速降低分子比和电解温度，提高铝水平。
延长非正常期
增加电解槽的过渡期，缓慢降低电解温度、分子比，
铝水平相对较低。
3.3.2 非正常期管理分析与评价
电解槽采用碱性电解质启动之后，缓慢提高酸度 有利于降低阴极压降。
缩短非正常期能获得短期高电流效率。
缩短非正常期，电解槽产生热震，阴极破损机率 增加。 增加过渡期，符合“不至在内衬中形成非正常期 的温度梯度以及减少由此造成的内衬材料损坏” 的工艺要求。
2.3 铝电解槽停槽的条件 槽壳温度、槽壳变形程度 原铝质量 电流效率
3.延长槽寿命措施及有效性分析
根据仿生学原理，料选择 筑炉工艺 焙烧启动技术 生产操作
3.1 电解槽结构设计、筑炉工艺操作 以及筑炉材料选择
3.1.1电解槽结构设计
3.4 正常期电解槽管理
• 阴极碳块局部破损 • 捣固糊局部破损 • 侧部碳块局部破损
铝电解槽内衬破损的机理
• 热冲击产生的热应力不均 • 阴极内衬吸钠产生应力不均 • 机械磨损以及阴极表面的副反应
2. 影响铝电解槽寿命的主要因素
2.2 铝电解槽运行状况间接影响槽寿命 铝电解槽经济槽寿命
• 维护成本低 • 潜在危害小 • 技术指标好
内容 启动槽数量（台） 阴极破损或剥层数量（台） 铝液焙烧 96 19 混合料焙烧 138 4
所占比率
19.5%
2.9%
中铝贵州分公司推广应用混合料焙烧启动技术后，
平均停槽槽龄增加305.5天。
3.3 非正常期管理技术的评价
3.3.1 三种非正常期技术管理的特点 三个月非正常期
严格执行原日方基准。
• 窄炉面
3.1.1 电解槽结构设计
电解槽结构设计对槽寿命的影响实例
贵州分公司186KA电解槽与160KA电解槽停槽槽龄统计 槽型 2004年 2005年 2006年 2007年 平均
186KA槽 1709 （天） 160KA槽 1492 （天）
1860.4 1882 1524 1629
2006.7 1749
阴极碳块、耐火材料及绝热材料的垂直温度梯度； 预热焙烧期间阳极（阴极）电流分布； 最终阴极表面平均温度； 最终阴极表面温度分布。
3.2.3 混合料、铝液启动阶段对比分析
3.2.3.1 干法、湿法启动的特点分析 湿法、干法启动特点及优缺点分析对比表
湿法启动
启动 方法
干法启动
靠弧光放电， 熔化冰晶石造 液
混合料焙烧电流分布均匀较好。
焙烧过程温度场分布
混合料焙烧能有效控制 850℃等温线，横向温度分布 均匀。
焙烧过程电压变化曲线
混合料焙烧冲击电压低，焙烧过程电压下降平缓；铝 液焙烧冲击电压高，焙烧过程电压波动大。
3.2.2.2 焙烧环节的对比分析
评判焙烧效果的数据资料
预热焙烧期间加热速率，即升温过程；
铝电解槽较佳设计效果
• 侧部散热，底部保温； • 钢壳强度高，变形小； • 下料器布局利于氧化铝溶解扩散，浓差变化小； • 母线配置均衡槽内磁场分布，铝液流速适当。
3.1.1 电解槽结构设计
高效大容量电解槽结构设计特点
• 四端、五端、六端进电 • 单围带摇篮架式 • 四点交替下料 • 模糊控制技术
3.2.2.1 预热方式的对比分析 铝液焙烧预热
铝液高温热冲击是造成电解槽产生早期破损的主要原因。
混合料焙烧预热
符合“缓慢加热，均匀升温” 原则 ，为延长槽寿命创造 条件。
3.2.2.2 焙烧环节的对比分析
焙烧过程升温曲线
混合料焙烧更接近于理想的升温曲线。
焙烧过程阴、阳极电流分布
无效应启动
有效应启动 低AE启动 高AE启动 AE电压在 12V以上
特点 优缺 点
控制电压在10V以 AE电压在 内，慢慢熔化固体 12V以下 料造液
电压波动大， 在10-30V之间
启动时炉底温度高， 碳渣易从电解质中分 并且电解质中碳渣 离出来 不易分离
3.2.3.2 启动效果对比
贵州分公司不同焙烧技术阴极破损或剥层统计
上下复合侧部炭 - 氮化硅的工业应用，提高电解 槽侧部散热能力
异型阴极碳块的工业应用，提高铝电解技术经济 指标
3.2 大型预焙槽预热焙烧启动技术分析评价
3.2.1 铝电解槽常用焙烧方法及优缺点比较
焙烧方法 优点 过程简单、平稳，最 终温度分布较匀、碳块氧 化少、电解质洁净 容易控制，焙烧时间 较短，48-72小时，启动 效应电压低，可弥补内衬 缺陷 温度梯度小，可弥补 内衬缺陷，电解质洁净 缺点 灌铝时对冷的阴极、捣固糊表面产生热 冲击。铝液渗透到阴极裂缝中，影响寿命。 焙烧时间长。初期升温过快，温度梯度大， 能耗高。 阳极电流分布控制较难，易出现局部温 度过高及局部欠烧情况。温度梯度较大，阴 极电流分布不均，电解质含碳高，能耗略高， 操作复杂。 石墨价格高，操作复杂，石墨电阻较低， 升温缓慢，焙烧时间较长。
铝液焙烧
焦粒焙烧
石墨粉焙 烧
燃料焙烧
可达到很均匀的温度 阴极和捣固糊表面氧化破坏，易出现阴 分布，加热速度可控，不 极裂缝、上抬和削落，启动困难，启动效应 需电能，无阳极氧化问题，时间长，设备复杂，操作难度大，需要维修， 能耗低，外能源预热。 安全措施、有害气体防护等要求较高。
3.2.2 混合料焙烧与铝液焙烧应用情况 对比