2012年下半年以來，國際原鋁產(chǎn)能過剩嚴(yán)重，鋁市場持續(xù)低迷，國外許多電解鋁企業(yè)也陷入虧損狀態(tài)。隨著國內(nèi)西部電解鋁逐漸釋放產(chǎn)能，我國中東部電解鋁廠受制于電價(jià)過高，幾乎全部陷入虧損的泥潭，甚至停產(chǎn)。該地區(qū)電解鋁廠要想在目前環(huán)境下生存，在電價(jià)不能左右的情況下，只能通過技術(shù)創(chuàng)新，挖掘節(jié)能潛力，降低電力消耗，進(jìn)而降低生產(chǎn)成本。近幾年應(yīng)用的普通鋁電解槽低電壓高效節(jié)能技術(shù)、異型陰極技術(shù)和異型鋼棒結(jié)構(gòu)技術(shù)是我國鋁電解節(jié)能技術(shù)的成功典范，此類技術(shù)的推廣使我國噸鋁能耗位居世界領(lǐng)先水平，具有重大意義。如何在此類技術(shù)的基礎(chǔ)上，尋求更進(jìn)一步的節(jié)能效果任重道遠(yuǎn)。
2012年10月，某企業(yè)與雙向阻流技術(shù)的專利發(fā)明者合作，在4臺普通平底結(jié)構(gòu)低電壓鋁電解槽上進(jìn)行雙向阻流節(jié)能技術(shù)試驗(yàn)，此次試驗(yàn)與國內(nèi)使用阻流技術(shù)的最大不同有三點(diǎn)：1試驗(yàn)槽已經(jīng)是低電壓槽，國內(nèi)試驗(yàn)選取的是高電壓槽;2阻流塊安放位置是電解槽陽極中縫，國內(nèi)試驗(yàn)安放在陽極投影下方;3阻流塊是帶凸臺異型不規(guī)則形狀，國內(nèi)試驗(yàn)選取的是規(guī)則的。通過六個(gè)多月的實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)場對比分析，試驗(yàn)槽能在較低電壓下平穩(wěn)運(yùn)行，主要技術(shù)參數(shù)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)穩(wěn)定，其中試驗(yàn)槽較正常生產(chǎn)槽噸鋁節(jié)電185kwh,達(dá)到了節(jié)能試驗(yàn)的目的。
1 阻流塊
在異型陰極結(jié)構(gòu)技術(shù)的的啟發(fā)下，鋁電解槽槽底阻流技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，技術(shù)核心就是在電解槽爐底安放阻流塊。阻流塊生產(chǎn)是通過一定的原料配比，采用壓制成型工藝，最后經(jīng)過高溫煅燒而成，是一種新型復(fù)合材料。
1.1理化指標(biāo)
國內(nèi)阻流塊的生產(chǎn)工藝大同小異，主要理化控制指標(biāo)見表1
表1阻流塊的主要理化指標(biāo)
1.2主要作用
阻流塊放入槽內(nèi)后，能有效阻擋電解槽內(nèi)鋁液流動(dòng)，降低鋁液流速和鋁水波動(dòng)高度，減少鋁的二次反應(yīng)，為降低極距打開了空間，從而可以實(shí)現(xiàn)降低槽電壓，進(jìn)而達(dá)到節(jié)電的效果。同時(shí)，由于鋁液流速減弱，減輕了對側(cè)部的沖刷，可有效促進(jìn)側(cè)部爐幫的形成，有利于形成更規(guī)整的槽膛，為提高電流效率打下基礎(chǔ)。
1.3主要特點(diǎn)
阻流塊的安放操作方便簡單，在產(chǎn)槽可以直接實(shí)現(xiàn)，無需更換陰極及內(nèi)襯，費(fèi)用較低;阻流塊的主要成分是α-Al2O3,雜質(zhì)含量低，不污染鋁液;抗鋁液、電解質(zhì)沖刷與腐蝕性強(qiáng);安放與更換方便。
2 雙向阻流塊的阻流原理與優(yōu)點(diǎn)
(1)外觀形狀設(shè)計(jì)更合理。雙向阻流塊的形狀是異型的，是側(cè)面帶凸起結(jié)構(gòu)的變截面結(jié)構(gòu)，而一般阻流塊設(shè)計(jì)為等截面結(jié)構(gòu)，凸臺表面平直，只能實(shí)現(xiàn)單方向阻流，阻流效果不理想;
(2)安放位置更科學(xué)。雙向阻流塊放置在電解槽陽極中縫處，而陽極中縫是非電流經(jīng)過區(qū)，無產(chǎn)生水平電流的條件，而且安放簡單快速;一般阻流塊安放在陽極下方，而凸臺電阻率遠(yuǎn)大于鋁液，因此將改變電流方向，一定程度上又加大了水平電流的分量，降低了電流效率。同時(shí)對換極作業(yè)影響大，槽內(nèi)物料不容易打撈，沉淀不易處理，換極作業(yè)過程中也容易破壞阻流塊或使阻流塊移位，進(jìn)而影響阻流效果。
(3)排列方式更實(shí)用。一般阻流技術(shù)設(shè)計(jì)的阻流塊排列方式均為沿平行于炭塊軸向或垂直于陰極炭快軸向方向放置，只能削減來自電解槽縱向(即與系列電流相垂直方向)或橫向(即于系列電流平行方向)鋁液波動(dòng)，不能實(shí)現(xiàn)雙向阻流減波功能。雙向阻流塊的安放沿平行于陰極炭快、垂直于陰極炭快軸向或兩者交錯(cuò)排列，垂直于陰極炭快軸向方向放置在電解槽陽極中縫位置，平行于陰極炭快軸向的可根據(jù)磁場流暢分布情況，設(shè)置于磁場與流暢較大位置，實(shí)現(xiàn)雙向阻流功能[歐建明等.一種帶雙向阻流異型凸臺的陰極結(jié)構(gòu)：中國，ZL201120564930.1[P].2012-08-22.]。
3試驗(yàn)
3.1試驗(yàn)槽的選擇
根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)實(shí)際，選擇兩臺磁場平衡較好的中間槽(160#、260#)和兩臺尾端磁場平衡不佳的槽(174#、274#)，對比槽為(162#、262#)，對比槽與中間兩臺試驗(yàn)槽在試驗(yàn)前槽壽命及技術(shù)參數(shù)基本一致。
3.2阻流塊的安放[鄭州發(fā)祥鋁業(yè)雙向阻流技術(shù)實(shí)施方案[Z].2012.10～2013.04]
考慮到電解槽為在線生產(chǎn)槽，為便于安裝，在阻流塊生產(chǎn)期間，提前預(yù)留了阻流塊穿孔和阻流塊可以嚙合的凹凸槽。安放前用圓鋼分段固定、統(tǒng)一串在一起，形成一條直線一個(gè)整體，然后用專用工具把阻流塊推入電解槽內(nèi)。本次試驗(yàn)僅安放在了電解槽陽極中縫位置，如圖1阻流塊安放示意圖。主要步驟為：預(yù)熱——分段固定——連接——再固定——專用工具安放。具體見圖2-5。圖2單個(gè)阻流塊，圖3分段阻流塊，圖4連接在一起的阻流塊，圖5專用工具示意圖。
3.3試驗(yàn)槽技術(shù)參數(shù)的調(diào)整
阻流塊放入槽內(nèi)后，第一天出鋁按照正常生產(chǎn)槽下達(dá)出鋁任務(wù)，從第二天開始，每天在正常產(chǎn)量的基礎(chǔ)上每天單槽多出鋁0～100kg,期間根據(jù)電解槽能量平衡狀況，在電解槽噪聲值穩(wěn)定的前提下，分步降低電壓10～20mv，大約一個(gè)月后把電壓降至目標(biāo)值。對比槽與試驗(yàn)槽保持的技術(shù)條件見表2～3:
表2中間對比槽(162#、260#)與試驗(yàn)槽(160#、260#)技術(shù)參數(shù)情況
表3端頭試驗(yàn)槽(174#、274#)試驗(yàn)前后技術(shù)參數(shù)情況
通過上述技術(shù)條件的優(yōu)化調(diào)整，經(jīng)過6個(gè)多月的實(shí)際生產(chǎn)管理，實(shí)現(xiàn)了在電流不變化條件下，安放阻流塊中間槽超低電壓穩(wěn)定運(yùn)行，尾端阻流槽穩(wěn)定性顯著增強(qiáng)，針振擺動(dòng)值變小，陽極電流分布無明顯差異，試驗(yàn)電解槽的爐幫增厚，爐底壓降無明顯上升，中間試驗(yàn)槽電壓下降70mv,但尾端槽電壓沒能實(shí)現(xiàn)下降，這與尾端磁場平衡效果差有關(guān)。
3.2 主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)
對比槽和試驗(yàn)槽主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)對比情況見表4。
表4 安放阻流塊前后中間試驗(yàn)槽經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)對比
從上表可以看出，中間試驗(yàn)槽隨著電壓的降低，單槽日產(chǎn)量下降11kg,電流效率也有小幅降低0.6%，炭塊毛耗增加3kg,氟化鹽消耗沒變，但電耗也降低了185kwh/t.al，端頭槽由于電壓下降不明顯，無參與計(jì)算。
4效益
以一個(gè)年產(chǎn)10萬噸產(chǎn)能的電解鋁廠為例，電價(jià)按照0.55元/kwh,炭塊價(jià)格按照3.2元/kg，阻流塊價(jià)值按照100萬元核算，采用該技術(shù)，年節(jié)約電量價(jià)值：100000×185×0.55=1017.5萬元，增加的碳耗價(jià)值：100000×3×3.2=96萬元，年增利價(jià)值：1017.5-96-100=821.5萬元。在目前鋁價(jià)低迷，生產(chǎn)虧損或者有微少利潤的情況下，顯然采用此技術(shù)更劃算。
5探討
5.1雙向阻流塊的消耗與移動(dòng)
由于鋁液的流動(dòng)與沖刷，在阻流塊放入6個(gè)月后，對其進(jìn)行了測量，發(fā)現(xiàn)高度方向減低了3cm，按照這個(gè)速度損耗的話，1.5年左右阻流塊的高度消耗到只有幾個(gè)厘米了，阻流效果肯定會變差。要想持續(xù)保持阻流效果，需要繼續(xù)投放阻流塊，如何降低阻流塊的消耗速度是需要進(jìn)一步關(guān)注的問題。
阻流塊安放一段時(shí)間后阻流塊受鋁液流動(dòng)的沖刷力影響會改變位置，這樣的話阻流塊就會來回移動(dòng)，影響電解槽的穩(wěn)定性，在端頭磁場平衡不好的電解槽尤其突出。如何更好的固定不讓移動(dòng)也是一個(gè)需要改進(jìn)的方面。
5.2陽極中縫位置生長結(jié)殼的思考
隨著電解槽槽齡的增長，陽極中縫處逐漸會產(chǎn)生一些沉淀，時(shí)間久了沉淀就變成了結(jié)殼，結(jié)殼在不向陽極底掌生長的情況下，其與阻流塊相比同樣也會產(chǎn)生阻流的效果，現(xiàn)在看來，是不是陽極中縫處產(chǎn)生的結(jié)殼無需擔(dān)心，只要不影響正常的操作，可以長期保留。實(shí)踐中也有類似中縫處形成了一堵墻的電解槽，該類電解槽生產(chǎn)正常，指標(biāo)良好，值得思考。
6結(jié)語
在我國電解鋁產(chǎn)能嚴(yán)重過剩，競爭日益激烈當(dāng)下，在普通平底低電壓鋁電解槽上采用雙向阻流技術(shù)，能使電解槽的電壓保持更低，能源消耗更少。此技術(shù)是在產(chǎn)普通電解槽低電壓節(jié)能技術(shù)的深度推進(jìn)，為我國中東部高電價(jià)區(qū)域電解鋁企業(yè)的節(jié)能降耗工作提供了一個(gè)方向。阻流塊的消耗速度過快與不易固定的缺陷，需要科技工作者進(jìn)一步研發(fā)替代產(chǎn)品和更好的固定方式，以期達(dá)到更優(yōu)的效果。對于槽齡較長的電解槽中縫結(jié)殼的作用，仍需進(jìn)一步觀察驗(yàn)證。
參考文獻(xiàn)：
歐建明等.一種帶雙向阻流異型凸臺的陰極結(jié)構(gòu)：中國，ZL201120564930.1[P].2012-08-22.
鄭州發(fā)祥鋁業(yè)雙向阻流技術(shù)實(shí)施方案[Z].2012.10～2013.04
鄭州發(fā)祥鋁業(yè)技術(shù)月報(bào)表[Z].2012.10～2013.04
聲明：
“在產(chǎn)鋁電解槽雙向阻流節(jié)能技術(shù)工業(yè)試驗(yàn)” 該技術(shù)專利(論文)所有權(quán)利歸屬于技術(shù)(論文)所有人。僅供學(xué)習(xí)研究，如用于商業(yè)用途，請聯(lián)系該技術(shù)所有人。
我是此專利(論文)的發(fā)明人(作者)
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編輯：中冶有色技術(shù)網(wǎng)
來源：鄭州發(fā)祥鋁業(yè)有限公司
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